Schutzeinrichtungen im Haupt- und Steuerstromkreis

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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
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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
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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
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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
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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
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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
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. . . . . . . . L1
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. . . . . . . . L2
.............................................................
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.....................................................................
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. . . . . . . . L3
.............................................................
.....................................................................
.....................................................................
. . . . . . . . PE
.............................................................
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.....................................................................
.....................................................................
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.....................................................................
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. . . . . . . . . . . . . . . . . . 1. . . . .3. . . . .5. . . . . . 33
...................................
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
............................
.....................................................................
.....................................................................
.....................................................................
. . . . .-F1
................................................................
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.....................................................................
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
...................................
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .42
..............................
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.....................................................................
.....................................................................
.....................................................................
. . . . . . . . . . . . . . . . .I .>. . . I. >
...............................................
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .I .>. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . 2. . . . .4. . . . .6. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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. . . . . . . . . . . . . . . . . . .1. . . . 3. . . . .5. . . . . . . . . . . . . . . . .1. . . . 3. . . . .5. . . . . . . . . . . . . . .
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.....................................................................
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. . . . . . . . . . . . -Q1
.........................................................
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . -Q2
...............................
. . . . . . . . . . . . . . . . . . 2. . . . .4. . . . .6. . . . . . . . . . . . . . . . .2 . . . . 4. . . . .6. . . . . . . . . . . . . . .
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. . . . . . . . . . . . . . . . . . .U1
. . . . . . . . .W1
.........................................
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .V1
. . . . . . . . . PE
.....................................
.....................................................................
.....................................................................
.....................................................................
.....................M
................................................
. . . . . . . . . . . . . -M1
........................................................
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. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3. .~. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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