Schutzeinrichtungen und Schaltungstechnik: Grundlagen elektrischer Anlagen
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Fehlerarten in Schaltungen
Überlast: Ein höherer Verbrauch des Nennstroms (IN) kann über einen gewissen Zeitraum andauern.
Kurzschluss: Der Strom erreicht ein Vielfaches des Nennstroms (I = 3 · IN).
Elektrische Kontakte: Direkte oder indirekte Berührung mit spannungsführenden Teilen.
Überspannungen: Dauerhafte Überspannungen können durch Unterbrechungen oder Fehler am Neutralpunkt entstehen, etwa durch einen gebrochenen Neutralleiter. Ursachen sind häufig interne oder externe Einflüsse, beispielsweise Blitzeinschläge oder Schaltvorgänge.
Schutzeinrichtungen
Sicherungen
Sicherungen unterbrechen den Stromkreis, sobald der Strom einen zulässigen Wert überschreitet. Sie schützen vor Überlast und Kurzschluss.
Thermisches Relais
Das thermische Relais schützt Verbraucher vor Überlast. Ein Bimetall dehnt sich bei Erwärmung unterschiedlich aus und betätigt die Öffnungsmechanik des Schalters.
Leitungsschutzschalter
Leitungsschutzschalter erkennen Überlast und Kurzschluss und unterbrechen den Stromkreis. Der Kurzschlussschutz erfolgt über einen elektromagnetischen Auslöser: Der Strom erzeugt ein Magnetfeld, das einen Anker anzieht und die Schaltung öffnet.
Fehlerstromschutzschalter (FI)
Der Fehlerstromschutzschalter besteht aus einem Schaltmechanismus, einem Auslöser und einem Ringkern. Er vergleicht Hin- und Rückstrom. Entsteht eine Differenz, etwa durch einen Fehlerstrom, induziert dies eine Spannung, die den Auslöser betätigt und den Stromkreis unterbricht.
Befehlseinrichtungen und Schaltgeräte
Befehlsgeräte: Sie steuern den Sicherungskasten und die Funktionen der Anlage. Dazu zählen Schalter und Wahlschalter.
Selektor: Öffnet und schließt den Stromkreis, z. B. im Vakuum. Ein Schalter wird manuell betätigt und schließt den Stromkreis zu den Lasten.
Schütz: Ein elektromagnetisch betätigter Schalter. Bei Erregung der Spule zieht der Anker an und die Kontakte schließen. Die Kontakte bestehen aus Silberlegierungen oder Kupfer und dienen zur Schaltung größerer Leistungen.
Hilfsschalter: Sie übernehmen Steuer- und Kontrollaufgaben am Schütz.
Relais und Steuerung
Relais: Ein elektromagnetisches Bauteil, das Steuersignale verarbeitet und Schaltvorgänge auslöst. Es ähnelt in seiner Funktion einem Schütz, arbeitet jedoch mit geringeren Strömen.
Zeitrelais (Timer): Verzögern oder steuern Schaltvorgänge zeitlich abhängig.
Hilfssteuerung: Ermöglicht den Dialog zwischen Mensch und Maschine über Drucktaster, Wahlschalter und Sensoren wie Endschalter oder Näherungssensoren.
Signalisierung: Meldet den Betriebszustand der Maschine durch optische (z. B. Leuchtmelder) oder akustische Signale bei Störungen.
Schaltungen im Motorbetrieb
Stern-Dreieck-Schaltung
Die Stern-Dreieck-Schaltung begrenzt beim Anlauf des Motors die Stromaufnahme. In der Sternschaltung wird die Spannung an den Wicklungen reduziert, wodurch der Anlaufstrom auf etwa ein Drittel sinkt. Danach erfolgt die Umschaltung auf Dreieckschaltung für den Normalbetrieb.