19 Schutzeinrichtungen im Haupt- und Steuerstromkreis Schutzeinrichtungen im Haupt- und Steuerstromkreis Im Haupt- und Steuerstromkreis ist der Schutz der Leitungen vor Überlastung und Kurzschluss sowie der Schutz des Motors von Wicklungsschäden durch unzulässig hohe Erwärmung durch geeignete Maßnahmen zu gewährleisten. Der Leitungsschutz kann z. B. durch Schmelzsicherungen oder LS-Schalter, der Motorschutz durch Motorschutzschalter oder Motorschutzrelais erfolgen. Schutzeinrichtungen sind Niederspannungsschaltgeräte (bis 1000 V), die Betriebsmittel (auch Leitungen) vor thermischer Überlastung und Kurzschlussstromauswirkungen schützen. LS-Schalter Leitungsschutzschalter Benötigte Hardware 1 24-V-DC-Spannungsversorgung 1 Schalterbaugruppe 1 Tasterbaugruppe 2 Hilfsschütze 1 Hauptschütz 1 Motorschutzschalter 1 Motorschutzrelais Vorsicht! Beachten Sie, für welche Spannung die Strangwicklungen des verwendeten Drehstrommotors geeignet ist. 4 Leitungsschutzschalter 1 Drehstrommotor © Christiani 30 Schutzeinrichtungen im Haupt- und Steuerstromkreis 11. Bauen Sie folgenden Stromkreis auf. F1 Motorschutzschalter; dient hier vorrangig der Schutzfunktion und nicht zum dreipoligen Schalten. Das Schalten des Motors übernimmt das Hauptschütz Q1. 24 V DC L+ L1 400 V AC L2 L3 PE 1 -F2 2 33 1 3 5 33 -F1 41 34 -F1 34 21 42 -S1 I> I> I> 2 4 6 22 13 Vorsicht! Achten Sie darauf, dass der eingesetzte Motor für die Strangspannung geeignet ist. 1 3 5 -S2 -Q1 14 -Q1 2 4 13 14 6 A1 -Q1 U1 Hinweis F2 kann entfallen, da das verwendete Netzgerät einen integrierten Überlast- und Kurzschlussschutz hat. -M1 V1 W1 PE L– A2 M 3~ a) Welche Vorbereitungen sind notwendig, damit das Schütz Q1 anzieht und in Selbsthaltung geht? Motorschutzschalter F1 einschalten. Leitungsschutzschalter F2 einschalten. Taster S2 betätigen. © Christiani Schutzeinrichtungen im Haupt- und Steuerstromkreis 31 b) Verfügt der Hauptstromkreis über keinen Leitungsschutz? Nehmen Sie dazu Stellung. Der eigensichere Motorschutzschalter F1 übernimmt auch den Leitungsschutz. Ein Motorschutzschalter ist eigensicher, wenn er einen Kurzschlussstrom von bis zu 6000 A sicher abschalten kann. Diese Forderung wird auch an Leitungsschutzschalter gestellt. Millisekunden Sekunden Minuten c) Dargestellt ist die Auslösekennlinie eines Motorschutzschalters. Erläutern Sie die Kennlinie. 2h 20 10 5 thermische Auslösung 2 1 40 20 10 5 2 1 Vergleichen Sie die Kennlinie des Motorschutzschalters mit der Kennlinie des Motorschutzrelais (Seite 28). elektromagnetische Auslösung 200 50 20 5 2 0 1,5 2 3 4 6 8 10 15 20 30 x Bemessungsbetriebsstrom Zwei Bereiche erkennbar: Thermische Auslösung wie beim Motorschutzrelais (träge). Elektromagnetische Auslösung: Bei ca. 15 · IN unverzögertes Ansprechen. © Christiani 35 Zeitfunktionen Zeitfunktionen In der elektrischen Steuerungstechnik werden für die Realisierung von Zeitfunktionen fertige Funktionseinheiten, die Zeitrelais eingesetzt. Dabei ist folgende Einteilung üblich: – Einschaltverzögerung (Anzugsverzögerung) – Ausschaltverzögerung (Abfallverzögerung) – Impulserzeugung (bei einmaliger Impulsgabe als Wischrelais) – Blinkrelais (bei sich ständig wiederholender Impulsgabe) Grundsätzliche Wirkungsweise: Speicherung einer Hilfsgröße nach Anlegen eines Steuersignals. Wenn der Speicher bis zu einem definierten Inhalt aufgeladen ist, wird ein Ausgangssignal erzeugt. Ähnliches gilt beim Ausschalten des Steuersignals. Kennzeichnung von zeitverzögerten Schaltkontakten Schließer, verzögert ein Schließer, verzögert aus 17 17 18 18 Öffner, verzögert aus Öffner, verzögert ein 15 15 16 16 Betriebszustandsanzeige LED grün: Steuerspannung liegt an LED rot: Ausgangsrelais angezogen Multifunktionsrelais vereinen mehrere Zeitfunktionen in einem Gerät. Wirtschaftlich durch vereinfachte Lagerhaltung. Drehschalter zur Vorwahl des Zeitbereiches Drehschalter zur Feineinstellung des Zeitwertes Drehschalter zur Wahl der Zeitfunktion A1 15 A1 A2 16 Y1 15 16 18 18 A2 © Christiani 36 Zeitfunktionen Einschaltverzögerung (Anzugsverzögerung) Durch Anlegen der Steuerspannung an A1, A2 wird der Zeitablauf gestartet. Nach Ablauf der eingestellten Zeit zieht das Ausgangsrelais an. Einschaltverzögerung Zeitglied wird gestartet → Zeit läuft ab → nach Ablauf der Zeit wird geschaltet Wenn die Steuerspannung an A1, A2 abgeschaltet wird, fällt das Ausgangsrelais in seine Ruhelage zurück und die Zeitstufe wird gelöscht. Wenn die Steuerspannung vor Ablauf der eingestellten Zeit abgeschaltet wird, dann wird die Zeitstufe gelöscht. Das Ausgangsrelais zieht dann nicht an. Der Steuereingang A1, Y1 ist hier ohne Funktion. 16 18 A1 -K1 A2 15 A1-A2 15-18 15-16 LED grün LED rot <t t 1. Bauen Sie die dargestellte Schaltung auf. Stellen Sie die Zeitverzögerung auf 10 Sekunden ein. Beschreiben Sie Ihre Beobachtungen, wenn Sie S1 nacheinander für 5 Sekunden und für 15 Sekunden betätigen. L+ 24 V DC 13 15 -S1 -K1 14 16 A1 -K1 L– 10s X1 -P1 A2 18 X1 -P2 X2 X2 Betätigung 5 Sekunden P1 leuchtet, P2 nicht einschaltbar Betätigung 15 Sekunden P1 ein, P2 aus S1 betätigen → nach 15 s: P1 aus, P2 ein S1 loslassen → P1 ein, P2 aus Das Zeitrelais hat kein Speicherverhalten. © Christiani 55 Sicherheit von Steuerungen 11. Im TN-System fordert die Norm den zusätzlichen Schutz durch RCD mit I∆n ≤ 30 mA an Orten mit erhöhter Stromempfindlichkeit. Erhöhte Stromempfindlichkeit I∆n < – 30 mA RCD PE M 3~ RK = 1 kΩ R Welchen Einfluss hat der Widerstand R auf die Stromempfindlichkeit des Menschen mit dem Körperwiderstand RK = 1 kΩ? RK und R bilden einen Spannungsteiler, der an U0 = 230 V liegt. Maximale Berührungsspannung UL = 50 V. R muss mindestens so groß sein, dass die Spannung an RK 50 V (AC) nicht überschreitet. AC U L = 50 V DC U L = 120 V U L ist der maximal zulässige Wert der Berührungsspannung. 