Spannungsüberwachungsrelais: Funktionsprinzip, Schaltplan, Anschlussdetails

Spannungsschwankungen sind in heimischen Häusern keine Seltenheit. Sie treten aufgrund verschlissener Stromnetze, Kurzschlüsse und ungleichmäßiger Lastverteilung auf einzelne Phasen auf.

Infolgedessen bekommen die Haushaltsgeräte entweder nicht genug Strom oder sie brennen aufgrund von Überspannung durch. Um diese Probleme zu vermeiden, wird empfohlen, ein Spannungsüberwachungsrelais (RKN) zu installieren.

Wir schlagen vor, sich damit auseinanderzusetzen, welche Vorteile die Verwendung eines solchen Geräts bietet, welche Unterschiede zwischen RKN und Stabilisator bestehen, wie man das passende Relais auswählt und dessen Anschluss vornimmt.

Wozu wird ein spannungsregelndes Relais benötigt?

Die korrekte Bezeichnung des betrachteten Geräts ist „Spannungsüberwachungsrelais“. Aber das mittlere Wort fällt in Gesprächen von Elektrikern untereinander oft aus diesem Begriff heraus.

Im Grunde handelt es sich um dasselbe elektrotechnische Gerät der Schutzautomatik. Zudem wird diese Ausrüstung oft auch als „Schutz gegen Nullunterbrechung“ bezeichnet. Warum – wird weiter unten klar.

Sie sollten FI-Schutzschalter und Überspannungsschutz nicht verwechseln. Erstere schützen die Leitung vor Überlast und Kurzschluss, letztere vor Spannungsspitzen. Es handelt sich um Geräte mit unterschiedlichem funktionalen Zweck.

Die Hauptaufgabe des RKN besteht darin, die elektrischen Geräte vom Netz zu trennen, wenn die Spannung zu hoch oder zu niedrig ist, damit die angeschlossenen Geräte nicht beschädigt werden.

Die Aufschrift „~220 V“ ist allen Russen vertraut. Mit dieser Wechselspannung arbeiten die an die Steckdosen angeschlossenen Haushaltsgeräte zu Hause. Tatsächlich schwankt die Spannung im häuslichen Stromnetz jedoch nur um diesen Wert mit einer Toleranz von +/-10%.

In Einzelfällen erreichen die Schwankungen auch größere Werte. Das Voltmeter kann durchaus Abfälle auf 70 V und Spitzen bis 380 W anzeigen.

Für Elektrogeräte ist sowohl zu niedrige als auch zu hohe Spannung gefährlich. Wenn der Kühlschrankkompressor nicht genug Strom bekommt, startet er einfach nicht. Infolgedessen überhitzt das Gerät unvermeidlich und geht kaputt.

Bei niedriger Spannung kann der Laie in den meisten Fällen nicht einmal äußerlich feststellen, ob die Geräte in einer solchen Situation ordnungsgemäß funktionieren oder nicht. Visuell kann man nur die schwach leuchtenden Glühlampen sehen, die mit einer niedrigeren Spannung als vorgesehen versorgt werden.

Bei hohen Überspannungen ist es viel einfacher. Wenn Sie an den Netzeingang eines Fernsehers, Computers oder einer Mikrowelle 300–350 W anlegen, brennt im besten Fall die Sicherung durch. Meistens brennen sie jedoch selbst durch. Und es ist noch gut, wenn dabei kein tatsächlicher Brand der Geräte oder ein Feuer entsteht.

Mehrfamilienhäuser werden in der Regel von einem Dreiphasennetz mit 380 V versorgt, während zur Wohnung eine einphasige Verkabelung mit 220 V vom Stromkasten im Stockwerk führt.

Die Hauptprobleme mit Spannungsschwankungen in Mehrfamilienhäusern entstehen durch einen Bruch des Neutralleiters. Dieser Draht wird von Elektrikern bei Reparaturen aus Unachtsamkeit beschädigt oder brennt einfach altersbedingt durch.

Wenn im Haus an der Zuleitung ein moderner Schutzschaltungssatz installiert ist, löst bei einem solchen Bruch die Automatik des FI-Schutzschalters aus. Alles endet relativ normal.

In alten Wohngebäuden jedoch, in denen keine Schutzschalter installiert sind, führt der Verlust des Nullleiters zu einer Schieflast. Und dann wird die Spannung in manchen Wohnungen niedrig (50–100 V) und in anderen plötzlich hoch (300–350 V).

