Lernfeld 8 · Prüfung Teil 2

Motorschutz und Energieeffizienz

Motorschutz richtig auswählen und einstellen: Überlastrelais, Motorschutzschalter, Kaltleiter und Effizienzklassen IE1 bis IE4 erklärt.

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Darum geht es

Ein Motor muss vor Überlast, Kurzschluss und Überhitzung geschützt werden. Das thermische Überlastrelais erwärmt Bimetalle über den Motorstrom und löst aus, wenn der Strom längere Zeit zu groß ist. Es wird auf den Bemessungsstrom des Motors eingestellt. Gegen Kurzschluss schützt es nicht; dafür sorgen Sicherungen oder der magnetische Auslöser.

Der Motorschutzschalter vereint beides: einen thermischen Auslöser für Überlast und einen elektromagnetischen Auslöser für Kurzschluss. Zur Auswahl brauchst du Bemessungsstrom und Spannung des Motors, den Kurzschlussstrom am Einbauort und die Art des Anlaufs.

Beim Stern-Dreieck-Anlauf liegt das Überlastrelais oft im Strang hinter dem Netzschütz. Dort fließt nur der Strangstrom, und du stellst es auf den Bemessungsstrom geteilt durch $3$ ein. Stromabhängige Relais erkennen aber nicht jede Erwärmung, etwa bei verschmutzter Kühlung oder hoher Umgebungstemperatur. Kaltleiter in der Wicklung erfassen die tatsächliche Wicklungstemperatur und lösen über ein Auslösegerät aus.

Zur Energieeffizienz teilt DIN EN 60034-30-1 Motoren in die Klassen IE1 bis IE4 ein. Ein Motor mit besserem Wirkungsgrad nimmt für dieselbe Wellenleistung weniger elektrische Leistung auf. Über viele Betriebsstunden ergibt das eine große Ersparnis.

Das solltest du dir merken

Überlastrelais auf den Bemessungsstrom des Motors einstellen.
Im Strang der Stern-Dreieck-Schaltung auf $I_{N} / 3$ einstellen.
Das Überlastrelais schützt nicht gegen Kurzschluss.
Kaltleiter schützen auch bei schlechter Kühlung, weil sie die Wicklungstemperatur messen.

Formeln

Einstellstrom im Strang (Stern-Dreieck): $I_{E} = \frac{I _{N}}{3} \approx 0, 58 \cdot I_{N}$; $I_{E}$ Einstellstrom des Relais in A, $I_{N}$ Bemessungsstrom des Motors in A
Eingesparte Energie durch besseren Wirkungsgrad: $Δ W = P_{2} \cdot t \cdot (\frac{1}{η _{alt}} - \frac{1}{η _{neu}})$; $P_{2}$ Wellenleistung in kW, $t$ Betriebszeit in h, $Δ W$ in kWh

Typische Fehler in der Prüfung

Überlastrelais im Strang auf den vollen Bemessungsstrom eingestellt.
Angenommen, das Bimetallrelais schütze auch gegen Kurzschluss.
Energieersparnis mit der Differenz der Wirkungsgrade multipliziert statt über die aufgenommenen Leistungen gerechnet.

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Zufallszahlen

Ein Motor mit der Typenschildangabe 400/690 V Δ/Y, $P = 15 kW$ , $η = 94 %$ , $cos φ = 0, 86$ wird in einem Industrienetz mit $690 V$ in Sternschaltung betrieben. Auf welchen Strom in Ampere ist der Motorschutzschalter einzustellen? Runden Sie auf eine Nachkommastelle.

Tipps aus der Werkstatt

Ein Bimetallrelais sieht nur den Strom. Alles, was die Wicklung ohne Mehrstrom heizt (verstopfte Lüftung, heiße Umgebung, viele Anläufe, Umrichterbetrieb mit kleiner Drehzahl), braucht den PTC-Fühler in der Wicklung. Phasenausfall: laufender Motor zieht √3-fachen Strom, stehender läuft nicht an und brummt.
Ein Überlastrelais wird immer auf den Strom eingestellt, der durch es hindurchfließt. Liegt es im Motorstrang (zwischen Schütz und Motor bei Stern-Dreieck), fließt dort nur der Strangstrom: Bemessungsstrom geteilt durch √3, also etwa 0,58 · I_N. In der Netzzuleitung ist es der volle Bemessungsstrom.
Die Auslöseklasse (CLASS 10, 20, 30) nennt die höchste Auslösezeit in Sekunden beim 7,2-fachen Einstellstrom. Je höher die Zahl, desto länger darf der Motor den Anlaufstrom ziehen, bevor abgeschaltet wird, also für Schweranlauf die höhere Klasse.

Sitzt das Thema? Teste dich mit echten Prüfungsfragen.

27 Aufgaben zu „Motorschutz und Energieeffizienz“, falsche Antworten kommen in der Runde noch einmal.

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Grundlage: Rahmenlehrplan Elektroniker/-in (KMK), Lernfeld 8; DIN EN 60947-4-1, DIN EN 60034-30-1, DIN VDE 0100-430. Eigene Erklärung, keine Originalaufgaben der Prüfungsausschüsse.