16.04.2020

Elektronisches Schutzrelais vereinfacht Prozesse

Unter Strom

Koppelrelais sind in der Elektrotechnik im Maschinen- und Anlagenbau eine standardisierte Komponente. Sie kommen zum Einsatz zur Entkopplung von Signalen von der SPS aufgrund technischer Anforderungen wie höhere Spannungen oder Ströme. Ein elektronisches Koppelrelais kann hier die Nachteile der mechanischen Varianten wettmachen und gleichzeitig als Überspannungsschutz dienen.


Das Schutzrelais eignet sich für den DC 24V-Bereich zahlreicher Branchen und Anwendungen.
Bild: E-T-A Elektrotechnische Apparate GmbH

Eine Stromentkopplung ist immer dann notwendig, wenn der digitale SPS-Ausgang nur eine geringe Stromtragfähigkeit hat und dennoch höhere Lastströme geschaltet werden sollen. Dies übernimmt im Regelfall ein mechanisches Koppelrelais. Mit geringer Stromaufnahme für seine Schaltspule kann es über den Schaltkontakt einen deutlich höheren Laststrom schalten. Bei mechanischen Koppelrelais kann es dabei durchaus zu einem problematischen Schaltverhalten kommen. Das meint beispielsweise das so genannte Prellen von Kontakten oder auch die über die Zeit stattfindende Abnutzung und damit die begrenzte Anzahl von Schaltspielen. Das heißt, vielfach kommen im Bereich DC 24V einfache digitale Ausgänge in der SPS mit geringer Stromtragfähigkeit von wenigen Ampere zum Einsatz. Die Planer der Elektrokonstruktion sehen dann zur weiteren Anschaltung Koppelrelais vor. Diese stellen die notwendige höhere Stromtragfähigkeit sicher. Häufig ist auch ein elektronischer Überstromschutz nötig, um die Last im DC 24V Kreis abzusichern und die Selektivität in der Spannungsversorgung zu sichern. Doch dies bedeutet auch ein zusätzliches Bauteil im Stromkreis. So kommt es zu einer Reihenschaltung mehrerer Geräte: Digitaler Schaltkontakt der SPS, Koppelrelais für die Erhöhung der Schaltfunktion, elektronischer Überstromschutz zur Sicherstellung der Selektivität und schließlich die zu schaltende Last wie Ventil, Stellmotor oder ähnliches.

Lebensdauer und Kosten

Bei mechanischen Koppelrelais kann wie oben erwähnt das Schaltverhalten durchaus problematisch sein. Kommen statt dessen elektronische Geräte, wie zum Beispiel Solid State Relais, zum Einsatz erreicht der Planer eine vielfache höhere Schalthäufigkeit. Das mitunter auftretende Prellen von Kontakten lässt sich so gänzlich vermeiden. Grundsätzlich bedeutet der Einbau zweier Geräte für unterschiedliche Funktionalitäten auch immer einen zusätzlichen Aufwand. Dies betrifft die Komponentenseite ebenso wie Kosten in Planung, Ausführung und Verdrahtung. Im elektronischen Schutzrelais SPR10-TB kombiniert E-T-A die Funktion von Koppelrelais und elektronischem Überstromschutz in einem Gerät. Das elektronische Schutzrelais übernimmt so beide Funktionen. Die Funktion ist durch die hohe Stromtragfähigkeit von bis zu 25A im Bereich der DC 24V und einem geringen Betriebsstromes von typ. 7mA gewährleistet. Gleichzeitig stellt die Elektronik den Überstromschutz sicher. Dieser sorgt für eine Strombegrenzung von max. 1,3x INenn und schaltet im Fall von Kurzschluss oder Überlast sicher ab. Dies erleichtert die Planung, gleichzeitig sinkt der Aufwand im Aufbau der Stromkreise, da der Platzbedarf an dieser Stelle um bis zu 70 Prozent weniger Bauraum sinkt. Auch der Anteil der Verdrahtung reduziert sich deutlich. Dieser geringere planerische Aufwand und das schnellere Handling in der Werkstatt bei der Umsetzung der Aufbauten reduziert die Kosten im Vergleich zum herkömmlichen Ansatz.

Einfachere Verdrahtung

Das elektronische Schutzrelais verfügt neben seinen beiden elektronischen Funktionen auch über ein eingebautes Stromverteilungssystem. Mit Hilfe der geräteeigenen Steckklemmen lässt sich durch das Einschieben von Stromschienen sehr einfach eine Stromverteilung für Line (+) und GND (-) aufbauen. Gleiches gilt für die Signalisierung. Auch schafft die Verwendung von Schienen und Signalbrücken die Möglichkeit, einer schnellen und einfachen Querverbindung der Signalisierung. Dies erlaubt eine einfache und günstige Sammelsignalisierung und reduziert bei beiden Ansätzen den Verdrahtungsaufwand.

Selektivität erhöht Maschinenverfügbarkeit

Die elektronische Schutzfunktion des Gerätes schaltet im Falle von Überstrom, Überlast oder Kurzschluss zuverlässig den Fehler im Stromkreis ab. Das Gerät sorgt damit für eine stabile Spannungsversorgung des restlichen Stromkreises. Dies stellt die Selektivität im Fehlerfalle sicher und erhöht gleichzeitig die Maschinenverfügbarkeit, da sich so ein Ausfall der DC 24V Versorgung für die übrigen Bereiche im Fehlerfalle ausschließen lässt. Der eingebaute Signalkontakt im Gerät hilft im Fehlerfall, den fehlerhaften Stromkreis zu identifizieren. Dies beschleunigt und verbessert die Diagnose der Störung spürbar. Dies funktioniert durch eine direkt dem Kanal zugeordnete Einzel-Signalisierung ebenso wie durch eine einfache Verbindung der Signalkontakte zu einer Sammel-Signalisierung. Diese verweist dann auf die Bausteingruppe, in der der Fehler aufgetreten ist und ermöglicht damit auch in diesem Fall eine schnelle Diagnose.

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Fazit

Das elektronische Schutzschaltgerät vereint verschiedene Funktionen in einem Gerät. Dies reicht von der Solid State Relaisfunktion für das Schalten von Lasten bis zu 25A im Bereich von DC 24V sowie einem elektronischen Überstromschutz mit sicherem Abschalten im Fehlerfalle bis zur direkten Signalisierung. Zusätzlich verfügt das Gerät über ein eingebautes Stromverteilungssystems zur einfachen Anwendung bei Planung und Verdrahtung. Damit ermöglicht es dem Konstrukteur deutliche Kosteneinsparungen im Zuge vereinfachter Planung. Hinzu kommen Einsparungen von Material und Platz und beim Aufbau der Stromkreise im Schaltschrank. Unter dem Strich steht für den Endanwender erhöhte Maschinenverfügbarkeit gepaart mit guten Diagnosemöglichkeiten im Fehlerfall.

Technische Daten SPR10-TB

Nennspannung DC 12V/ DC 24V

Betriebsspannung DC 9...32V

Polzahl 1-polig

Signalausgänge DC 24V / max. 0,2A

Anzeigen 1 LED grün/orange/rot: Betriebszustand

Temperaturbereich -25°C… +60°C

Anschlüsse Schraubklemmen

Zulassungen UL2367, UL508, CSA C22.2 No. 14

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