Thermische Überlastung tritt nicht zufällig auf, sondern resultiert aus mehreren interagierenden Faktoren. Grundsätzlich geschieht dies, wenn elektrische Komponenten oder Systeme Lasten tragen, die ihre Auslegungskapazität überschreiten, wodurch übermäßige Wärme erzeugt wird. Im Folgenden analysieren wir die drei Hauptursachen:

Geräteüberlastung tritt auf, wenn Motoren oder Stromkreise Strom verarbeiten, der über ihrer Nennkapazität liegt. Diese zusätzliche Last erzeugt übermäßige Wärme, die Motorwicklungen und andere Komponenten beschädigt. Häufige Szenarien sind der Anschluss mehrerer Hochleistungsgeräte an einen einzigen Stromkreis oder der Betrieb von Motoren außerhalb ihrer Spezifikationen.

Besonders besorgniserregend ist, dass über 50 % der US-amerikanischen Wohngebäude älter als 30 Jahre sind und die elektrische Verkabelung nicht für den modernen Strombedarf ausgelegt ist. Warnzeichen sind flackernde Lichter, häufiges Auslösen von Leistungsschaltern, warme oder verfärbte Steckdosen, Brandgeruch und summende Geräusche.

Mechanische Probleme erhöhen den Widerstand in Motoren, wodurch diese härter arbeiten und mehr Strom verbrauchen müssen. Häufige Beispiele sind Wellenausrichtungsprobleme, die Reibung verursachen, und verschlissene Lager, die zusätzlichen Widerstand erzeugen. Beide Bedingungen bringen Motoren über ihre thermische Kapazität hinaus.

Schwingungsanalysen erweisen sich als effektiv für die Überwachung des Lagerzustands, da Verschleißmuster nachweisbare Veränderungen in der Schwingungsfrequenz und -amplitude erzeugen, die als Frühwarnzeichen dienen.

Elektrisches Ungleichgewicht bezieht sich auf einen ungleichmäßigen Stromfluss, der zusätzliche Wärme erzeugt und Komponenten belastet. In Dreiphasensystemen zwingt der Phasenausfall die verbleibenden Phasen, mehr Strom zu führen, wodurch Motorwicklungen überhitzen. Eine Stromkreisüberlastung tritt auf, wenn der Strombedarf die Kapazität übersteigt, was häufig durch fehlerhafte Verkabelung, defekte Leistungsschalter oder unzureichende Steckdosen verursacht wird, was zu einer unsicheren Verwendung von Verlängerungskabeln führt.

Sicherheitsstatistiken zeigen, dass elektrische Fehler jährlich etwa 46.700 Hausbrände verursachen, die Schäden von über 1,5 Milliarden US-Dollar verursachen. Industrielle Umgebungen sind mit kostspieligen Ausfallzeiten und dem Austausch von Geräten durch thermische Überlastungsereignisse konfrontiert.

Thermische Überlastung schädigt elektrische Systeme auf vielfältige Weise und verursacht Geräteschäden, Sicherheitsrisiken und betriebliche Störungen mit unmittelbaren Ausfällen und langfristiger Verschlechterung.

Thermische Überlastung greift typischerweise die schwächsten Systemkomponenten an. Die Drahtisolierung leidet oft zuerst, da übermäßiger Strom die Isolierung wegschmilzt und die Leiter potenziellen Zündquellen aussetzt. Motoren sind ähnlichen Risiken ausgesetzt, wobei überlastete Wicklungen einen Isolationsausfall erleiden, der zu Kurzschlüssen oder einem vollständigen Ausfall führen kann.

Transformatoren sind vergleichbaren Gefahren ausgesetzt, da Überhitzung die Isolierung in ölgefüllten Einheiten verschlechtert und die Brandrisiken erhöht. Anhaltende Überlastung beschädigt auch Kabel, Steckdosen und Leistungsschalter und verkürzt ihre Lebensdauer durch kumulierte Belastung.

Die Sicherheitsrisiken durch thermische Überlastung reichen von schwerwiegend bis potenziell tödlich. Elektrische Brände stellen die unmittelbarste Bedrohung dar, da überhitzte Drähte und beschädigte Steckdosen Zündungstemperaturen erreichen können. Zwischen 2011 und 2020 verzeichnete das US Bureau of Labor Statistics 33.890 arbeitsbedingte Hitzeverletzungen und -erkrankungen sowie 999 Todesfälle von 1992 bis 2021, was die Bedeutung des thermischen Risikomanagements unterstreicht.

