Stellen Sie sich einen hochwertigen Präzisionsmotor vor, der still unter Überlastung leidet, ohne zu wissen, dass er jederzeit aufgrund eines Kurzschlusses oder eines Erdschlusses katastrophal ausfallen könnte. Ist Ihre Anlage solchen Risiken ausgesetzt? Als "Herz" industrieller Abläufe benötigen Motoren einen robusten Schutz für eine sichere und stabile Leistung. Dieser Artikel untersucht die Auslegung des Überstromschutzes für Einzelmotor-Abzweigstromkreise auf der Grundlage des National Electrical Code (NEC) von 2020 und liefert wesentliches Wissen, um Motorausfälle zu verhindern, bevor sie auftreten.

Die Auslegung von Motorkreisen ist ein systematischer technischer Prozess, der wie das menschliche Kreislaufsystem funktioniert und sicher und effizient Strom liefert, um industrielle Abläufe anzutreiben. Ein vollständiges Überstromschutzsystem ist für eine zuverlässige Motorleistung unerlässlich. Ein typischer Motorkreis umfasst mehrere kritische Komponenten, die jeweils spezifische Schutzfunktionen erfüllen.

Die Überlastschutzeinrichtung des Motors dient als erste Verteidigungslinie. Als wachsamer Wächter überwacht sie kontinuierlich den Motorbetrieb, um Schäden durch übermäßige Belastungen zu verhindern. Gemäß NEC 430.31 müssen Überlastschutzeinrichtungen:

• Motorüberhitzung verhindern: Wenn Motoren über einen längeren Zeitraum über der Nennleistung betrieben werden, kann übermäßige Hitze die Isolierung beschädigen und Wicklungsfehler verursachen. Der Überlastschutz unterbricht die Stromversorgung, bevor es zu thermischen Schäden kommt.
• Leiter schützen: Überstrombedingungen gefährden die Leitungen des Abzweigstromkreises. Ein ordnungsgemäßer Überlastschutz verhindert eine Überhitzung der Leiter und potenzielle Brandgefahren.
• Anlaufschwierigkeiten beheben: Beim Anlaufen müssen Motoren die statische Reibung überwinden. Der Überlastschutz überwacht den Anlaufstrom und unterbricht die Stromversorgung, wenn Motoren nicht normal anlaufen, wodurch Blockierbedingungen verhindert werden.

NEC 430.32(A)(1) gibt Überlastschutzwerte zwischen 115 % und 125 % des Motor-Volllaststroms an. Bei schwierigen Anlaufbedingungen oder variablen Lasten können die Werte auf 130 % oder 140 % erhöht werden (NEC 430.32(C), 430.6(A)(2)).

Kurzschlüsse (Phasen-zu-Phasen- oder Phasen-zu-Neutral-Fehler) und Erdschlüsse (Phasen-zu-Gehäuse-Fehler) stellen die schwerwiegendsten elektrischen Gefahren dar. Diese Fehler erzeugen extreme Ströme, die Geräte zerstören und Brand- oder Schockrisiken verursachen können.

Abzweigstromkreis-Schutzeinrichtungen müssen Fehlerströme schnell unterbrechen und gleichzeitig Motoranlaufströmen standhalten (NEC 430.52). Diese Geräte dienen als ultimativer Schutz für Motoren und Personal.

NEC 430.22 schreibt vor, dass Abzweigstromkreisleiter für Motoren im Dauerbetrieb eine Strombelastbarkeit von nicht weniger als 125 % des Motor-Volllaststroms haben müssen. Für einen 10-A-Motor müssen die Leiter mindestens 12,5 A aushalten. Die Tabellen 430.247-250 des NEC liefern Volllaststromwerte für die richtige Leiterauswahl.

NEC erlaubt vier Gerätetypen für den Motorschutz im Abzweigstromkreis:

1. Nicht-Zeitverzögerungs-Sicherungen: Schnelle Reaktion, aber anfällig für Fehlauslösungen während des Motoranlaufs
2. Dual-Element- (Zeitverzögerungs-) Sicherungen: Halten Anlaufströmen stand und bieten gleichzeitig zuverlässigen Schutz
3. Sofortauslöse-Schalter: Ultraschneller Betrieb für kritische Anwendungen (muss einstellbar sein und Teil eines Kombinationsstarters sein)
4. Zeitabhängige Schalter: Häufige Wahl, die Schutzgeschwindigkeit und Anlaufstromtoleranz ausgleicht

Motoranlaufströme erreichen typischerweise das 6- bis 8-fache des Volllaststroms. NEC 430.52(B) schreibt vor, dass Schutzeinrichtungen diesen Einschaltströmen ohne Fehlauslösung standhalten müssen.

Unter Verwendung der Prozentsätze der NEC-Tabelle 430.52 entsprechen die maximalen Gerätebemessungen dem Motor-Volllaststrom multipliziert mit dem entsprechenden Prozentsatz. Zum Beispiel ein 10-A-Motor mit einem zeitabhängigen Schalter:

10A × 250% = 25A Maximum

Wenn die Berechnungen nicht mit den Standardwerten übereinstimmen, erlaubt NEC 430.52(C)(1) Ausnahme Nr. 1 die Auswahl des nächsthöheren Standardwerts.

Für Motoren mit schwierigem Anlauf oder variablen Lasten erlauben NEC 430.52(C)(1) Ausnahme Nr. 2 und 430.52(C)(3) Ausnahme Nr. 1 angepasste Schutzeinstellungen unter Beibehaltung der Sicherheit.

Hinweis: Die Prozentsätze gelten für energieeffiziente Motoren der Bauart B.

Betrachten Sie einen 25-PS-, 460-V-, Drehstrommotor der Bauart B mit 32 A Typenschildstrom und einem Servicefaktor von 1,15.

Aus NEC-Tabelle 430.250: 34 A Volllaststrom × 125 % = 43 A Mindestleiterstrombelastbarkeit

Typenschildstrom 32 A × 125 % = 40 A Maximum

Falls erforderlich: 32 A × 140 % = 44,8 A (NEC 430.32(C))

Zeitverzögerungssicherungen:

• 34 A × 175 % = 59,5 A → Wählen Sie 60 A Standard
• Ausnahme Maximum: 34 A × 225 % = 76,5 A → Endauswahl: 70 A

Zeitabhängige Schalter:

• 34 A × 250 % = 87,5 A → Wählen Sie 90 A Standard
• Ausnahme Maximum: 34 A × 400 % = 136 A → Endauswahl: 125 A

Ein wirksamer Motorüberstromschutz erfordert eine sorgfältige Auslegung gemäß den NEC-Standards. Die richtige Geräteauswahl, regelmäßige Wartung und die Einhaltung der Vorschriften gewährleisten die Motorzuverlässigkeit, minimieren gleichzeitig Ausfallrisiken und erhöhen die Betriebssicherheit.