Viele elektrische Störungen in Fabriken und Büros, bei denen plötzlich der Schutzschalter auslöst oder Geräte ausfallen, werden durch „Überstrom“ verursacht. Werden diese Störungen nicht behoben, besteht die Gefahr, dass es zu schweren Unfällen wie Kabelbränden oder elektrischen Bränden kommt.
Insbesondere an Einsatzorten, an denen Industrieanlagen und Motoren zum Einsatz kommen, können durch Überstrom verursachte Anlagenausfälle Auswirkungen auf die gesamte Produktionslinie haben und zu erheblichen wirtschaftlichen Verlusten führen.
Für Entwicklungsingenieure und Anlagenverantwortliche ist es für die Aufrechterhaltung der Sicherheit und der Verfügbarkeit der Anlagen unerlässlich, die Ursachen von Überstrom richtig zu verstehen und geeignete Maßnahmen zu ergreifen.
In diesem Artikel werden nützliche Informationen für die Praxis umfassend erläutert, angefangen bei den Grundlagen zum Thema Überstrom über dessen Ursachen bis hin zu konkreten Gegenmaßnahmen.
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Was ist ein Überstrom?
Überstrom ist ein wichtiges Phänomen, das in direktem Zusammenhang mit der Sicherheit elektrischer Anlagen steht.
An dieser Stelle erläutern wir die grundlegende Definition des Begriffs „Überstrom“, den Unterschied zu anderen elektrischen Störungen, mit denen er leicht verwechselt werden kann, sowie die verschiedenen Arten von Überstrom.
Inhalt dieses Abschnitts
- Definition und grundlegende Konzepte des Überstroms
- Der Unterschied zwischen Überstrom, Kurzschluss und Erdschluss
- Arten von Überstrom
Das Verständnis dieser Grundlagen ermöglicht es Ihnen, die geeigneten Maßnahmen auszuwählen.
Definition und grundlegende Konzepte des Überstroms
Unter Überstrom versteht man das Phänomen, bei dem in elektrischen Anlagen oder Leitungen ein Strom fließt, der den zulässigen Stromwert überschreitet.
Für elektrische Anlagen sind die zulässigen Stromstärken normiert, wobei für Geräte der „Nennstrom“ und für Leitungen der „zulässige Strom“ als Richtwerte festgelegt sind.
Wenn über einen längeren Zeitraum ein Strom fließt, der den zulässigen Stromwert überschreitet, überhitzen sich die Leiter und Verbindungsstellen, was zu einer fortschreitenden Verschlechterung der Isolierung führt und das Risiko von Beschädigungen der Ummantelung sowie von Bränden erhöht.
Um die Sicherheit elektrischer Anlagen zu gewährleisten, ist es erforderlich, die Geräte stets innerhalb des zulässigen Strombereichs zu betreiben.
Der Unterschied zwischen Überstrom, Kurzschluss und Erdschluss
Der Begriff „Überstrom“ bezeichnet allgemein einen „zu hohen Strom“ und ist ein anderes Konzept als ein Kurzschluss oder ein Erdschluss.
Ein Kurzschluss bezeichnet das Phänomen, bei dem Strom nicht über die Last fließt, sondern der Pluspol und der Minuspol direkt miteinander verbunden werden, wodurch augenblicklich ein hoher Strom fließt. Ein Stromaustritt hingegen ist das Phänomen, bei dem Strom an Stellen entweicht, an denen er eigentlich nicht fließen sollte.
Im weiteren Sinne ist ein Kurzschluss zwar eine Form von Überstrom, zeichnet sich jedoch dadurch aus, dass die Stromstärke um eine ganze Größenordnung höher ist als bei einem durch normale Überlastung verursachten Überstrom.
Bei einem Kurzschluss fließen – je nach Anlagenbedingungen – mitunter extrem hohe Ströme, die das Hundert- bis Tausendfache des normalen Betriebsstroms betragen können, was zu einer sofortigen Beschädigung der Leitungen und Geräte führt. Im Gegensatz dazu bezeichnet ein durch Überlastung verursachter Überstrom einen Zustand, bei dem ein Strom, der etwa das Mehrfache des Nennstroms beträgt, kontinuierlich fließt.