Was letztendlich an der Steckdose ankommt, hängt von der zu diesem Zeitpunkt angeschlossenen Last ab. Dies lässt sich im Voraus nicht genau berechnen oder vorhersagen.

Infolgedessen funktionieren bei manchen alle Geräte nicht mehr, während sie bei anderen durch Überspannung durchbrennen. Hier ist ein Spannungsüberwachungsrelais erforderlich. Bei Problemen schaltet es das Netz ab und verhindert so Schäden an Fernsehern, Kühlschränken usw.

Im privaten Bereich ist das Problem mit Spannungsschwankungen etwas anders. Wenn ein Haus weit von einem Straßentransformator entfernt ist, kann die Spannung an diesem äußersten Punkt bei erhöhtem Stromverbrauch in den Häusern davor auf kritisch niedrige Werte fallen.

Infolge des anhaltenden „Volt“-Mangels werden die Elektromotoren in Haushaltsgeräten unweigerlich durchbrennen und ausfallen.

Varianten des RKN-Geräts

Alle Modelle von Relais, die als Spannungsregler fungieren, werden in einphasige und dreiphasige unterteilt.

Einphasenrelais. Es wird normalerweise in Häusern und Wohnungen installiert – mehr ist in Hausverteilern nicht erforderlich.

In den Stromkästen von Ein- und Mehrfamilienhäusern werden normalerweise einphasige Relais in kompakter Bauweise für die Hutschiene verwendet (+).

Dreiphasenrelais. Solche Spannungsüberwachungsrelais sind für den industriellen Einsatz bestimmt. Sie werden häufig in Schutzschaltungen von Drehstrommaschinen verwendet. Wenn an einem solchen komplexen Gerät ein Dreiphasenrelais benötigt wird, wird es oft in einer kombinierten Ausführung gewählt, die nicht nur die Spannung, sondern auch die Synchronisation der Phasen überwacht.

Der Hauptnachteil und gleichzeitig Vorteil eines Dreiphasenrelais ist die vollständige Abschaltung der Stromversorgung am Ausgang bei Spannungssprüngen in einer der Phasenleitungen am Eingang. In der Industrie ist dies nur von Vorteil. Im Haushalt sind Spannungsschwankungen in einer Phase jedoch oft nicht kritisch, und das RKN schaltet das geschützte Netz ab.

In Einzelfällen ist eine solche extrem zuverlässige Absicherung erforderlich. In den allermeisten Situationen ist sie jedoch überflüssig.

Nach Bauart und Abmessungen

Die gesamte Modellreihe der Spannungsrelais wird in drei Typen unterteilt:

• Adapter „Stecker-Steckdose“;
• Verlängerungskabel mit 1-6 Steckdosen;
• kompakte Hutschienengeräte für die DIN-Schiene.

Die ersten beiden Varianten werden zum Schutz eines bestimmten Elektrogeräts oder einer Gruppe verwendet. Sie werden in eine normale Zimmersteckdose eingesteckt.

Die dritte Variante ist für die Montage im Verteilerkasten als Teil des Schutzsystems des Stromnetzes einer Wohnung oder eines Einfamilienhauses vorgesehen.

Die Adapter und Verlängerungskabel der betreffenden Regler haben relativ große Abmessungen. Die Hersteller versuchen, sie so klein wie möglich zu machen, damit sie mit ihrem Erscheinungsbild die Inneneinrichtung nicht beeinträchtigen.

Die inneren Komponenten des Spannungsrelais haben jedoch ihre eigenen festen Abmessungen, und sie müssen außerdem in einem Gehäuse mit Steckdose und Stecker untergebracht werden. Gestalterisch ist hier kein großer Spielraum.

Relais auf DIN-Schiene zur Montage im Verteilerkasten haben kompaktere Abmessungen und enthalten nichts Überflüssiges. Der Netzanschluss erfolgt über die Verbindung von Leitungen und Klemmen.

Nach Basis und Zusatzfunktionen

Die interne Logik und Arbeitsweise des Spannungsüberwachungsrelais basiert entweder auf einem Mikroprozessor oder einem einfacheren Komparator. Die erste Variante ist teurer, ermöglicht jedoch eine genauere und sanftere Einstellung der Auslöseschwellen des RKN. Die meisten derzeit verkauften Schutzgeräte basieren auf Mikroprozessoren.

