Elektromotor und Schaltschrank gemeinsam: Schutzausrüstung bei der Bestellung richtig festlegen

Am Morgen der Inbetriebnahme öffnet die Elektrofachkraft den Klemmenkasten und sieht neben den drei Leistungsanschlüssen zwei weitere dünne Leitungen: die Anschlüsse der in die Wicklung eingebetteten PTC-Fühler. Im Schaltschrank gibt es jedoch kein Thermistorrelais, an das sie angeschlossen werden könnten. Entweder bleiben die Leitungen frei und der Motor läuft ohne Temperaturschutz an, oder die Arbeit verschiebt sich um eine Woche. Auch der umgekehrte Fall ist häufig: Der Schaltschrank ist mit einem Relais mit PTC-Eingang aufgebaut, der Motor kommt aber ohne Fühler, und der Relaiseingang wird gebrückt.

Beiden Fällen gemeinsam ist, dass Motor und Schaltschrank getrennt und ohne Abstimmung bestellt werden. Der Schutz ist eine Kette, in der Teile im Motor und Geräte im Schaltschrank zusammenarbeiten; so sollte er auch bei der Bestellung behandelt werden.

Die beiden Hälften der Schutzkette

Es erleichtert die Arbeit, die am Schutz eines Asynchronmotors beteiligten Elemente in zwei Gruppen einzuteilen:

• Im oder am Motor: Wicklungstemperaturfühler (PTC oder PT100), Stillstandsheizung, Hilfsanschlüsse im Klemmenkasten, Kabeleinführungen und bei großen Baugrößen am Umrichter isolierte Lager oder Wellenerdung. Sie werden bei der Fertigung oder vor dem Versand ergänzt; ein nachträglicher Einbau vor Ort ist schwierig oder unmöglich.
• Im Schaltschrank: Kurzschlussschutz (Sicherung oder Motorschutzschalter), Überlastschutz (Motorschutzrelais oder elektronisches Relais), Überwachung von Phasenausfall und Phasenfolge, das Auswerterelais für den Fühler, der Kontakt zur Ansteuerung der Heizung und das Anlaufgerät selbst.

Die erste Gruppe gehört in die Motorbestellung, die zweite in die Schaltschrankbestellung. Das Problem: Beide Bestellungen stammen oft von verschiedenen Schreibtischen. Bei welchem Fehler welches Gerät eingreift, haben wir ausführlich im Beitrag über die Aufgabenteilung von Motorschutzrelais, Sicherung und Motorschutzschalter behandelt; hier geht es darum, dass beide Hälften zueinander passen.

Schutzpositionen für die Motorbestellung

Wicklungstemperaturfühler

Stromauswertende Geräte schätzen die Motorerwärmung nur indirekt. Bei einer verstopften Lüfterhaube, hoher Umgebungstemperatur oder langem Betrieb mit niedriger Drehzahl am Umrichter kann sich die Wicklung erwärmen, obwohl der Strom normal erscheint. Daher ist es sinnvoll, bei Motoren am Umrichter, mit häufigen Anläufen oder in heißer Umgebung einen Fühler anzufordern. Bei den Drehstrom-Baureihen von HEM Motor sind PTC und PT100 bei der Bestellung wählbare Optionen. Die Wahl bestimmt auch das Auswertegerät im Schaltschrank: Ein PTC wird an ein Relais angeschlossen, das bei einem Grenzwert auslöst, ein PT100 an einen Eingang, der die Temperatur kontinuierlich liest. Zu Fühlertypen und Einstellwerten siehe unseren Beitrag zu PT100 und PTC-Thermistor.

Stillstandsheizung

Bei Motoren, die lange stillstehen, im Freien oder an Orten mit großen Temperaturunterschieden zwischen Tag und Nacht arbeiten, kondensiert Feuchtigkeit im Gehäuse. Die Heizung wird bei Stillstand eingeschaltet und während des Betriebs abgeschaltet. Dafür sind im Schaltschrank eine separate Versorgung und eine Verriegelung über den Hilfskontakt des Hauptschützes nötig. Wurde die Heizung mit dem Motor bestellt, aber ihre Versorgung im Schaltschrank nicht berücksichtigt, nützt sie vor Ort nichts.

