Phasenkontrollrelais: Funktionsprinzip, Typen, Kennzeichnung + Einstellung und Anschluss

Das Ergebnis einer technischen Situation, in der die Statorwicklungen des Motors mehr Strom als die eingestellten Parameterwerte aufnehmen, ist übermäßige Wärme. Dieser Faktor führt zu einer Verschlechterung der Isolationsqualität des Motors. Die Anlage fällt aus.

Die Reaktionszeit thermischer Überlastrelais reicht normalerweise nicht aus, um einen wirksamen Schutz vor der durch hohen Strom erzeugten übermäßigen Wärme zu gewährleisten. In solchen Fällen scheint nur das Phasenüberwachungsrelais ein wirksames Schutzgerät zu sein.

Allgemeine Informationen zum Gerät

Die Funktionalität elektrischer Geräte dieser Art ist wesentlich umfassender als nur der Schutz vor Überhitzung und Kurzschluss.

In der Praxis wurden die wirksamen Eigenschaften von Relais zur Auswahl überlasteter Phasen festgestellt, die letztendlich einen umfassenden Schutz bieten.

Eine der zahlreichen konstruktiven Lösungen bei der Herstellung von Phasenrelais. Trotz der Vielfalt an Gehäusen und Schaltungskonfigurationen ist die Funktionalität der Geräte jedoch einheitlich.

Durch die Geräte zur Überwachung des Phasenzustands werden folgende Vorteile erzielt:

• Verlängerung der Lebensdauer des Motors;
• Reduzierung teurer Reparaturen oder des Austauschs des Motors;
• Verringerung von Ausfallzeiten aufgrund von Motordefekten;
• Verringerung des Risikos eines elektrischen Schlags.

Darüber hinaus bietet das Gerät einen zuverlässigen Schutz vor Brand und Kurzschluss der Motorwicklungen.

Typische Ausführung von Schutzrelais

Es gibt zwei Haupttypen von Schutzgeräten für den Einsatz in Drehstromsystemen: Strommessrelais und Spannungsmessrelais.

Vorteile der Verwendung von Geräten

Der Vorteil von Stromschutzrelais gegenüber Spannungsüberwachungsrelais ist offensichtlich. Diese Geräteart funktioniert unabhängig vom Einfluss der EMK (elektromotorischen Kraft), die bei Motorüberlastungen stets mit einem Phasenausfall einhergeht.

Darüber hinaus können Geräte, die nach dem Prinzip der Strommessung arbeiten, anormales Motorverhalten erkennen. Die Überwachung ist entweder auf der Leitungsseite im Abzweigstromkreis oder auf der Lastseite möglich, wo das Relais installiert ist.

So sieht ein Modell eines Spannungsüberwachungsrelais aus. Solche Geräte können nicht nur für industrielle Zwecke, sondern auch für private Haushalte verwendet werden.

Geräte, die den Prozess nach dem Prinzip der Spannungsmessung überwachen, beschränken sich auf die Erkennung abnormaler Betriebsbedingungen nur auf der Seite der Leitung, an der das Gerät angeschlossen ist.

Dennoch haben spannungsempfindliche Geräte einen wichtigen Vorteil. Dieser besteht in der Fähigkeit solcher Geräte, einen abnormalen Zustand zu erkennen, der unabhängig vom Zustand des Motors ist.

Zum Beispiel erkennt ein stromempfindlicher Relaistyp einen abnormalen Phasenzustand nur direkt während des Motorbetriebs. Ein Spannungsmessgerät hingegen bietet den Schutz direkt vor dem Start des Motors.

Zu den Vorteilen von Spannungsmessgeräten zählen außerdem die einfache Installation und der niedrigere Preis.

Dieser Typ von Schutzgeräten:

• benötigt keine zusätzlichen Stromwandler;
• wird unabhängig von der Systemlast angewendet.

Und für seinen Betrieb muss lediglich die Spannung angeschlossen werden.

