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Ratgeber
Kontrolle ist vor allem bei elektrisch betriebenen Maschinen und Anlagen unabdingbar. Überwachungsrelais übernehmen hier eine wichtige Rolle.
Sie kontrollieren elektrische Werte wie Spannung und Strom oder physikalische wie Temperatur und Füllstand.
In unserem Ratgeber stellen wir Ihnen die wichtigsten Typen dieser Schutzvorrichtung vor.
Funktion von Überwachungsrelais
Ein Überwachungsrelais ist eine Art Schutzrelais zur Überwachung verschiedener Bedingungen eines elektrischen Systems. Genau genommen handelt es sich um einen elektrischen Schalter, der auslöst, wenn ein bestimmter voreingestellter Parameter überschritten wird.
Er vergleicht daher ständig den Ist- mit dem Sollwert. Tritt eine Veränderung ein, schaltet das Relais die Maschine oder Anlage ab oder aktiviert einen Alarm.
Ein Überwachungsrelais übernimmt also lediglich die Kontrolle und führt keinerlei Steuerungsmaßnahmen durch.
Aufbau von Überwachungsrelais
Ein typisches Überwachungsrelais ist eine Kombination aus zwei Hauptkomponenten – einem Messkreis mit Sensor und einem Auslöseelement. Der Messkreis erfasst die zu überwachenden Parameter, während das Auslöseelement den Schaltvorgang übernimmt.
Es arbeitet dabei je nach Konfiguration als Öffner, Schließer oder Wechsler. Beide Komponenten sind galvanisch voneinander getrennt, das Auslöseelement ist somit potenzialfrei.
Überwachungsrelais sind in der Regel mit einstellbaren Sollwerten konfigurierbar. So lässt sich der Schutz an die spezifischen Anforderungen des elektrischen Systems anpassen.
Die Bedienung erfolgt über Drehknöpfe und Stellschrauben oder bei digitalen Relais auch über Tasten. Einige Modelle verfügen zudem über ein hintergrundbeleuchtetes Display.
Spannung
Relais zur Überwachung von Spannungen reagieren auf zwei Anomalien: auf Überspannung und auf Unterspannung. Sie lösen aus, wenn die Spannung den voreingestellten Wert über- oder unterschreitet.
Einige Ausführungen können entweder zu hohe oder zu niedrige Werte erkennen, häufig sind diese Schutzeinrichtungen jedoch für beide Fälle gerüstet.
Ein Überwachungsrelais für Unterspannung löst zum Beispiel aus, wenn die Voltzahl unter einen bestimmten Wert fällt. Andererseits schützt ein Überspannungsrelais Geräte vor unerwarteten und unerwünschten Spannungsspitzen, indem es den Stromkreis öffnet.
Aufgrund der möglichen schädlichen Auswirkungen auf angeschlossene Geräte reagieren die am häufigsten eingesetzten Relais zur Netzüberwachung auf Überspannung.
Neben einphasigen sind auch dreiphasige Überwachungsrelais verfügbar, die zu überwachenden Spannungen betragen üblicherweise 200 bis 240 Volt im einphasigen, 170 bis 520 Volt im dreiphasigen Netz.
Verfügbar sind außerdem Schutzrelais zur Batterieüberwachung, zum Beispiel in Notstromanlagen. Diese Modelle kontrollieren Gleichspannungen von 10 bis 15,5 Volt.
Phase
Wie der Name schon sagt, dienen Phasenüberwachungsrelais der Überwachung und dem Schutz vor Phasenumkehr, Phasenausfall und Phasenunsymmetrie.
Sie überprüfen ständig die Phasendifferenz zwischen zwei oder mehr Phasen und lösen aus oder öffnen den Stromkreis, wenn eine Phasenanomalie festgestellt wird.
Ein Phasenausfall tritt auf, wenn eine der Phasen in einem 3-Phasen-System verloren geht oder abgeschaltet wird. Dies kann aus einer Vielzahl von Gründen geschehen, zum Beispiel durch lose Verbindungen, durchgebrannte Sicherungen oder Blitzschlag.
Eine Phasenunsymmetrie ergibt sich, wenn die Ströme in der Phasenfolge nicht gleich sind.
Eine Phasenumkehr liegt hingegen bei vertauschten Phasen vor. Dies passiert häufig durch eine falsche Verdrahtung.
Phasenüberwachungsrelais finden sich in der Regel in 3-Phasen-Systemen oder bei industriellen Motoranwendungen.
Strom
Stromüberwachungsrelais schützen die Geräte in einem elektrischen System vor Über- oder Unterstromereignissen.