Arten von Überstrom
Es gibt zwei Arten von Überstrom: Überstrom aufgrund eines Kurzschlusses und Überstrom aufgrund einer Überlastung.
Machen Sie sich mit den jeweiligen Merkmalen vertraut, damit Sie die geeigneten Maßnahmen auswählen können.
| Arten | Entstehungsmechanismen | Eigenschaften des elektrischen Stroms |
| Überstrom aufgrund eines Kurzschlusses | Entsteht durch falsche Verkabelung oder Geräteausfälle | Es fließt augenblicklich ein extrem hoher Strom |
| Überstrom aufgrund von Überlastung | Gleichzeitiger Betrieb mehrerer elektrischer Geräte, übermäßige Belastung des Motors | Ein Strom, der die Nennstromstärke kontinuierlich überschreitet |
Ein Kurzschluss entsteht durch fehlerhafte Verkabelung oder Geräteausfälle und ist ein Phänomen, bei dem augenblicklich ein hoher Strom fließt. Er tritt auf, wenn sich Leitungen direkt berühren oder wenn die Isolierung beschädigt ist und Leiter freiliegen.
Eine Überlastung ist ein Phänomen, das auftritt, wenn zu viele elektrische Geräte gleichzeitig betrieben werden oder wenn ein Motor stark belastet wird.
Wenn beispielsweise ein Industriemotor unter einer höheren Belastung als vorgesehen im Dauerbetrieb läuft, fließt kontinuierlich ein Strom, der den Nennstrom überschreitet, wodurch sich die Spulen im Inneren des Motors überhitzen. Hält dieser Zustand an, führt dies zu einer Verschlechterung der Isolierung des Motors oder zu einem Brand.
Ursachen für das Auftreten von Überstrom
Überstrom kann durch verschiedene Faktoren verursacht werden. Im Folgenden werden konkrete Ursachen erläutert, die in der Praxis häufig auftreten.
Inhalt dieses Abschnitts
- da es zu einem Kurzschluss kommt
- Da dies zu einer Überlastung der elektrischen Geräte führt
- Da die Verkabelung und die Schaltkreise verschleißen
Insbesondere in Umgebungen, in denen Industrieanlagen und Motoren zum Einsatz kommen, ist es wichtig, diese Ursachen im Voraus zu erkennen und entsprechende Maßnahmen zu ergreifen.
da es zu einem Kurzschluss kommt
Wird bei fehlerhafter Verkabelung Strom zugeführt, kommt es durch den Kontakt der Leitungen im Stromkreis zu einem Kurzschluss, wodurch ein hoher Strom fließt, ohne die Lastgeräte zu durchlaufen.
Typische Beispiele hierfür sind Anschlussfehler bei der Verkabelung sowie ein Kontakt zwischen den Klemmen aufgrund lockerer Schrauben. Auch interne Kurzschlüsse aufgrund von Geräteausfällen führen ebenfalls zu Überstrom.
Dies ist beispielsweise der Fall, wenn die Isolierung der Spulen im Inneren des Motors beschädigt ist und die Wicklungen miteinander in Kontakt kommen. Auch bei Blitzschlag entstehen durch Blitzüberspannungen kurzzeitig hohe Stromstärken, wodurch der Schutzschalter ausgelöst wird und der Strom unterbrochen wird.
Da dies zu einer Überlastung der elektrischen Geräte führt
Wenn zu viele Elektrogeräte gleichzeitig betrieben werden, kommt es zu einer Überlastung des Stromkreises, wodurch ein Strom fließt, der die zulässige Grenze überschreitet.
Wenn beispielsweise mehrere Geräte mit hoher Leistungsaufnahme an denselben Stromkreis angeschlossen und gleichzeitig betrieben werden, wird die zulässige Strombelastung der Verkabelung dauerhaft überschritten.
Auch wenn der Motor stark belastet wird, entsteht ebenfalls ein Strom, der über dem Nennstrom liegt.