Der obere (Umax) und der untere (Umin) Schwellwert sind die beiden wichtigsten einstellbaren Parameter des RKN – wenn die Eingangsspannung den eingestellten Bereich verlässt, schaltet das Relais die Ausgangsleitung vom Stromkreis ab.

Mindestens sind am Gehäuse des Relais ein Paar LEDs vorhanden, anhand derer Sie das Vorhandensein von Spannung am Eingang und Ausgang erkennen können. Fortschrittlichere Geräte sind mit Displays ausgestattet, die die eingestellten zulässigen Grenzwerte und die anliegende Netzspannung anzeigen.

Die Einstellung der Schwellwerte erfolgt über ein Potentiometer mit einer skalierten Skala oder über Tasten mit Anzeige der Parameter auf dem Display.

Das für die Schaltung zuständige Relais im Inneren des RKN ist nach einem bistabilen Schema aufgebaut. Diese Spule hat zwei stabile Zustände. Energie wird nur zum Umschalten der Verriegelung benötigt. Zum Halten der Kontakte in geschlossener oder geöffneter Stellung wird keine elektrische Energie benötigt.

Einerseits minimiert dies den Energieverbrauch, andererseits stellt es sicher, dass sich die Spule beim Betrieb des Reglers nicht erwärmt.

Bei der Auswahl eines Spannungsrelais müssen Sie auf die folgenden Parameter achten:

• Arbeitsbereich in Volt;
• Möglichkeiten zur Einstellung der oberen und unteren Ansprechschwellen;
• Vorhandensein/Fehlen von Spannungsanzeigen;
• Abschaltzeit beim Ansprechen des RKN;
• Verzögerungszeit für die Wiederherstellung der Stromversorgung;
• Maximale Schaltleistung in kW oder Durchlassstrom in Ampere.

Beim letzten Parameter sollten Sie das Relais mit einer Reserve von 20–25 % wählen. Wenn kein geeignetes RKN für die vorhandenen hohen Lasten in der Leitung vorhanden ist, wird ein leistungsschwaches Modell gewählt und an dessen Ausgang ein Magnetschütz angeschlossen.

Bei der Einstellung der Schwellen ist die Situation wie folgt. Wenn sie zu streng eingestellt werden, ist die Ansprechfrequenz des Relais hoch. Hier müssen Sie einen Kompromiss eingehen.

Die Einstellung dieser Parameter muss so erfolgen, dass sie ein angemessenes Schutzniveau gewährleisten, aber zu häufiges Schalten des RKN vermeiden. Ständiges Ein- und Ausschalten ist weder für die angeschlossenen Geräte noch für den Spannungsregler selbst zuträglich.

Einige Relais haben überhaupt keine Möglichkeit, die Schwellen selbstständig anzupassen. Sie sind fest eingestellt. Zum Beispiel ist die untere Grenze werkseitig auf 170 V und die obere auf 265 V eingestellt.

Solche RKN sind günstiger, aber Sie müssen sie sorgfältiger auswählen. Diese Geräte können später nicht umkonfiguriert werden. Bei Fehlern in der Berechnung müssen Sie neue kaufen, um die ungeeigneten zu ersetzen.

Die Wahl der zeitlichen Parameter für die Abschaltung und Wiederherstellung der Spannungsversorgung am Ausgang hängt von der angeschlossenen Last und den Besonderheiten des jeweiligen Netzes ab (+)

Wenn im Stromnetz ständig kurze (Bruchteile einer Sekunde) und geringe Spannungseinbrüche auftreten, stellen Sie die Abschaltzeit für den unteren Schwellwert am besten auf das Maximum ein. So gibt es weniger Auslösungen und die Gefahr für die versorgten Geräte ist minimal.

Die Einschaltverzögerung sollte je nach Art der angeschlossenen elektrischen Geräte gewählt werden. Wenn das angeschlossene Gerät einen Kompressor oder Elektromotor hat, sollte die Zeit für die Spannungszufuhr auf 1–2 Minuten erhöht werden.

Dies vermeidet scharfe Spannungs- und Stromspitzen bei der Wiederherstellung der Netzspannung, was Kühlschränke und Klimaanlagen vor Schäden schützt.

Bei Computern und Fernsehern kann dieser Parameter sogar auf 10–20 Sekunden gesenkt werden.

Was ist besser: Stabilisator vs. Relais

Nicht selten wird anstelle des Anschlusses eines Spannungsüberwachungsrelais im Verteilerkasten empfohlen, im Haus einen Spannungsstabilisator zu installieren. In Einzelfällen ist dies gerechtfertigt. Es gibt jedoch eine Reihe von Nuancen, die bei der Wahl der einen oder anderen Variante des Schutzes von Elektrogeräten zu beachten sind.