Genau wie die spannungsmessenden Typen werden Relais zur Stromüberwachung ausgelöst, wenn der Strom den voreingestellten Wert über- oder unterschreitet.
Eine Unterstromsituation kann bei der Entlastung eines laufenden Motors auftreten.
Aber auch, wenn es in einem elektrischen System zu einem Fehler kommt. In jedem Fall besteht die Gefahr der Beschädigung der angeschlossenen elektrischen Geräte.
Ein Überstrom tritt auf, wenn der Strom die Soll-Grenze überschreitet. Dies kann aufgrund eines Kurzschlusses oder eines Geräteausfalls geschehen. In diesem Fall löst das Stromüberwachungsrelais sofort aus und trennt das Gerät von der Stromversorgung.
Frequenz
Das Frequenzüberwachungsrelais dient dem Schutz vor Frequenzanomalien. Diese Art von Überwachungsgeräten wird meist in Wechselstromsystemen eingesetzt, bei denen die Überwachung der Netzfrequenz unerlässlich ist.
Eine Frequenzanomalie entsteht oft durch eine plötzliche Änderung der Last oder eine Fehlfunktion des Systems. Unabhängig von der Ursache kann eine Frequenzunregelmäßigkeit Geräte beschädigen, wenn sie unkontrolliert bleibt.
Hier kommt ein Frequenzüberwachungsrelais ins Spiel, da es sofort auslöst, wenn eine anormale Frequenz festgestellt wird.
Frequenzüberwachungsrelais sind auch für Unterfrequenz-, Überfrequenz- und Differenzfrequenzen erhältlich. Einige industrielle Geräte, wie zum Beispiel Motoren, sind auf eine konstante Frequenz angewiesen, um richtig zu funktionieren.
Daher kann eine plötzliche Änderung der Frequenz die Motordrehzahl beeinflussen und zu Veränderungen in einem industriellen Prozess führen. Das Frequenzrelais dient zum Schutz vor dieser Art von Ereignissen.
Temperatur
Ein Temperaturüberwachungsrelais ist in erster Linie zum Schutz vor Überhitzung gedacht. Es überwacht ständig die Temperatur eines Systems und der Geräte, die es schützen soll.
Diese Systeme sind in der Regel in jenen industriellen Anwendungen notwendig, in denen extreme Temperaturen ein Problem darstellen.
Temperaturen können aus verschiedenen Gründen ansteigen, zum Beispiel durch eine plötzliche Änderung der Last oder eine Fehlfunktion des Systems.
Es könnte aber auch sein, dass die Umgebungstemperatur zu hoch ist. Das Temperaturrelais löst aus, wenn die Temperatur einen bestimmten Wert überschreitet und schützt so vor Geräteschäden durch Überhitzung.
Füllstand
Ein Füllstandsüberwachungsrelais wird häufig in einer Reihe von Branchen eingesetzt, in denen die ständige Überwachung von Flüssigkeitsständen unerlässlich ist.
Diese Geräte finden sich häufig in Tanks, Reservoirs und anderen ähnlichen Anwendungen.
Ein Füllstandsüberwachungsrelais kann verhindern, dass Pumpen trockenlaufen, es lässt sich außerdem zur Lecksuche verwenden. Im Fehlerfall löst das Relais einen Alarm aus oder schaltet das System ab, wenn der Flüssigkeitsstand einen bestimmten Punkt erreicht.
Dies ist wichtig, um Geräteschäden durch Überfüllung oder zu niedrige Flüssigkeitsstände zu vermeiden.
Da diese Relais überwiegend in elektrischen Steuerungen notwendig sind, lassen sie sich in den meisten Fällen direkt in Schaltschränken montieren, und zwar auf Tragschienen beziehungsweise Hutschienen nach DIN EN 60715. Die Anschlüsse der üblicherweise schmalen Gehäuse befinden sich an der oberen oder unteren Seite, sind daher wie Schütze oder Zeitschalter einfach zu verdrahten.
Auf der Vorderseite sind Einstellelemente für die Sollwerte angebracht, recht häufig in Form von Stellschrauben für die Bedienung mit einem Schraubendreher. Diese relativ aufwändige Art der Einstellung verhindert, dass sich die Werte durch unbeabsichtigte Berührung beispielsweise von Drehknöpfen verändern.
Digitale Geräte mit Display verfügen dagegen in der Regel über Einstelltasten und Menüführung, außerdem sind sie mit Fehlerspeichern sowie frei parametrierbaren Verzögerungszeiten und individuellem Reset-Verhalten ausgestattet.