Thermischer Wicklungsschutz (Auszug aus dem SEMA – Ausbildungshandbuch)
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Thermische Mess- und Überwachungselemente und deren Einbau in die Wicklungen
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Motorschutzeinrichtungen haben die Aufgabe, die Motoren vor unzulässiger Erwärmung zu bewahren, sie vor Schäden zu schützen und die Ausfallzeiten elektrischer Antriebe auf ein Mindestmass zu begrenzen.
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Nebst dem Motorschutzschalter, der beim Überschreiten des eingestellten Stromes den Motor ausschaltet, werden immer mehr thermische Überwachungselemente in die Wicklung eingebaut. Solche Systeme werden allgemein als thermischer Maschinenschutz bezeichnet. Sie bestehen aus einem Temperaturfühler mit Sprungverhalten, das heisst einem Temperaturfühler der bei einer festen, vorbestimmten Temperatur schlagartig sein Verhalten ändert und eine Schaltfunktion auslöst.
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Dieses Wärmeschutzsystem schützt Elektromotoren durch unmittelbares Überwachen der Temperaturen der Wicklungen unter voller Ausnutzung der Motorleistung bei:
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- Schweranlauf
- Bremsbetrieb
- Ausfall eines Netzleiters
- Unter- und Überspannung
- zu grosser Schalthäufigkeit
- behinderter Kühlung
- zu hoher Umgebungstemperatur |
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Der Temperaturfühler spricht bei richtiger Einstellung und Auswahl, unter allen Betriebsverhältnissen rechtzeitig an, so dass die Isolierung der Ständerwicklung nicht gefährdet wird.
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Es kommen hauptsächlich zwei unterschiedliche Fühlerarten zur Anwendung:
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Thermoschalter in Form von Miniatur-Bimetallstreifen oder Bimetall-Sprungscheiben. Diese haben ein relativ grosses Volumen, mit dem kleine thermische Zeitkonstanten nicht möglich sind. |
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Kaltleiter-Temperaturfühler mit Sprungverhalten. Sobald die Temperatur einen vorgegebenen Wert überschreitet, erhöht sich ihr elektrischer Widerstand beträchtlich. Ihr Volumen ist sehr klein, es entspricht etwa der Grösse eines Streichholz-Kopfes. Aus diesem Grunde ist die thermische Zeitkonstante sehr klein. |
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Thermoschalter mit Bimetall-Sprungkontakt
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| Die Thermoschalter haben einen Durchmesser von 9 mm und eine Dicke von 5 mm. |
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Sein Öffner-Kontakt unterbricht im Überhitzungsfall den Stromkreis und schaltet über einen Schütz die Spannung aus. Nach einem wesentlichen Rückgang der Wicklungstemperatur sorgt ein, parallel zum Kontakt angeordneter, hochohmiger Heizdraht dafür, dass der Kontakt erst dann wieder geschlossen wird, wenn die Spannung ausgeschaltet ist. Damit wird in jedem Falle, ein ungewolltes, plötzliches Wiedereinschalten des Motors verhindert.
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Es sind auch Thermoschalter mit Schliesskontakt auf dem Markt. Dieser schliesst im Überhitzungsfall den Stromkreis und löst einen akustischen oder visuellen Alarm aus, oder schaltet einen Fremdlüfter ein.
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Die Kaltleiter-Temperaturfühler
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| Der Hauptvorteil der Kaltleiter-Temperaturfühler gegenüber den Bimetall-Thermoschaltern liegt in deren kleinem Volumen. Damit wird die thermische Zeitkonstante stark reduziert. Auch einem raschen Temperaturanstieg in der Wicklung folgt die Temperatur im Fühler mit einem nur kurzen Nachlauf. |
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Die Kaltleiter-Temperaturfühler zeichnen sich durch eine sehr hohe Temperaturempfindlichkeit aus. Im Bereich der Nennansprechtemperatur (NAT) steigt der Widerstand stark an. Diese Änderung kann, durch ein Auslösegerät, zum Abschalten des Laststromkreises benutzt werden. Elektronische Auswertungen für unterschiedlichste Anwendungen sind ebenfalls möglich.
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Wird in der Wicklung die zulässige Temperatur überschritten, fällt das Relais des Auslösegerätes ab. Dadurch wird der Motor abgeschaltet und die Störanzeige leuchtet auf. Durch eine geräteinterne Speicherschaltung bleibt der Motor solange ausgeschaltet, bis der Wiedereinschaltwiderstand erreicht und die Taste „Reset" betätigt wird. Erst dann ist ein erneuter Anlauf möglich.
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| Der Einbau von Bimetall- und Kaltleiter-Temperaturfühlern |
| 1. Spreizen der Spulen: |
2. Einlegen des Fühlers: |
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Wärmeübergang bei grossen Kupferquerschnitten: |
3. Bandagieren der Einbaustelle: |
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Die Fühler werden vor dem Tränken der Wicklung in die Wicklungsköpfe eingebettet. Der Einbau hat besonders sorgfältig zu erfolgen. Krafteinwirkung auf die Fühler (Schläge, Druck) ist unbedingt zu vermeiden. Es muss ein möglichst guter Wärmeübergang erreicht werden. Der Wicklungskopf ist so zu spreizen, dass die Wärmefühler möglichst in der Spulenmitte zu liegen kommen. Anschliessend ist die Einbaustelle zu bandagieren.
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| Sind mehrere Fühler vorhanden (bei Drehstrommotoren üblicherweise ein Fühler je Phase), werden diese in Reihe geschaltet und die Anschlussenden an zwei Hilfsklemmen am Klemmenbrett angeschlossen. |
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Die Kennzeichnung der Bimetall- und Kaltleiter-Temperaturfühler
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Bei Bimetall -Thermoschaltern ist die Nennansprechtemperatur (NAT) meistens auf dem Fühlergehäuse ablesbar. Die Kaltleiter-Temperaturfühler werden durch die Farbe ihrer Anschlussenden gekennzeichnet.
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Farbcodierung von Kaltleiter-Temperaturfühlern
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| NAT in °C |
Anschlussenden |
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NAT in °C |
Anschlussenden |
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| 60 |
weiss / grau |
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135 |
rot / braun |
| 70 |
weiss / braun |
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140 |
weiss / blau |
| 80 |
weiss / weiss |
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145 |
weiss / schwarz |
| 90 |
grün / grün |
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150 |
schwarz / schwarz |
| 100 |
rot / rot |
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155 |
blau / schwarz |
| 105 |
blau / grau |
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160 |
blau / rot |
| 110 |
braun / braun |
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165 |
blau / braun |
| 115 |
blau / grün |
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170 |
weiss / grün |
| 120 |
grau / grau |
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180 |
weiss / rot |
| 125 |
rot / grün |
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190 |
schwarz / braun |
| 130 |
blau / blau |
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