Ratgeber
Elektromotoren dominieren mit großem Abstand die Antriebstechnik – zumindest in der industriellen Produktion und Verarbeitung. Sie sind emissionsfrei, kostengünstig, wartungsarm und universell einsetzbar. Elektromotoren reagieren allerdings empfindlich auf bestimmte Störungen in der Stromversorgung. Abhilfe bringen Motorschutzrelais. Wie sie aufgebaut sind und funktionieren, das lesen Sie in unserem Ratgeber.
Diese Schutzschalter bewahren Elektromotoren vor Schäden durch Überlastung, Phasenausfall, Spannungsungleichgewichte und andere unerwünschte Betriebsbedingungen. Sie sind ein wesentlicher Bestandteil in der industriellen Automatisierung und können den sicheren Betrieb von Elektromotoren gewährleisten. Die Ausstattung eines Elektromotors mit einem Schutzrelais verringert durch Motorausfälle verursachte Produktionsausfälle und Geräteschäden.
Das Funktionsprinzip eines Motorschutzrelais ist recht einfach: Es misst und analysiert kontinuierlich den Betriebszustand des Elektromotors. Überwacht werden dabei der Strom, die Spannung, die Temperatur und andere Parameter des Motors. Überschreiten die Betriebsparameter des Motors den eingestellten Sicherheitsbereich, gibt das Schutzrelais rechtzeitig einen Alarm aus und ergreift Maßnahmen, um Schäden am Elektromotor zu vermeiden.
Ein technische Aufbau eines Motorschutzrelais besteht typischerweise aus mehreren Komponenten. Messwandler und Sensoren sind für die Messung der elektrischen Parameter wie Strom und Spannung verantwortlich. Messwandler überwachen den Strom, der zum Motor fließt, während Sensoren sich auch zur Temperaturmessung einsetzen lassen.
Die Steuerungseinheit ist sozusagen das Gehirn des Geräts. Sie verarbeitet die von den Sensoren und Wandlern gelieferten Informationen. Moderne Motorschutzrelais nutzen oft Mikroprozessoren für diese Aufgabe, was eine genauere und anpassungsfähigere Überwachung ermöglicht. Treten Fehler oder gefährliche Betriebsbedingung auf, wird der Auslösemechanismus aktiv. Dieser Teil ist für das physische Trennen des Elektromotors vom Hauptstromkreis verantwortlich. Je nach Konstruktion des Relais erfolgt die Trennung elektromechanisch oder elektronisch.
Motorschutzrelais bieten in der Regel die Möglichkeit, bestimmte Parameter wie Überlastgrenzen, Zeiten für die Auslösung und Rückstellungsmethoden einzustellen. Diese Einstellungen können manuell über Drehknöpfe oder digital über eine Benutzeroberfläche erfolgen. Viele Geräte verfügen zudem über Anzeigen, die den aktuellen Betriebszustand anzeigen oder spezifische Fehlerbedingungen signalisieren. Die Visualisierung kann sowohl einfache LEDs als auch komplexe Displays umfassen.
Je nach Anforderungsprofil sind auch Motorschutzrelais mit Schnittstellen verfügbar. Sie ermöglichen eine Verbindung zu übergeordneten Steuerungssystemen, beispielsweise für die Fernüberwachung und Fernsteuerung oder zur Integration in größere Automatisierungssysteme.
Motorschutzrelais lassen sich in verschiedene Typen und Bauformen einteilen, die jeweils über spezifische Funktionen und Anwendungsbereiche verfügen. Zu den gängigen Typen gehören:
Thermische Überlastrelais
Sie repräsentieren die am häufigsten verwendeten Motorschutzrelais und bewahren den Motor vor Schäden durch Überhitzung, ausgelöst zum Beispiel durch Überlastung oder unzureichende Kühlung. Sie sind auch unter der Bezeichnung Bimetallrelais bekannt, da sie typischerweise mit Bimetallen arbeiten, die sich bei Erwärmung ausdehnen und bei einer bestimmten Temperatur einen Leistungsschalter betätigen.
Magnetische Überlastrelais
Diese Schutzvorrichtungen reagieren auf hohe Stromstärken, verursacht in der Regel durch kurzzeitige Überlast oder Kurzschlüsse. Sie nutzen elektromagnetische Kräfte, die einen Schalter aktivieren, sobald der Strom einen bestimmten Grenzwert überschreitet.