12. Warum schreibt VDE nicht den Einsatz eines RCD mit I∆n ≤ 10 mA vor? Dürfte bereits bei 5 mA auslösen. Selbst im fehlerfreien Zustand der Anlage können sich Ableitströme auf diesen Wert addieren und der RCD würde ansprechen. IΔn Bemessungs-Differenzstrom der Fehlerstrom-Schutzeinrichtung (RCD). © Christiani 56 Sicherheit von Steuerungen 13. Funktionssicherheit von Steuerungen: Arbeitsstromprinzip und Ruhestromprinzip. Schaltung 1 Schaltung 2 L+ 24 V DC L+ 24 V DC Arbeitsstromprinzip Arbeitsstromschaltung, es fließt nur Strom, wenn die Schaltung betriebsmäßig arbeiten muss. 13 -S1 13 -S2 14 13 13 -S3 14 -S1 -K1 14 21 21 -K1 14 22 22 21 -S2 Ruhestromprinzip Ruhestromschaltung, es fließt nur Strom, wenn die Schaltung betriebsmäßig nicht arbeiten muss, sich also im Ruhezustand befindet. 22 A1 A1 -Q1 -K1 A2 A2 21 -S3 22 L– A1 -K1 A1 -Q1 A2 A2 L– Schaltung 3 Schaltung 4 L+ 24 V DC L+ 24 V DC 21 21 -S1 -S2 22 21 -S3 22 13 21 -K1 22 -S1 13 -K1 14 22 14 13 -S2 14 A1 -K1 A1 -Q1 A2 A2 13 -S3 14 L– A1 -K1 A1 -Q1 A2 A2 L– a) Ordnen Sie folgende Begriffe den Schaltungen 1 bis 4 zu: UND, ODER, NAND, NOR Schaltung 1 ................ ................ ................ . . . . .ODER ........... ................ ................ Schaltung 2 ................ ................ ................ . . . . . .NOR .......... ................ ................ Schaltung 3 ................ ................ ................ . . . . .NAND ........... ................ ................ Schaltung 4 ................ ................ ................ . . . . . .UND .......... ................ ................ b) Welche Schaltung arbeitet nach dem Ruhestromprinzip und welche nach dem Arbeitsstromprinzip? Schaltung 1 ................ ................ ................ . .Arbeitsstrom.............. ................ ................ . . . . .prinzip ........... ................ ................ ................ © Christiani Schaltung 2 ................ ................ ................ . . .Ruhestrom............. ................ ................ . . . . .prinzip ........... ................ ................ ................ Schaltung 3 ................ ................ ................ . . Ruhestrom.............. ................ ................ . . . . .prinzip ........... ................ ................ ................ Schaltung 4 ................ ................ ................ . .Arbeitsstrom.............. ................ ................ . . . . .prinzip ........... ................ ................ ................ 71 Wendeschaltung Wendeschaltung Die Drehrichtung von Drehstrommotoren kann durch Vertauschung von zwei Außenleiteranschlüssen geändert werden. • Rechtsdrehfeld: L1 → U1, L2 → V1, L3 → W1 L1 L2 L3 PE L1 L2 L3 PE Hinweis U1 V1 W1 PE U1 V1 W1 M 3~ M 3~ Rechtslauf Linkslauf PE Achten Sie darauf, dass der eingesetzte Drehstrommotor für die Spannung geeignet ist. Überlegen Sie, ob Sie den Motor in Stern oder in Dreieck schalten. Die Drehrichtung des Motors kann durch eine Schützsteuerung geändert werden. Man nennt sie Wendeschaltung und zählt sie zu den Motorstartern. Benötigte Hardware 1 24-V-Spannungsversorgung 2 Hauptschütze 1 Motorschutzschalter 4 Leitungsschutzschalter 1 Tasterbaugruppe 1 Drehstrommotor © Christiani 72 Wendeschaltung 1. Ergänzen Sie den Hauptstromkreis einer Wendeschaltung. Bauen Sie die Schaltung auf. Vorsicht! Einschalten des Hauptstromkreises nur nach Rücksprache mit ihrem Ausbilder. © Christiani ..................................................................... ..................................................................... ..................................................................... . . . . . . . . L1 ............................................................. ..................................................................... ..................................................................... ..................................................................... . . . . . . . . L2 ............................................................. ..................................................................... ..................................................................... ..................................................................... . . . . . . . . L3 ............................................................. ..................................................................... ..................................................................... . . . . . . . . PE ............................................................. ..................................................................... ..................................................................... ..................................................................... ..................................................................... ..................................................................... ..................................................................... ..................................................................... ..................................................................... ..................................................................... . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1. . . . .3. . . . .5. . . . . . 33 ................................... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 ............................ ..................................................................... ..................................................................... ..................................................................... . . . . .-F1 ................................................................ ..................................................................... ..................................................................... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 ................................... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .42 .............................. ..................................................................... ..................................................................... ..................................................................... ..................................................................... . . . . . . . . . . . . . . . . .I .>. . . I. > ............................................... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .I .>. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2. . . . .4. . . . .6. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..................................................................... ..................................................................... ..................................................................... ..................................................................... ..................................................................... ..................................................................... ..................................................................... ..................................................................... ..................................................................... ..................................................................... ..................................................................... ..................................................................... ..................................................................... ..................................................................... ..................................................................... . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1. . . . 3. . . . .5. . . . . . . . . . . . . . . . .1. . . . 3. . . . .5. . . . . . . . . . . . . . . ..................................................................... ..................................................................... ..................................................................... ..................................................................... . . . . . . . . . . . . -Q1 ......................................................... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . -Q2 ............................... . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2. . . . .4. . . . .6. . . . . . . . . . . . . . . . .2 . . . . 4. . . . .6. . . . . . . . . . . . . . . ..................................................................... ..................................................................... ..................................................................... ..................................................................... ..................................................................... ..................................................................... ..................................................................... ..................................................................... ..................................................................... ..................................................................... ..................................................................... ..................................................................... ..................................................................... ..................................................................... ..................................................................... ..................................................................... ..................................................................... ..................................................................... ..................................................................... ..................................................................... ..................................................................... . . . . . . . . . . . . . . . . . . .U1 . . . . . . . . .W1 ......................................... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .V1 . . . . . . . . . PE ..................................... ..................................................................... ..................................................................... ..................................................................... .....................M ................................................ . . . . . . . . . . . . . -M1 ........................................................ ..................................................................... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3. .~. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..................................................................... ..................................................................... ..................................................................... .....................................................................
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