DIN-Normenausschuss Erdöl- und Erdgasgewinnung (NÖG)
IEC 60034-11
Drehende elektrische Maschinen - Teil 11: Thermischer Schutz
Rotating electrical machines - Part 11: Thermal protection
Einführungsbeitrag
Die erste Ausgabe dieser IEC-Norm erschien bereits 1978. Sie wurde damals wegen erheblicher Bedenken auch von deutscher Seite nicht als Europäische oder Deutsche Norm übernommen.
In der zweiten Ausgabe, 2004, wurde gegenüber der ersten Ausgabe auf die Definition des TP-Codes für Thermoschutzklassen verzichtet, weil sich dieser (im Gegensatz zum IP-Code für Schutzarten oder IC-Code für Kühlarten) nicht durchsetzen konnte. Außerdem wurden die bisher vorhandenen Schutzart-Kategorien 1 und 2, deren Abgrenzung und Anwendung unklar waren, zusammengefasst. Die neuen Grenzwerte entsprechen weitgehend den Sicherheitsanforderungen der früheren Kategorie 1, was ebenfalls eine dringende Forderung Deutschlands war. Damit sind die wesentlichen Wünsche der meisten europäischen Länder umgesetzt. Dies schlägt sich auch im positiven Abstimmungsergebnis nieder. Ablehnungen waren nur von Italien, den Niederlanden und den USA zu verzeichnen.
Der Inhalt der zweiten Ausgabe der Norm ist die Festlegung der Anforderungen an den thermischen Motorschutz (Thermistoren, Thermoschalter u. Ä.), insbesondere der Nachweis der Funktionsfähigkeit. Dabei wurde ausschließlich auf den Wicklungsschutz von Drehstrom-Induktionsmotoren mit Käfigläufer für Niederspannung im Geltungsbereich von DIN EN 60034-12 (VDE 0530 Teil 12):2002-11 "Drehende elektrische Maschinen - Teil 12: Anlaufverhalten von Drehstrommotoren mit Käfigläufer ausgenommen polumschaltbare Motoren (IEC 60034-12:2002); Deutsche Fassung EN 60034-12:2002" Bezug genommen. Zusätzliche Anforderungen für Motoren in Haushaltsgeräten oder für explosionsgeschützte Maschinen werden ausdrücklich nicht berücksichtigt.
Zum Nachweis der ordnungsgemäßen Funktion des thermischen Motorschutzes werden in dieser IEC-Norm zwei Typtests verlangt:
- Schutz vor langsamer thermischer Überlastung
- Schutz vor schneller thermischer Überlastung.
Die langsame Überlastung bezieht sich auf eine Erwärmung des Antriebs durch stetige Überlast, hohe Umgebungstemperaturen, Unterspannung u. Ä. Für die Wärmeklassen 130 (B), 155 (F) und 180 (H) werden maximale Temperaturen angegeben, bei denen der thermische Motorschutz spätestens auslösen muss. Diese Temperaturen liegen naturgemäß etwas über den Grenzwerten der Übertemperaturen der jeweiligen Wärmeklasse, um für die unvermeidlichen Fertigungsstreuungen der Temperaturfühler eine gewisse Toleranz gegenüber Fehlauslösungen bei Dauerbetrieb zu haben. Deshalb hat man sich nach längeren Diskussionen entschlossen, die äußerste Auslösetemperatur um 15 K über der jeweiligen Grenztemperatur der Wärmeklasse festzulegen. Ein längerer Betrieb des Motors bei diesen Temperaturen ist natürlich nicht zulässig und würde zu einer merklichen Reduzierung der Lebensdauer des Isolationssystems führen.
Die schnelle Überlastung bezieht sich auf eine Erwärmung des Antriebs durch Blockage, Zweiphasenlauf, unüblich häufige Anlaufvorgänge u. Ä. Typischerweise werden in diesen Fällen die Grenzwerte der zulässigen Wicklungsübertemperaturen schon nach einigen Sekunden deutlich überschritten. Für das Ansprechen des Thermoschutzes ist dann die thermische Ankoppelung, d. h. die zeitliche Verzögerung zwischen tatsächlicher Wicklungserwärmung und gemessener Temperatur, entscheidend. Die vom Thermofühler gemessene Temperatur wird deutlich niedriger sein als die Temperatur im Hot-Spot der Wicklung. Daher muss sichergestellt sein, dass der Thermofühler den Motor schnell genug abschaltet, bevor es zu irreversiblen Schäden am Isoliersystem kommt. Kritische Größen in diesem Zusammenhang sind der Einbauort, der thermische Wärmeübergang von Wicklung zu Thermofühler und die benötigte Wärmemenge bis zum Auslösen (speziell bei Bimetallschaltern). Besonders bei der Frage der in diesem Fall äußersten akzeptablen Wicklungstemperatur im Hot-Spot, also an der heißesten Stelle, gab es in der zuständigen IEC/TC 2/WG 12 intensive Diskussionen zwischen den europäischen und US-amerikanischen Delegierten. Nach zähem Ringen einigte man sich schließlich auf einen für beide Seiten tragfähigen Kompromiss. Dieser ist technisch darauf begründet, dass die Erweichungs- bzw. Karbonisationstemperatur der bei den Wärmeklassen B und F häufig verwendeten Polyestermaterialien auch kurzfristig keinesfalls überschritten werden darf. Die Wärmegrenzen von Verbundmaterialien liegen in der Regel deutlich höher. Leider konnte sich der US-amerikanische Delegierte im Heimatland offenbar nicht durchsetzen, denn der Schlussentwurf wurde seitens der USA abgelehnt und mit einem geharnischten Kommentar bedacht. Dabei wurde insbesondere auf die nicht mehr gegebene Kompatibilität mit den Festlegungen in der US-amerikanischen Norm NEMA-MG1 abgehoben, ohne zu berücksichtigen, dass in dieser Norm viele weitere Details enthalten sind, die IEC- und Europäischen Normen entgegenstehen.
Abschließend muss betont werden, dass es den Herstellern freisteht, den Thermofühler so in die Wicklung einzubetten, dass die thermische Ankopplung auch bei sehr schneller Temperaturänderung ein wesentlich schnelleres Abschalten garantiert. Die relativ hohen Temperaturgrenzen nach dieser Norm stellen also nur eine obere Grenze für den schlechtesten Einbaufall dar.
Da in den nächsten Monaten mit der Deutschen Ausgabe dieser Norm, DIN EN 60034-11 (VDE 0530 Teil 11), zu rechnen ist, sind die betreffenden Hersteller nun erstmals aufgefordert, sich mit diesen Festlegungen für den thermischen Wicklungsschutz auseinander zu setzen.