Beschädigte Isolierung erhöht auch das Stromschlagrisiko, indem sie Leiter freilegt und das Potenzial für Schocks schafft, die von leichtem Unbehagen bis zu lebensbedrohlichen Verletzungen reichen.

Über die Komponentenschäden und Sicherheitsprobleme hinaus verursacht thermische Überlastung teure Betriebsunterbrechungen. Wenn Systeme überhitzen, lösen Schutzschalter aus, um Brände zu verhindern, aber gleichzeitig die Produktivität zu stoppen. In der Fertigung können selbst kurze Ausfälle erhebliche Verluste verursachen.

Überlastete Systeme arbeiten auch weniger effizient, verbrauchen mehr Energie und liefern gleichzeitig eine inkonsistente Leistung. Anhaltende thermische Belastung beschleunigt den Materialabbau und führt zu vorzeitigem Geräteausfall, der sich zu vollständigen Betriebsausfällen ausweiten kann.

Die Verhinderung von thermischer Überlastung erfordert die Kombination von geeigneten Schutzvorrichtungen, intelligentem Design und regelmäßiger Wartung, um Probleme zu identifizieren und zu beheben, bevor sie zu Sicherheitsrisiken oder Geräteausfällen werden.

Diese kritischen Geräte schützen Motoren, indem sie den Stromfluss überwachen und die Stromversorgung bei anhaltender Überlastung unterbrechen. Sie verwenden typischerweise Bimetallstreifen, die sich bei Erwärmung biegen und Abschaltmechanismen auslösen. Erhältlich in manuellen oder automatischen Rückstellversionen, sind die richtigen Stromschwellenwerteinstellungen unerlässlich – zu niedrig verursacht unnötige Ausfallzeiten, während zu hoch ein unzureichender Schutz riskiert.

Richtig dimensionierte Geräte, die auf die beabsichtigten Lasten abgestimmt sind, verhindern Überhitzung. Übergroße Systeme können übermäßig zyklisch arbeiten, während unterdimensionierte Einheiten mit konstanter Volllast arbeiten, was beides unnötige Wärme erzeugt. Die regelmäßige Wartung sollte Folgendes umfassen:

• Sichtprüfungen auf Beschädigungen oder Korrosion
• Kalibrierungsprüfungen für Temperatureinstellungen
• Funktionstests durch Simulation von Überlastbedingungen

Eine ausreichende Belüftung erweist sich ebenfalls als entscheidend für die Wärmeableitung, während die Führung von Protokollen der Auslösehistorie hilft, sich entwickelnde Probleme zu identifizieren.

Während Überlastrelais Motoren schützen, schützen Leistungsschalter und Sicherungen ganze Stromkreise. Leistungsschalter kombinieren thermische und magnetische Elemente, um sowohl auf anhaltende Überlastungen als auch auf plötzliche Kurzschlüsse zu reagieren. Sicherungen schmelzen, wenn sie übermäßigem Strom ausgesetzt sind, und müssen nach der Aktivierung ersetzt werden. Zusammen bilden sie mehrschichtige Verteidigungssysteme mit eingebauter Redundanz.

Thermische Überlastung stellt ernsthafte Bedrohungen für elektrische Systeme dar und kann zu Geräteschäden, Sicherheitsvorfällen und betrieblichen Störungen führen. Wirksame Präventionsmaßnahmen sind entscheidend für die Aufrechterhaltung eines sicheren und zuverlässigen Betriebs. Zu den wichtigsten Erkenntnissen gehören:

• Geräteüberlastung, mechanische Probleme und elektrisches Ungleichgewicht stellen die Hauptursachen dar
• Die Auswirkungen reichen von Komponentenschäden bis hin zu Sicherheitsrisiken und Systemausfallzeiten
• Die Prävention erfordert Überlastrelais, die richtige Geräteauslegung und Stromkreisschutzeinrichtungen

Bemerkenswert ist, dass Dreiphasen-Induktionsmotoren fast 80 % der industriellen Anwendungen ausmachen, während elektrische Überlastung die Hauptursache für Ausfälle von Hausstromkreisen darstellt. Diese Statistiken unterstreichen die Notwendigkeit einer zuverlässigen Schutzausrüstung.

Durch regelmäßige Inspektionen, richtig dimensionierte Komponenten und eine rasche Reaktion auf Warnzeichen können Unternehmen die Risiken einer thermischen Überlastung wirksam mindern und so die Sicherheit und Zuverlässigkeit elektrischer Systeme gewährleisten und gleichzeitig Geräteinvestitionen schützen.