Wenn Industriemotoren schwere Lasten anheben oder wenn Kompressoren unter hohem Druck anlaufen, kann der Stromfluss das 4- bis 8-fache des Normalbetriebs betragen; in manchen Fällen kann er im Anfangszyklus sogar das 10-fache oder mehr erreichen. Dauert dieser Zustand über einen längeren Zeitraum an, kann dies zu einer Überhitzung der Verkabelung und zu Schäden an den Geräten führen.
Da sich die Verkabelung und die Schaltkreise verschlechtern
In älteren Gebäuden kommt es aufgrund der Abnutzung der Kabelummantelung häufig zu Isolationsfehlern.
Wenn das Isoliermaterial im Laufe der Zeit aushärtet und Risse bildet, kann dies leicht dazu führen, dass Leiter freigelegt werden, Leiter miteinander in Kontakt kommen (Kurzschluss) oder ein Erdschluss (Ableitstrom) entsteht, was eine Gefahr darstellt. Wird das Gerät in diesem Zustand weiterbetrieben, kann die Impedanz des Stromkreises sinken, wodurch hohe Ströme fließen und es zu einem Überstrom kommen kann.Insbesondere in Umgebungen mit hohen Temperaturen oder starken Vibrationen schreitet die Alterung schneller voran, weshalb regelmäßige Inspektionen erforderlich sind.
Dies hat langfristig negative Auswirkungen auf die Anlagen und führt letztendlich zu einer Verringerung der Zuverlässigkeit der gesamten Anlage.
Maßnahmen zur Vermeidung von Überstrom
Um Unfälle durch Überstrom von vornherein zu verhindern, sind der Einbau geeigneter Schutzvorrichtungen und deren regelmäßige Wartung unerlässlich. Im Folgenden werden konkrete Maßnahmen erläutert, die in der Praxis umgesetzt werden können.
Inhalt dieses Abschnitts
- Installieren Sie einen Überstromschutzschalter
- Durchführung regelmäßiger Inspektionen und Wartungsarbeiten
- Die Auswahl geeigneter Geräte und deren ordnungsgemäße Verwendung
Durch die Kombination dieser Maßnahmen lassen sich die Sicherheit der Anlagen verbessern und die Betriebsverfügbarkeit aufrechterhalten.
Installation eines Überstromschutzschalters
Überstromschutzschalter und Leistungsschalter unterbrechen den Stromkreis bei Auftreten eines Überstroms automatisch und schützen so die Verkabelung und die Geräte.
Der Überstromschutzschalter unterbricht den Stromkreis sofort, sobald der eingestellte Stromwert überschritten wird, und verhindert so eine Überhitzung der Leitungen.
Durch den Einbau von Überstromschutzschaltern lassen sich Unfälle aufgrund von Kurzschlüssen oder Überlastungen verhindern. Insbesondere an Standorten, an denen Industriemotoren zum Einsatz kommen, können durch den Einsatz spezieller Motorschutzrelais Überlastzustände frühzeitig erkannt und die Geräte geschützt werden.
Bei Leistungsschaltern müssen regelmäßig Funktionsprüfungen durchgeführt werden, um sicherzustellen, dass sie stets einwandfrei funktionieren.
Durchführung regelmäßiger Inspektionen und Wartungsarbeiten
Da eine Verschlechterung der Verkabelung und der Schaltkreise oft nicht auf den ersten Blick erkennbar ist, sind regelmäßige Inspektionen unerlässlich.
Durch die Messung des Isolationswiderstands und die Ermittlung von Wärmequellen mittels Infrarot-Thermografie lassen sich Anzeichen einer Alterung frühzeitig erkennen.
Die Aufzeichnung und Verwaltung des Zustands elektrischer Anlagen sowie der Ergebnisse von Inspektionen sind wirksame Maßnahmen zur Ermittlung der Ursachen und zur Verhinderung von Wiederholungsfällen.
Durch die Erfassung von Inspektionsprotokollen lassen sich Verschleißtendenzen erkennen, sodass vorbeugende Instandhaltungsmaßnahmen wie der Austausch von Bauteilen bereits vor dem Auftreten eines Defekts ergriffen werden können. Dies trägt zur Verlängerung der Lebensdauer der Anlagen bei und verspricht langfristige Kosteneinsparungen.