Erkennung von Phasenausfällen

Ein Phasenausfall ist durchaus möglich aufgrund des Ausfalls einer Sicherung in einem Teil des Stromverteilungssystems. Ein mechanischer Defekt des Schaltgeräts oder ein Bruch einer der Stromleitungen lösen ebenfalls einen Phasenausfall aus.

Motorschutz, organisiert über ein Überwachungsrelais. Diese Methode ermöglicht einen effizienteren Betrieb der Motoren, ohne die Gefahr eines schnellen Ausfalls.

Ein Drehstrommotor, der an einer Phase arbeitet, bezieht den erforderlichen Strom aus den beiden verbleibenden Leitungen. Der Versuch, ihn im einphasigen Modus zu starten, führt zu einer Rotorblockierung und der Motor startet nicht.

Die Reaktionszeit auf eine thermische Überlasteinheit kann zu lang sein, um einen wirksamen Schutz vor übermäßiger Erwärmung zu gewährleisten. Falls zum Schutz davor kein Thermorelais installiert ist, kommt es zu einem Ausfall durch Überhitzung, die in den Motorwicklungen entsteht.

Der Schutz eines Drehstrommotors vor Phasenausfall ist aus dem Grund erschwert, dass ein unterlasteter Drehstrommotor, der an einer von drei Phasen arbeitet, eine Spannung erzeugt, die als regenerierte Spannung (Gegen-EMK) bezeichnet wird.

Sie entsteht in der unterbrochenen Wicklung und entspricht nahezu der Höhe der verlorenen Versorgungsspannung. Daher bieten Spannungsmessrelais, die nur deren Höhe überwachen, in solchen Situationen keinen vollständigen Schutz vor einem Phasenausfall.

Anschlussplan des Phasen- und Spannungsüberwachungsgeräts im Steuerkreis eines Drehstrommotors. Dies ist eine klassische Schaltungsvariante, die in der Praxis überall angewendet wird.

Ein höheres Schutzniveau kann mit einem Gerät erreicht werden, das die Erkennung von Phasenwinkelverschiebungen ermöglicht, die normalerweise mit einem Phasenausfall einhergehen. Unter normalen Bedingungen beträgt die Dreiphasenspannung 120 Grad Phasenverschiebung zueinander. Ein Fehler führt zu einer Abweichung des Winkels von den normalen 120 Grad.

Erkennung von Phasenumkehr

Eine Phasenumkehr kann auftreten:

1. Es werden Wartungsarbeiten an Motoranlagen durchgeführt.
2. In das Stromverteilungssystem wurden Änderungen vorgenommen.
3. Wenn die Wiederherstellung der Stromversorgung zu einer anderen Phasenfolge führt als vor der Abschaltung.

Die Erkennung der Phasenumkehr ist wichtig, wenn ein rückwärts laufender Motor das angetriebene Gerät beschädigen oder, schlimmer noch, dem Wartungspersonal körperlichen Schaden zufügen kann.

Unter anderem dient der Einsatz von Schutzrelais der Sicherheit des Arbeitspersonals: 1 – unterbrochene Phase; 2 – Schrittspannung

Die Betriebsvorschriften für Stromnetze erfordern den Einsatz von Schutzmaßnahmen gegen mögliche Phasenumkehr an allen Geräten, einschließlich Fahrzeugen zur Personenbeförderung (Rolltreppen, Aufzüge usw.).

Erkennung von Spannungsungleichgewicht

Unsymmetrie tritt in der Regel auf, wenn die vom Energieversorgungsunternehmen gelieferten Eingangsleitungsspannungen unterschiedliche Pegel aufweisen. Eine Unsymmetrie kann auftreten, wenn einphasige Lasten wie Beleuchtung, Steckdosen, einphasige Motoren und andere Geräte an einzelnen Phasen angeschlossen und nicht gleichmäßig verteilt werden.

In jedem dieser Fälle entsteht im System ein Stromungleichgewicht, das die Effizienz verringert und die Lebensdauer des Motors verkürzt.