Elektronische Überlastrelais
Bei dieser Bauform übernehmen Halbleitersensoren und Mikroprozessoren die Überwachung des Elektromotors. Sie bieten genauere Überlastschutzfunktionen und lassen sich oft für spezifische Motorparameter programmieren.
Motorschutzschalter
Sie bieten sowohl Überlast- als auch Kurzschlussschutz in einem Gerät. Ihre Besonderheit: Motorschutzschalter sind in der Regel über eine Aus-Taste oder Rückstelltaste bedienbar und finden sich häufig in kleineren oder einfacheren Motorsteuerungsanwendungen.
Phasenausfallrelais
Diese speziellen Ausführungen schützen den Motor vor den Auswirkungen eines Phasenausfalls in einem dreiphasigen System. Ein Phasenausfall kann zu ungleichmäßiger Lastverteilung und Überhitzung führen.
Erdschlussrelais
Sie sind darauf ausgelegt, Erdschlüsse zu erkennen. Dabei handelt es sich um eine Art von Kurzschluss, bei dem der Stromfluss einen ungeplanten Pfad zur Erde findet.
Spannungsüberwachungsrelais
Diese Schutzrelais überwachen Spannungslevel und schützen den Motor vor Schäden durch Unter- oder Überspannung.
Multifunktionsrelais
Diese modernen Relais kombinieren mehrere Schutzfunktionen in einem Gerät, wie Überlast-, Phasenausfall- und Spannungsüberwachung. Sie bieten oft erweiterte Kommunikations- und Diagnosefähigkeiten.
Ein Schütz ist ein elektromechanisches Schaltgerät, das hauptsächlich in industriellen Elektroanlagen zum Schalten von höheren Strömen eingesetzt wird. Es kann eine zentrale Rolle in der Steuerung von Elektromotoren spielen, indem es mit einem Motorschutzrelais kombiniert wird.
Das Schütz funktioniert ähnlich wie ein Relais. Es verwendet eine Spule, die bei Stromzufuhr ein Magnetfeld erzeugt. Dieses Magnetfeld zieht einen Satz von Kontakten an, wodurch ein Stromkreis über einen Schließer geschlossen oder über einen Öffner geöffnet wird.
Schütze sind typischerweise in Situationen im Einsatz, in denen ein größerer elektrischen Strom zu schalten ist – wie beim Anlauf von Elektromotoren. Die Steuerung erfolgt üblicherweise durch ein Steuersignal mit niedrigerer Spannung und geringerem Strom, wie zum Beispiel durch ein Motorschutzrelais oder eine speicherprogrammierbare Steuerung.
Bei der Verwendung des Motorschutzrelais ist es sehr wichtig, die Parameter richtig einzustellen, da sich eine gute Parametereinstellung direkt auf die Schutzwirkung des Motors auswirkt.
Einstellung der Überlastschutzparameter
Bei der Einstellung der Überlastschutzparameter sind Faktoren wie Nennleistung, Nennstrom, Nennspannung und Lastcharakteristik des Elektromotors zu berücksichtigen. Der Hauptzweck des Überlastschutzes besteht darin, den Elektromotor vor Schäden durch Überhitzung zu bewahren, wenn er über einen längeren Zeitraum überlastet wird. Daher sollte bei der Einstellung der Überlastschutzparameter die Betriebszeit in Abhängigkeit vom Nennstrom des Elektromotors festgelegt werden. Im Allgemeinen sollte die Ansprechzeit des Überlastschutzrelais im Bereich des 1,2- bis 1,5-fachen des Motornennstroms liegen.
Darüber hinaus spielt ist auch der Einfluss der Lastcharakteristik eine wichtige Rolle, da aufgrund der unterschiedlichen Belastungseigenschaften des Elektromotors Stromänderungen während des Betriebs unterschiedlich sind. Um eine Fehlfunktion des Überlastschutzrelais zu vermeiden, müssen bei der Einstellung der Parameter entsprechende Anpassungen an die Lastcharakteristik vorgenommen werden.
Einstellung der Parameter für den Kurzschlussschutz
Der Kurzschlussschutz ist eine wichtige Maßnahme zum Schutz des Elektromotors vor Kurzschlussschäden. Die Einstellung der Kurzschlussschutzparameter muss dem Verhältnis zwischen dem Nennstrom und dem Kurzschlussstrom entsprechen. Normalerweise sollte die Ansprechzeit des Kurzschlussschutzrelais innerhalb des 2- bis 3-fachen des Motornennstroms liegen. Nur das stellt sicher, dass ein Schutzrelais bei einem Kurzschlussfehler des Elektromotors rechtzeitig eingreifen kann.