Die Auswahl geeigneter Geräte und deren ordnungsgemäße Verwendung
Durch den Einsatz von Geräten mit Überstromschutz sowie durch die Auswahl hocheffizienter Motoren, die bei niedriger Spannung gestartet werden können, lässt sich das Risiko eines Überstroms verringern.
Beispielsweise lässt sich der Strombedarf unter Umständen senken, indem Motoren ausgewählt werden, die (je nach Produktspezifikation) bei niedriger Spannung anlaufen können, oder durch den Einsatz hocheffizienter Motoren. Da der Einschaltstrom vom Motortyp, den Lastbedingungen und der Antriebsart abhängt, ist eine Bewertung auf der Grundlage der Angaben im Datenblatt erforderlich.
Da hocheffiziente Motoren zur Erzielung derselben Leistung weniger Strom benötigen, wird auch die Belastung der Verkabelung verringert. Darüber hinaus ist im täglichen Gebrauch auf eine ordnungsgemäße Handhabung zu achten, beispielsweise durch die Vermeidung von Mehrfachanschlüssen und die Vermeidung einer übermäßigen Belastung des Motors.
Durch die Sicherstellung einer Stromversorgung mit ausreichender Kapazität und die Beachtung der Nennwerte der Geräte lassen sich Probleme durch Überstrom erheblich reduzieren.
Zusammenfassung
Durch den Einsatz von Geräten mit Überstromschutz sowie durch die Auswahl hocheffizienter Motoren, die einen Anlauf bei niedriger Spannung ermöglichen, lässt sich das Risiko eines Überstroms verringern.
Beispielsweise lässt sich der erforderliche Strom unter Umständen durch die Auswahl von Motoren, die (je nach Produktspezifikation) bei niedriger Spannung anlaufen können, oder von Motoren mit hohem Wirkungsgrad reduzieren. Da der Einschaltstrom beim Anlaufen von den Motoreigenschaften, den Lastbedingungen und der Antriebsart abhängt, ist eine Bewertung auf der Grundlage der Angaben im Datenblatt erforderlich.
Da hocheffiziente Motoren zur Erzielung derselben Leistung weniger Strom benötigen, wird auch die Belastung der Verkabelung verringert. Darüber hinaus ist im täglichen Gebrauch auf eine ordnungsgemäße Handhabung zu achten, beispielsweise durch die Vermeidung von Mehrfachanschlüssen und die Vermeidung einer übermäßigen Belastung des Motors.
Durch die Sicherstellung einer Stromversorgung mit ausreichender Kapazität und die Beachtung der Nennwerte der Geräte lassen sich Probleme aufgrund von Überstrom erheblich reduzieren.
Produktinformationen und Kontakt
Ausführliche Informationen zu den Mikromotoren von C.I. Takiron finden Sie auf der folgenden Website.
- Produktseite: https://cik-ele.com/
- Kernlose Motoren: https://cik-ele.com/products/list/coreless_motor/
- Bürstenlose Motoren: https://cik-ele.com/products/list/brushless_motor/
- Getriebemotoren: https://cik-ele.com/products/list/gearhead/
- Encoder: https://cik-ele.com/products/list/encoder/
Sollten Sie bei der Auswahl von Kleinmotoren für Ihre Produktentwicklung auf Schwierigkeiten stoßen, können Sie sich gerne über das Kontaktformular an uns wenden. Unsere technischen Berater werden Ihre Anwendungszwecke und Anforderungen mit Ihnen besprechen und Ihnen die optimale Lösung vorschlagen.
- Kontakt: https://cik-ele.com/contact/
Die in diesem Artikel verwendeten Grundformeln für Gleichstrommotoren basieren auf den folgenden wissenschaftlichen und technischen Veröffentlichungen:
- Die Spannungsgleichung „V = Eb + IaRa “
National Institute of Technology, „Gleichstrommotor“ https://nit-edu.org/wp-content/uploads/2021/09/ch-29-Dc-motor.pdf
- Drehmomentgleichung „T = Kt × I“
MIT OpenCourseWare, „Magnetisch-elektromechanische Maschinen“