Kabeleinführung und Klemmenkasten

Kommen Fühler und Heizung hinzu, werden außer dem Leistungskabel ein oder zwei weitere Kabel in den Klemmenkasten geführt. Die Zahl der Einführungen hängt von der Baugröße ab: So haben die Baugrößen H160–180 2×M40×1,5, die Baugrößen H112–132 2×M32×1,5 Einführungen. Da das Fühlerkabel nicht durch dieselbe Verschraubung wie das Leistungskabel geführt werden sollte, sind Zahl der Einführungen und Ausrichtung des Klemmenkastens bei der Bestellung zu besprechen.

Große Baugrößen am Umrichter

Bei großen Motoren am Frequenzumrichter können gegen Lagerströme isolierte Lager oder eine Wellenerdung nötig sein; bei Installationen mit langen Kabeln wird am Umrichterausgang ein dU/dt- oder Sinusfilter ergänzt. Diese Glieder der Schutzkette werden leicht übersehen, und beide haben ihr Gegenstück sowohl im Motor als auch im Schaltschrank. Das Thema Kabellänge haben wir im Beitrag zum Kabelabstand zwischen Umrichter und Motor gesondert behandelt.

Typisches Paket im Schaltschrank je nach Anlaufverfahren

Welche Geräte im Schaltschrank vorhanden sein müssen, bestimmt vor allem das Anlaufverfahren. Die folgenden Listen sind kein festes Rezept, sondern eine Vergleichsgrundlage, um fehlende Positionen in der Bestellung zu erkennen:

• Direktanlauf (DOL): Motorschutzschalter oder Sicherung + Schütz + Motorschutzrelais; hat der Motor einen Fühler, zusätzlich ein Thermistorrelais. Bei kleinen Leistungen ist dies das einfachste Paket, der Anlaufstrom ist jedoch hoch.
• Stern-Dreieck: drei Schütze, Zeitrelais und Motorschutzrelais. Da das Motorschutzrelais meist im Strang des Hauptschützes liegt, beträgt der Einstellwert etwa das 0,58-Fache des Stroms laut Leistungsschild. Der Motor muss für Dreieckbetrieb an 400 V gewickelt sein; fehlt diese Angabe in der Motorbestellung, ist der Schaltschrank nicht verwendbar.
• Sanftanlasser: Der elektronische Überlastschutz des Geräts ersetzt meist das Motorschutzrelais; Bypass-Schütz, Anlaufzeit und Zahl der Anläufe pro Stunde sind für die Geräteauswahl maßgeblich.
• Frequenzumrichter: Der Umrichter überwacht den Motorstrom, misst aber bei einem lange mit niedriger Drehzahl laufenden Motor nicht die Wicklungstemperatur. Soll der PTC-Eingang des Umrichters genutzt werden, ist der Motor daher mit Fühler zu bestellen.

Wird ein elektronisches Schutzrelais eingesetzt, das mehrere Funktionen in einem Gerät vereint, können Sie im Beitrag zu den Funktionen von Schutzrelais nachlesen, welche Funktionen aktiviert werden sollten.

Datenblatt für den Schaltschrankbauer

Damit die Schaltschrankseite richtig aufgebaut wird, braucht es nicht den Motorkatalog, sondern die Angaben zu genau diesem Motor. Eine einseitige Liste genügt:

1. Bemessungsleistung, Bemessungsstrom und Spannung laut Leistungsschild mit Schaltungsart (230/400 V oder 400/690 V).
2. Anlaufverfahren und Anlaufcharakter der Last: leicht wie eine Pumpe oder schwer wie ein beladener Förderer?
3. Wie oft pro Stunde ein- und ausgeschaltet wird.
4. Optionen am Motor: Fühlertyp und -anzahl, Spannung und Leistung der Heizung.
5. Umgebungstemperatur und Aufstellhöhe. Die Katalogwerte gelten von −15 °C bis +40 °C und bis 1000 m; darüber kann eine Leistungsreduzierung erforderlich sein.
6. Kabellänge zwischen Motor und Schaltschrank, besonders wichtig bei Anlagen mit Umrichter.