In Bezug auf die Funktionalität gleicht der Stabilisator nicht nur die Spannung aus, sondern schaltet sich auch bei zu hohen Werten der Letzteren ab. Das Spannungsrelais hingegen ist ausschließlich eine Schutzautomatik. Anscheinend umfasst Ersteres die Funktionen des Zweiten.

Im Vergleich zum RKN ist der Stabilisator:

• teurer und lauter;
• träger bei plötzlichen Schwankungen;
• bietet keine Möglichkeiten zur Parametereinstellung;
• benötigt viel mehr Platz.

Bei einer Verringerung der Eingangsspannung beginnt der Stabilisator, mehr Strom aus dem Netz zu ziehen, um am Ausgang die gewünschten Werte zu liefern. Und das ist ein direkter Weg zum Durchbrennen der Leitungen, wenn diese nicht von vornherein dafür ausgelegt sind.

Der zweite Hauptnachteil eines Stabilisators im Vergleich zu einem Überwachungsrelais ist seine Unfähigkeit, einen plötzlichen Spannungssprung bei einem Nullleiterbruch abzufangen.

Es reicht buchstäblich eine halbe Sekunde mit 350–380 V in der Steckdose, um alle Geräte im Haus zu zerstören. Die meisten Stabilisatoren sind nicht in der Lage, sich solchen Änderungen anzupassen und lassen die hohe Spannung passieren, indem sie sich erst 1–2 Sekunden nach Beginn der Spannungsspitze abschalten.

Neben Stabilisatoren und Relais können zum Schutz der Leitung vor Spannungsschwankungen im Netz auch Auslöser für maximale und minimale Spannung verwendet werden. Allerdings haben sie im Vergleich zum RKN eine längere Ansprechzeit. Zudem schalten sie die Stromversorgung nicht automatisch wieder ein; von der Funktion her ähneln sie eher einem FI-Schalter.

Nach einer Stromunterbrechung müssen diese Auslöser manuell in den Ausgangszustand zurückgesetzt werden.

Anschlussschemata des RKN

Im Verteilerkasten wird das Spannungsrelais immer nach dem Zähler in die Unterbrechung des Phasenleiters eingebaut. Es muss genau die 'Phase' überwachen und bei Bedarf trennen. Anders darf es nicht angeschlossen werden.

Am häufigsten wird für einphasige Verbraucher die Standardschaltung mit direkter Last über das Relais verwendet (+)

Es gibt zwei grundlegende Anschlussschemata für einphasige Spannungsreglerrelais:

• mit direkter Last über RKN;
• mit dem Anschluss der Last über ein Schütz – mit dem Anschluss eines Motorschützes.

Bei der Montage des Verteilerkastens im Haus wird fast immer die erste Variante verwendet. Es gibt ausreichend verschiedene Modelle von RKN mit der erforderlichen Leistung im Handel. Plus können bei Bedarf mehrere dieser Relais in einer Parallelschaltung installiert werden, wobei an jedes eine separate Gruppe von Elektrogeräten angeschlossen wird.

Die Montage ist denkbar einfach. Das Gehäuse eines Standard-Einphasenrelais verfügt über drei Anschlüsse – 'Null' sowie die Phasenanschlüsse 'Eingang' und 'Ausgang'. Man muss nur darauf achten, die anzuschließenden Drähte nicht zu verwechseln.

Fazit und nützliche Videos zum Thema

Um Ihnen die Orientierung bei den Anschlussplänen und der Auswahl eines geeigneten Spannungsregelrelais zu erleichtern, haben wir eine Zusammenstellung von Videomaterialien erstellt, die alle Nuancen der Arbeit dieses Geräts beschreiben.

Wie Sie Ihre Geräte mit einem Spannungsregelrelais vor Spannungsschwankungen im Stromnetz schützen:

Einstellung des Spannungsrelais:

Ein Netzspannungsüberwachungsrelais ist ein hervorragender Schutz vor Unterbrechungen des Neutralleiters und plötzlichen Spannungsschwankungen. Der Anschluss ist einfach: Sie müssen nur die entsprechenden Drähte in die Klemmen einführen und festziehen.In fast allen Fällen wird ein Standardschema mit direkter Last über das Spannungsregelrelais verwendet.

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