Eine unsymmetrische oder unzureichende Spannung, die an einen Drehstrommotor angelegt wird, führt zu einem Stromungleichgewicht in den Statorwicklungen, das einem Vielfachen der Unsymmetrie der Leiterspannungen entspricht. Dieser Umstand wiederum geht mit einer erhöhten Erwärmung einher, was die Hauptursache für die schnelle Zerstörung der Motorisolierung ist.

Eine durchgebrannte Statorwicklung des Motors ist sozusagen eine alltägliche Erscheinung dort, wo die Einführung einer Relaissteuerung in den Steuerkreis nicht vorgesehen war.

Aufgrund aller beschriebenen technischen und technologischen Faktoren wird die Bedeutung des Einsatzes dieser Relaisart deutlich, nicht nur für den Betrieb von Elektromotoren, sondern auch für Generatoren, Transformatoren und andere elektrische Anlagen.

Wie schließt man das Kontrollgerät an?

Die Konstruktionen der Relais, die die Phasen überwachen, haben trotz der vorhandenen großen Produktvielfalt ein einheitliches Gehäuse.

Konstruktive Elemente des Produkts

Die Klemmleisten zum Anschluss von elektrischen Leitern sind in der Regel an der Vorderseite des Gehäuses angebracht, was die Montagearbeiten erleichtert.

Das Gerät selbst ist für die Montage auf einer DIN-Schiene oder einfach auf einer ebenen Fläche ausgelegt. Der Klemmleistenanschluss ist in der Regel eine standardmäßige zuverlässige Klemme, die für Kupfer- (Aluminium-) Leiter mit einem Querschnitt von bis zu 2,5 mm² ausgelegt ist.

Die Frontplatte des Geräts enthält einen oder mehrere Einstellregler sowie eine optische Kontrollanzeige. Letztere zeigt das Vorhandensein/Fehlen der Versorgungsspannung sowie den Zustand des Stellglieds an.

Zu den Einstellelementen des Potentiometers können eine Störungsanzeige, eine Anzeige der angeschlossenen Last, ein Moduswahl-Potentiometer, eine Einstellung des Unsymmetriegrades, ein Spannungsabfallregler und ein Potentiometer zur Verzögerungszeiteinstellung gehören.

Der Anschluss der Drehspannung erfolgt an den Arbeitsklemmen des Geräts, die mit den entsprechenden technischen Symbolen (L1, L2, L3) gekennzeichnet sind. Die Montage des Nullleiters ist bei solchen Geräten in der Regel nicht vorgesehen, aber dieser Punkt wird durch die Ausführung des Relais – den Modelltyp – konkret bestimmt.

Für den Anschluss an Steuerkreise wird eine zweite Schnittstellengruppe verwendet, die in der Regel aus mindestens 6 Arbeitsklemmen besteht. Mit einem Kontaktpaar der Relaiskontaktgruppe wird der Spulenkreis des Schützes geschaltet, und über das zweite Paar wird der Steuerkreis der elektrischen Ausrüstung geschaltet.

Alles ist recht einfach. Allerdings kann jedes einzelne Relaismodell seine eigenen Anschlussbesonderheiten haben. Daher sollten Sie bei der praktischen Anwendung des Geräts stets die Begleitdokumentation beachten.

Schritte zur Einstellung des Geräts

Auch hier kann die Konstruktion des Produkts je nach Ausführung mit verschiedenen schaltungstechnischen Varianten zur Einstellung und Regelung ausgestattet sein. Es gibt einfache Modelle, die konstruktiv eine oder zwei Potentiometer auf der Bedienblende vorsehen. Und es gibt Geräte mit erweiterten Einstellelementen.