Wird diese Liste schon bei der Anfrage des Motorangebots erstellt, sprechen beide Lieferanten über denselben Motor. Ergänzend zu allgemeinen, auf der Motorseite oft übersehenen Punkten empfiehlt sich unser Beitrag dazu, worauf beim Motorkauf zu achten ist.

Was vor Ort am häufigsten fehlt

Große Geräte werden selten vergessen; was die Inbetriebnahme aufhält, sind meist Kleinteile:

• Die Hilfsspannung des Thermistorrelais passt nicht zur Steuerspannung im Schaltschrank.
• Das Fühlerkabel ist ungeschirmt und im selben Kanal wie das Leistungskabel verlegt, sodass das Relais ohne Grund auslöst.
• Für die Heizungsversorgung sind im Schaltschrank keine eigene Sicherung und kein eigener Kontakt vorgesehen.
• Die Zahl der Verschraubungen im Klemmenkasten reicht nicht aus; für das zweite Kabel wird eine Bohrung versucht, und die Schutzart geht verloren.
• Der Einstellbereich des Motorschutzrelais umfasst den Strom laut Leistungsschild nicht.

Fazit

Wer die Schutzausrüstung als vom Motor getrennte Einkaufsposition betrachtet, riskiert, dass die beiden Enden der Kette nicht zusammenpassen. Fühler, Heizung und Kabeleinführung am Motor sowie Relais, Versorgung und Anlaufgerät im Schaltschrank sollten auf demselben Datenblatt beruhen. Bei unseren Drehstrom-Elektromotoren können Sie Fühler- und Heizungsoptionen bei der Bestellung angeben; um die passende Konfiguration für Ihre Anwendung festzulegen, nehmen Sie Kontakt mit unserem technischen Team auf.

Häufig gestellte Fragen

Kann ein PTC-Fühler nachträglich in den Motor eingebaut werden?

Die Fühler werden so in die Wicklung eingelegt, dass sie die Wicklungstemperatur direkt erfassen. Bei einem laufenden Motor ist ein nachträglicher Einbau meist nur bei einer Neuwicklung möglich; bei Bedarf sollte der Fühler daher bei der Bestellung angefordert werden.

Braucht man bei einem Frequenzumrichter zusätzlich ein Motorschutzrelais?

Die meisten Umrichter bieten einen stromabhängigen Überlastschutz und machen bei Einzelmotorantrieben ein separates Motorschutzrelais überflüssig. Die bei niedriger Drehzahl nachlassende Kühlung erkennen sie über den Strom jedoch nicht; deshalb sind Wicklungsfühler und Fühlereingang des Umrichters gemeinsam zu betrachten.

Ist eine Stillstandsheizung für jeden Motor erforderlich?

Bei Motoren im Dauerbetrieb in trockenen, temperaturkonstanten Innenräumen in der Regel nicht. Bei lange stillstehenden Reservemotoren, im Freien und in feuchten Anlagen ist sie dagegen ein praktischer Weg, Feuchtigkeit in der Wicklung zu verhindern.

Warum ist es wichtig, bei der Motorbestellung Angaben zum Schaltschrank zu machen?

Entscheidungen wie Schaltungsart, Fühlertyp und Kabeleinführung richten sich nach den Geräten im Schaltschrank. Werden diese Informationen von Anfang an geteilt, lässt sich der Motor ohne zusätzliche Änderungen an einen vorhandenen oder neu aufzubauenden Schaltschrank anschließen.

Bemessungs- und Anlaufströme für die Auswahl der Schutzorgane: Stromtabelle für Elektromotoren.