Thermisches Überlastrelais: Wie man es richtig auslegt und einstellt

Wesentliche Erkenntnisse

• Ein thermisches Überlastrelais schützt die Motorwicklungen vor Überhitzung durch anhaltenden Überstrom. Es schützt nicht gegen Kurzschlüsse; das ist Aufgabe des Schutzschalters oder der Sicherungen.
• Die Grundeinstellung ist der auf dem Typenschild angegebene Nenn-Volllaststrom des Motors, nicht der gemessene Betriebsstrom und nicht „ein bisschen höher, damit es nicht mehr auslöst“.
• Die Auslöseklasse (10, 20, 30) entscheidet, wie lange das Relais den Anlaufstrom toleriert. Klasse 10 eignet sich für die meisten Standardaufgaben; schwere, lange Anläufe benötigen Klasse 20 oder 30.
• Ein Relais, das ständig auslöst, sagt fast immer die Wahrheit: zur Last, Spannungsungleichgewicht oder einem ausfallenden Motor. Das Hochdrehen des Einstellrads erkauft Ruhe und zahlt sich in Form von Wicklungsreparaturen (Neuwicklungen) aus.
• Jeder Auslöser ist ein Datenpunkt. Mit Strommesswerten und Maschinenzustand protokolliert werden Auslösungen zu einem der frühesten kostengünstigen Verschleißsignale einer Anlage.

Was es schützt und was nicht

Wicklungen gehen durch Wärme kaputt. Anhaltender Überstrom, blockierte Last, Phasenausfall oder chronische Unterspannung treiben mehr Strom durch den Stator, als dessen Isolierung abführen kann; die Lebensdauer der Isolierung halbiert sich grob alle ~10 °C anhaltender Übertemperatur. Das thermische Überlastrelais bildet diese Erwärmung nach: Bimetallglieder (oder eine elektronische Nachbildung) integrieren den Strom über die Zeit und öffnen den Schützsteuerkreis, wenn die akkumulierte Wärme anzeigt, dass der Motor gefährdet ist.

Was es nicht tut: Kurzschlüsse löschen. Schutz gegen Fehlerströme kommt vom vorgeschalteten Leitungsschutzschalter oder von Sicherungen; das Überlastrelais und das Kurzschlussschutzgerät bilden ein abgestimmtes Paar, keine Alternativen.

Das Einstellrad: die Regeln

• Beginnen Sie mit dem auf dem Typenschild angegebenen Nenn-Volllaststrom (FLC) für die tatsächliche Versorgungsspannung und die tatsächliche Schaltungsart (Stern oder Dreieck liefern unterschiedliche Werte; in einem Stern-Dreieck-Anlasser sitzt das Relais meist im Phasenweg und wird gemäß Schaltbild auf FLC/1,73 eingestellt).
• Kompensieren Sie die Umgebungstemperatur nicht durch Höhereinstellung. Moderne Relais sind temperaturkompensiert; heiße Schaltanlagenräume werden durch die Auslegung gehandhabt, nicht durch das Einstellrad.
• Stellen Sie niemals höher ein, als Motortypenschild und geltende Installationsvorschriften erlauben. Der Spielraum, den manche Vorschriften oberhalb des FLC zulassen, dient Randfällen mit Störauslösungen, nicht als Standard.
• Wählen Sie die Auslöseklasse, bevor Sie am Einstellrad drehen. Klasse 10 löst innerhalb von 10 Sekunden bei 7,2-fach eingestelltem Strom aus, Klasse 20 innerhalb von 20 Sekunden, Klasse 30 innerhalb von 30 Sekunden. Ein träger Lüfter oder ein beladener Förderer mit 15-s-Anlauf wird ein Klasse-10-Relais bei korrekter Stromeinstellung fehlauslösen; die Lösung ist Klasse 20, nicht ein höherer Einstellwert.

Ein Rechenbeispiel mit realen Zahlen

Ein 15 kW, 400 V Förderantriebs-Motor, Typenschild-FLC 29 A, Direktanlauf, gemessene Anlaufzeit 12 Sekunden bei etwa 6 × FLC:

• Einstellwert: 29 A. Nicht die 31 A, die an einem heißen Tag gemessen wurden, und nicht 33 A „zur Reserve“.
• Auslöseklasse: Der 12-Sekunden-Anlauf bei 6 × FLC liegt zu nahe an der Klasse-10-Kennlinie; daher Klasse 20 spezifizieren.
• Inbetriebnahmeprotokoll: Einstellwert 29 A, Klasse 20, gemessener Betriebsstrom 26,5 A pro Phase, Phasenungleichheit unter 2 %.
• Sechs Monate später löst das Relais zweimal in einer Woche aus. Gemessener Strom: 28,9 A im Betrieb, gestiegen von 26,5 A. Das Relais ist in Ordnung; das schleifende Lager des Förderers nicht. Der Auslöser war der günstigste Vibrationssensor an der Maschine.