Einstellelemente mit Mikroschaltern: 1 – Mikroschalterblock; 2, 3, 4 – Einstellmöglichkeiten für Arbeitsspannungen; 5, 6, 7, 8 – Einstellmöglichkeiten für die Funktionen Asymmetrie/Symmetrie

Zu solchen erweiterten Einstellelementen gehören häufig Block-Mikroschalter, die direkt auf der Leiterplatte unter dem Gerätegehäuse oder in einer speziellen zugänglichen Aussparung angeordnet sind. Durch das Setzen jedes einzelnen in die eine oder andere Position wird die gewünschte Konfiguration erstellt.

Die Einstellung besteht normalerweise darin, die Nennschutzwerte durch Drehen von Potentiometern oder durch die Positionierung von Mikroschaltern einzustellen. Beispielsweise wird für die Kontaktzustandsüberwachung die Empfindlichkeit der Spannungsdifferenz (ΔU) normalerweise auf 0,5 V eingestellt.

Wenn die Lastversorgungsleitungen überwacht werden müssen, wird der Empfindlichkeitsregler für die Spannungsdifferenz (ΔU) auf eine solche Grenzposition eingestellt, an der der Übergangspunkt vom Arbeitssignal zum Alarmsignal mit einer kleinen Toleranz in Richtung des Nennwerts festgestellt wird.

In der Regel beschreibt die Begleitdokumentation alle Nuancen der Geräteeinstellung verständlich.

Kennzeichnung des Phasenüberwachungsgeräts

Geräte in klassischer Ausführung werden einfach gekennzeichnet. Auf der Vorder- oder Seitenplatte des Gehäuses wird eine alphanumerische Sequenz angebracht, oder die Bezeichnung wird im Datenblatt vermerkt.

Eine Variante der Kennzeichnung eines beliebten inländischen Geräts. Die Bezeichnung befindet sich auf der Frontplatte, es gibt aber auch Varianten mit Platzierung an den Seiten.

So wird ein in Russland hergestelltes Gerät für den Anschluss ohne Neutralleiter gekennzeichnet:

EL-13M-15 AS400V

wobei: EL-13M-15 – Serienbezeichnung, AS400V – zulässige Wechselspannung.

Muster von Importprodukten haben eine etwas andere Kennzeichnung.

Zum Beispiel ist das Relais der Serie «PAHA» mit folgender Abkürzung gekennzeichnet:

PAHA B400 A A 3 C

Die Entschlüsselung ist in etwa wie folgt:

1. PAHA – Serienbezeichnung.
2. B400 – Standardspannung 400 V oder vom Transformator angeschlossen.
3. A – Einstellung mit Potentiometern und Mikroschaltern.
4. A (E) – Gehäusetyp für Montage auf DIN-Schiene oder in speziellen Steckverbinder.
5. 3 – Gehäusegröße 35 mm.
6. S – Ende der Codemarkierung.

Bei einigen Modellen kann vor Punkt 2 ein weiterer Wert hinzugefügt werden. Zum Beispiel «400-1» oder «400-2», während die Reihenfolge der anderen unverändert bleibt.

So werden Phasenüberwachungsgeräte gekennzeichnet, die über eine zusätzliche Spannungsversorgungsschnittstelle für eine externe Quelle verfügen. Im ersten Fall beträgt die Versorgungsspannung 10-100 V, im zweiten 100-1000 V.

Über das Funktionsprinzip, die konstruktiven Merkmale und die Anwendung eines Lastschalters informiert Sie der folgende Artikel, den wir sehr empfehlen zu lesen.

Fazit und nützliche Videos zum Thema

Das Video ist der Beschreibung und Übersicht eines einzelnen Produkts der Firma EKF gewidmet. Nach dem gleichen Prinzip funktionieren jedoch fast alle hergestellten Phasenüberwachungsgeräte:

Bei der großen Vielfalt an Geräten auf dem Markt ist es schwierig, einen gewissen Standard für die Kennzeichnung zu bestimmen. Wenn ausländische Hersteller nach den einen Kanons kennzeichnen, tun dies inländische nach anderen. Dennoch besteht immer die Möglichkeit, auf Referenzdaten zurückzugreifen, falls eine genaue Dekodierung der Merkmale erforderlich ist.

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