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Ratgeber
Wozu werden Überwachungsrelais benutzt?
Wie die Bezeichnung schon andeutet, dienen Überwachungsrelais dazu, in elektrischen Anlagen wichtige Parameter permanent zu überwachen und bei Abweichungen von den vorgegebenen Sollwerten Fehlermeldungen auszugeben. Mit denen werden dann entweder ein Alarm oder die notwendigen Aktionen zur Fehlerbehebung ausgelöst, so dass sich der reguläre Betrieb der Anlage wiederhergestellt wird.
Die Spannung ist der wohl wichtigste Parameter, der in einer elektrischen Anlage zu überwachen ist. Sowohl Unter- als auch Überspannung können Störungen im laufenden Betrieb einer elektrischen Anlage hervorrufen, deshalb sind sie zu vermeiden. Überspannungen führen kurzfristig und auch langfristig zum Beispiel zu Beschädigungen und Überlastung elektrischer und insbesondere elektronischer Komponenten. Bei Unterspannungen können insbesondere elektromagnetische Komponenten wie Relais und Schütze nicht mehr zuverlässig funktionieren.
Spannungsüberwachungsrelais
Nicht weniger wichtig ist auch die Stromüberwachung, der von der Anlage oder Teilen der Anlage aufgenommen wird. Überschreiten oder Unterschreiten der Sollwerte deuten auf fehlerhafte Funktion von Komponenten oder angeschlossenen Anlagenteilen hin. Diese Überwachungsrelais werden auch unter der Bezeichnung „Überlastrelais“ angeboten.
Drei-Phasen-Überwachungsrelais
In Wechselstrom- und Drehstromnetzen müssen darüber hinaus die einzelnen Phasen überwacht werden. Bei einem Phasenausfall, eine Veränderung in der Phasenfolge oder Asymmetrie der zugeführten Spannungen können Störungen oder sogar weitreichende Schäden z. B. an den Antriebssystemen wie zum Beispiel Drehstrommotoren verursachen. Auch der Ausfall des Neutralleiters führt in der Regel zu gravierenden Fehlern der Anlage und daran angeschlossenen Geräten. Überwachungsrelais, die spezielle für Antriebssysteme ausgelegt sind, werden auch als „Motorschutzrelais“ bezeichnet.
Batteriewächter
Eine wichtige Aufgabe übernehmen Überwachungsrelais in Notstromversorgungen elektrischer Schalt- und Steuerungsanlagen der Industrieelektronik. Diese werden sehr häufig bei Ausfall der regulären Stromversorgung aus Bleiakkumulatoren gespeist. Die müssen vor Tiefentladung oder Überladung geschützt und deshalb permanent überwacht werden, ob den Akkumulatoren Über- oder Unterspannung anliegt.
Drehzahlüberwachungsrelais
Es gibt auch Überwachungsrelais, die die Netzfrequenz überwachen. Die muss in einigen Fällen in bestimmten Grenzen eingehalten werden, weil hiervon beispielsweise die Drehzahl von Antriebssystemen abhängt. Auch die Drehzahl von rotierenden Maschinen lässt sich mit Überwachungsrelais kontrollieren, wobei das Über- oder Unterschreiten einer vorgegebenen Drehzahl gemeldet wird.
Wie funktionieren Überwachungsrelais?
Überwachungsrelais waren früher vornehmlich elektromechanischen Bauelemente. Die Schaltfunktion wurde von der Veränderung des Magnetfeldes ausgelöst, das von dem Stromfluss in einer Spule bzw. der dort anliegenden Spannung erzeugt wird. Der Auslösepunkt der Schaltfunktion wurde hierbei mit mechanischen Vorrichtungen festgelegt, beispielsweise einer vorgespannten Feder.
Heutige Überwachungsrelais arbeiten mit elektronischen Schaltungen, die den Vergleich zwischen den vorgegebenen Sollwerten und den von Sensoren erfassten Istwerten vornehmen. Je nach Aufgabe des Überwachungsrelais können das Strom- oder Spannungssensoren sowie Sensoren für andere zu messende Parameter sein. Die maximalen Ober- und Untergrenzen der Sollwerte lassen sich mit Einstellern vorwählen. Liegen die gemessenen Werte außerhalb der vorgegebenen Toleranzgrenzen, wird ein Fehlersignal ausgegeben. Das erfolgt in der Regel über elektromechanische Kontakte, und zwar ein oder mehrere Öffner, Schließer oder Wechsler. Diese sind galvanisch von der übrigen Schaltung getrennt und deshalb potentialfrei. Aus diesem Grund lassen sie sich problemlos mit anderen Komponenten eines Steuerungssystems verbinden.
Welche Bauarten von Überwachungsrelais gibt es?
Weil Überwachungsrelais überwiegend in elektrischen Steuerungen verwendet werden, sind sie meistens in Gehäusen eingebaut, die sich auf den in Schaltschränken üblichen Tragschienen, d. h. Hutschienen nach DIN EN 60715, montieren lassen.
Die Anschlüsse liegen an der oberen oder unteren Seite, so dass sie sich wie andere Komponenten wie z. B. Schütze oder Zeitschalter, einfach mit Kabelkanälen verdrahten lassen. Die Einstellelemente für Schwellwerte befinden sich auf der Vorderseite, so dass sie nach der Montage sowie auch im Betrieb oder für den Service gut erreichbar sind.
Marktübliche Überwachungsrelais sind RoHS-konform und in der Regel ISO-zertifiziert.
Die Auswahl von Überwachungsrelais
Die Auswahl eines Typs hängt natürlich in erster Linie von der auszuführenden Aufgabe ab. Das Angebot von Überwachungsrelais ist sehr groß, deshalb an dieser Stelle lediglich die wichtigsten Hinweise: Angegeben in der Typenbezeichnung sind in der Regel die Parameter, die überwacht werden sollen, z. B. Spannung, Strom, Phasenlage usw. Angeboten werden Ausführungen von Überwachungsrelais, die lediglich einzelne Parameter erfassen, sowie solche für mehrere Parameter.
Außerdem unterscheiden sie sich darin, ob sie für Gleich-, Wechselstrom oder beides geeignet sind. Der Wertebereich der jeweiligen Parameter sind für jeden Typ genau angegeben, beispielsweise für einen Einphasen-Typ 220 bis 240 Volt, für einen Drehstrom-Typ 170 bis 520 Volt / drei Phasen, für eine Batterieüberwachung 10 bis 15,5 Volt Gleichspannung. Angegeben wird außerdem, welche und wie viele Kontakte für die Ausgabe vorhanden sind. Bei manchen Überwachungsrelais lässt sich auch eine Verzögerung der Ansprechzeit einstellen. Einige Typen enthalten auch Speicher, in denen die Fehlerereignisse abgelegt werden.