Auslösungen als Zustandsdaten lesen

Steigender Betriebsstrom bei konstanter Last bedeutet zunehmenden mechanischen Widerstand oder elektrische Probleme: festlaufende Rollen, eine schleifende Bremse, ein ausfallendes Lager, Unterspannung oder Phasenungleichgewicht. Deshalb gehören Auslöseereignisse in die Maschinendokumentation mit den dazugehörigen Strommesswerten, nicht ins Erinnerungsvermögen eines Bedieners. Mit Strommesswerten und aktuellen Arbeitsaufträgen korrelierte Auslöser verwandeln „das Relais ist zu empfindlich“ in „der Strom ist seit März um 9 % angestiegen“, was ein wartungsrelevantes Argument mit Datum ist, das im MTBF-Trend der Maschine Monate vor dem Ausfall sichtbar wird.

Elektrische Prüfungen gehören zusammen: Wenn eine Auslösung Sie an den Anlasser bringt, ist derselbe Besuch der Moment für einen schnellen Isolationswiderstandstest, falls der Motor verdächtig ist, und ein Blick darauf, ob die Aufgabe einen Direktanlauf überfordert; unser Vergleich von Sanftanlasser versus Frequenzumrichter behandelt, wann ein sanfterer Anlauf sowohl die Auslösungen als auch die mechanische Belastung löst. Wiederkehrende Auslösungen an einer Anlage sollten jedes Mal einen Arbeitsauftrag auslösen, genau die Disziplin, die ein präventiver Wartungsplan in einem CMMS automatisch durchsetzt. Um zu sehen, wie Fabrico Auslöseereignisse, Messwerte und Arbeitsaufträge an einer Anlage verknüpft, buchen Sie eine kurze Demo.

Häufige Fehler

• Auf den gemessenen Strom statt auf den Typenschildwert einstellen. Ein leicht belasteter Motor, der mit 22 A gemessen wurde, wird auf 22 A eingestellt und löst dann ständig aus, sobald der Prozess mit Auslegungsbelastung läuft.
• Am Einstellrad drehen, um Störauslösungen zu stoppen. Wenn der Stromeinstellwert dem Typenschild entspricht und es trotzdem auslöst, liegt die Ursache am Anlaufverhalten (falsche Klasse), an der Versorgung (Ungleichgewicht, Unterspannung) oder an der Maschine (mechanischer Widerstand). Das Einstellrad ist nicht der Ort für die Lösung.
• Falsche Einstellung in Stern-Dreieck-Anlassern. Auf Linienstrom statt auf Phasenstrom eingestellt ist das Relais effektiv um den Faktor 1,73 blind.
• Endloses Zurücksetzen. Zweimaliges Zurücksetzen ohne Messung ist Operieren in Hoffnung. Nach dem zweiten Auslösen klemmt jemand ein Messgerät an und notiert den Wert.
• Einphasenbetrieb ignorieren. Ein Phasenausfall treibt die verbleibenden Phasen weit über Strom. Differenzial-Auslöser erfassen das, aber nur, wenn das Relais gemäß Schaltbild dimensioniert und verdrahtet ist.

Häufig gestellte Fragen

Auf welchen Strom sollte ein thermisches Überlastrelais eingestellt werden?

Auf den auf dem Motortypenschild angegebenen Nenn-Volllaststrom für die tatsächliche Spannung und Schaltungsart. In Stern-Dreieck-Anlassern misst das Relais üblicherweise den Phasenstrom und wird gemäß Schaltbild auf FLC/1,73 eingestellt.

Was ist die Auslöseklasse 10, 20 und 30?

Die maximale Zeit, die das Relais bei 7,2-fach eingestelltem Strom zulässt: etwa 10, 20 bzw. 30 Sekunden. Sie dient dazu, den Anlaufstrom zu überbrücken. Für Standardanwendungen wird Klasse 10 genutzt; lange, schwere Anläufe benötigen Klasse 20 oder 30.

Warum löst die Überlast ständig aus?

In grober Reihenfolge der Wahrscheinlichkeit: echte Überlast oder mechanischer Widerstand, Phasenungleichgewicht oder Unterspannung, falsche Auslöseklasse für den Anlauf, falsche Einstellung für die Schaltungsart und nur selten ein defektes Relais. Messen Sie den Betriebsstrom je Phase, bevor Sie etwas ändern.

Schützt ein thermisches Überlastrelais gegen Kurzschlüsse?

Nein. Kurzschlussschutz kommt von Sicherungen oder dem vorgeschalteten Leitungsschutzschalter. Das Überlastrelais behandelt anhaltenden Überstrom; zusammen schützen sie Schaltung und Motor.

Sind elektronische Überlastrelais besser als Bimetallrelais?

Sie haben engere Toleranzen, bieten Funktionen wie Phasenausfallerkennung, einstellbare Auslöseklassen und Meldkontakte zur Protokollierung von Auslösungen und driften weniger über die Zeit. Bimetallrelais sind bei korrekter Einstellung weiterhin völlig brauchbar für Standardaufgaben.