Kann man eine 380-Volt-Pumpe an 400 Volt betreiben?
Um es vorweg zu nehmen: Der Betrieb einer 380-Volt-Pumpe an 400 Volt ist ohne weiteres möglich. Gleiches gilt natürlich für an nur einer Phase angeschlossene Verbraucher und den adäquaten Spannungen 220 / 230 Volt.
Auch wenn wir noch immer von einer Netzspannung i.H.v. 220 Volt sprechen, so liegt der heute zu messende Wert im Europäischen Stromnetz um 10 Volt höher, also bei 230 Volt; entsprechend wurden aus 380 400 Volt (3 Phasen-Drehstrom). Die Gründe dafür sind in dem Umstand zu suchen, dass noch in den 1980’er Jahren die Netzspannung auf Kontinentaleuropa 220 Volt betrug, während die Briten mit 240 Volt arbeiteten. Um eine Angleichung herbeizuführen, wurde die Europäische Stromversorgung ab 1987 stufenweise auf eine Netzspannung von 230 Volt angehoben, respektive abgesenkt. Seit 2009 ist diese mit 230 (+13,8 | -23) Volt definiert [ Quelle: Wikipedia, https://de.wikipedia.org/wiki/Netzspannung#Geschichte ].
Die Erhöhung der Netzspannung U führt bei einem Verbraucher (z.B. einer elektrisch betriebenen Pumpe) mit einem gegeben Widerstand R zur Erhöhung des diesen durchfließenden Stromes I. Das lässt sich unter Zuhilfenahme der Ohmschen Formel U = R x I leicht nachvollziehen. Erhöht sich U, so muss auch I größer werden, da R gleich bleibt (in unserem Beispiel enspricht R dem ohmschen Widerstand der Wicklungen des E-Motors).
Die Leistung P, welche von einem Verbraucher aus dem Stromnetz aufgenommen wird, erhöht sich bei steigender Spannung proportional, da die Leistung das Produkt aus Spannung und Strom ist: P = U x I. Da hier sowohl der erhöhte Strom I als auch die erhöhte Spannung U eine Rolle spielen, steigt die Leistungsaufnahme um einen entsprechend höheren Wert an als der Strom alleine.
Beispiel
Eine elektrisch betriebe Pumpe mit einem Widerstand i.H.v. 100 Ohm wird zunächst an einer Spannungsquelle mit 220 Volt, danach an 230 Volt betrieben:
U = R x I => I = U/R, I = 220 V/100 Ohm = 2,2 A
Es fließen also 2,2 A durch die Wicklungen des Elektromotors.
Nun wird die selbe Pumpe an 230 Volt betrieben:
U = R x I => I = U/R, I = 230 V/100 Ohm = 2,3 A
Der Strom erhöht sich entsprechend um 0,1 A, also ca. 5%
Die Leistungsaufnahme der Pumpe berechnet sich für das 220-Volt-Netz wie folgt:
P = U x I, P = 220 V x 2,2 A = 484 W
Für die an 230 Volt betriebene Pumpe erbibt sich folgendes:
= U x I, P = 230 V x 2,3 A = 529 W
Die Leistungsaufnahme erhöht sich also um 45 Watt, das entspricht ca. 10%.
Bedeutung in der Praxis
Da durch die Erhöhung der Netzspannung auch der den Verbraucher durchfließende Strom größer wird, steigt die Leistung aber auch die Belastung des elektrischen Verbrauchers entsprechend (s.o.). Ein stromdurchflossener Leiter (hier der Kupferdraht der Wicklungen des Elektromotors) weist immer einen (ohmschen) Widerstand auf. Je größer dieser ist, desto größer ist der Leistungsverlust, welcher sich in der Transformation elektrischer in thermische Energie (Wärme) äußert. Kann diese Wärme nicht ausreichend schnell aus dem System (hier der Pumpe) abgeführt werden, droht die thermische Überlastung. Praktisch sieht das meist so aus, dass die Isolierung (Lack) der Kupferdrähte schmilzt und es zum Leitungsschluss kommt. Dadurch verringert sich die Impedanz (Widerstand) der Wicklung, was wiederum den Stromfluss erhöht und meist zu weiterem Schaden führt – der Pumpenmotor ist „aufgebrannt“ und in der Regel ein Fall für die Tonne.
In der Praxis ist die Erhöhung der Btriebsspannung um 5% nicht von Bedeutung, da diese zu gering ist, um die vom Hersteller einkalkulierte Belastungstoleranz zu gefährden. Gleiches gilt natürlich auch für unsere eingangs erwähnte 380-Volt-Pumpe, für die sich die Spannung um 20 Volt erhöht. So finden sich z.B. in älteren Werkzeugmaschinen, die z.T. noch aus den 50’ern stammen, Elektromotoren, die seit Jahr und Tag klaglos ihre Arbeit tun und welche die Umstellung auf 230 Volt nicht im geringsten gejuckt hat.
Wie man eine 380-Volt-Pumpe, bzw. 400-Volt-Pumpe anschließt, können Sie in diesem Artikel lesen: 400 Volt Anschluss Kühlmittelpumpe