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Eine elektronische Lastüberwachung in Form einer LOCC-Box SC bietet einen durchgängigen Schutz bei Überlast und Kurzschluss. Bild: Friedrich Lütze
Sicherheitsrelais

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Schutz bei jeglicher Lastart

Text: Ralf Coors, Friedrich Lütze
Werden in Applikationen Sicherheitsrelais eingesetzt, muss sichergestellt sein, dass das Verhalten des Kontaktsatzes vorhersehbar ist. An dieser Stelle versagen herkömmliche Schutzorgane. Einen zuverlässigen Schutz von 24V DC-Kreisläufen bietet nun eine spezielle elektronische Lastüberwachung – auch in Applikationen mit Sicherheitsrelais.

Relais mit zwangsgeführten Kontakten, gemäß EN 50205, sind zuverlässige Bauelemente, mit denen Hersteller fehlersichere Applikationen erstellen können. Mit diesen Relais wird sichergestellt, dass das Verhalten des Kontaktsatzes vorhersehbar ist. So können fehlersichere und selbstüberwachende Systeme einfach realisiert werden. Typische Anwendungsgebiete sind zum Beispiel Werkzeugmaschinen, Anlagenbau, Verfahrenstechnik, Automation, Bergbau- und Fördertechnik sowie einige andere Bereiche. Wie Relais generell, sind auch Sicherheitsrelais robust gegenüber transienten Störgrößen und können Potenziale sicher trennen. Generell besitzen Sicherheitsrelais aber auch die gleichen Leistungsdaten im Kontaktbereich, so dass dieser dementsprechend gegen Zerstörung oder verringerter Lebenszeit geschützt werden muss.

Sicherheitsrelevant und nicht-sicherheitsrelevant

Im Rahmen der Risikoanalyse einer Applikation unterscheidet der Verantwortliche zwischen nicht-sicherheitsrelevanten und sicherheitsrelevanten Fehlern. Sicherheitsrelevante Fehler sind das Öffnungsversagen oder das Isolationsversagen einer Schaltung. Um diese Fehler zu verhindern, werden Relais mit zwangsgeführten Kontakten eingebaut. Jedoch stellt ein einzelnes Relais noch keine Sicherheit dar. Die gewünschte Sicherheit kommt erst, indem spezielle Eigenschaften in einer entsprechenden Sicherheitsschaltung genutzt werden. Weiterhin sind zusätzliche Anforderungen hinsichtlich der konstruktiven Einbindung der Relais in die Schaltung zu erfüllen. Nicht-sicherheitsrelevante Fehler betreffen die Verfügbarkeit des Systems. Das kann zum Beispiel das Schließversagen eines Kontakts sein, der durch Verschleiß der Kontaktstücke, isolierende Verschmutzung oder andere Umstände gestört ist.

Kontakte absichern

Ein direktes Beschalten von Kontakten mit einer RC-Kombination, um diese vor Abschaltlichtbögen zu schützen, ist zu unterlassen. Schutzbeschaltungen sind per Norm in der zu ­schaltenden Last anzuordnen. Da das Spektrum der von zwangs­geführten Kontakten zu schaltenden Lasten in Art und Höhe der Beanspruchung enorm vielfältig ist, kommt der Auswahl des Materials und auch der Absicherung eine besondere Bedeutung zu. Kontakte, die in den Freigabepfaden verwendet werden, müssen Lasten wie Magnetventile, Schütze, aber auch Signalpegel bewältigen können. Dementsprechend definieren alle Hersteller in ihren technischen Unterlagen mit welcher Stromstärke und Charakteristik diese Kontaktsätze abzusichern sind.

Schutz für Sicherheitsrelais

Wie die meisten anderen Geräte werden auch Sicherheitsrelais mit 24V DC über ein Schaltnetzteil versorgt. Als Schutz­organ werden so gut wie ausschließlich Feinsicherungen benutzt, da der maximale Schaltstrom bei Sicherheitsrelais auf 6 A begrenzt ist. Bedingt durch die Eigenheiten der Schaltnetzteile und der Feinsicherungen, kann hier jedoch nicht mehr von einer sicheren Abschaltung gesprochen werden. Somit wird dem Anspruch an Sicherheit entgegengewirkt. Schaltnetzteile besitzen grundsätzlich einen internen Eigenschutz gegen Überlast beziehungsweise Kurzschluss. Insbesondere bei Einsatz von Geräten mit einem Hiccup-Mode (Schluckauf-Modus) als Überlastschutzsystem, ist es einer nachgeschalteten Sicherung nicht mehr möglich, schnell genug abzuschalten oder kapazitive Lasten einzuschalten. Unter Berücksichtigung, dass sicherlich mehrere Geräte an einer Versorgung angeschlossen sind, ist der Einsatz von Schaltnetzteilen mit einer Strombegrenzung als Kurzschlussschutz fraglich. Die Versorgungsspannung kann über eine längere Zeit absacken und so die gesamte Applikation in einen undefinierten Zustand bringen. Oder der Überlaststrom fließt durch die zu langen Abschaltzeiten einer Sicherung über den Kontakt sowie der angeschlossenen Leitung und führt kurzfristig zum Ausfall des Kontaktes oder auch der Leitung selbst.

Eine Feinsicherung oder auch Leitungsschutzautomaten arbeiten thermisch oder thermisch/magnetisch. Damit ist es nicht möglich die notwendigen Abschaltzeiten zu erreichen. Beide Schutzorgane sind im Abschaltverhalten temperaturabhängig und für AC-Betrieb ausgelegt. Die dadurch hohe Toleranz in den Abschaltzeiten führt dazu, dass die Abschaltzeiten nicht vorherbestimmt werden können und sich damit ein wiederholgenaues Verhalten nicht erzeugen lässt. Wird als Absicherung eine Feinsicherung verwendet, ist natürlich auch mit einem Austausch zu rechnen, der zusätzliche Servicekosten verursacht. Problematisch ist der Einsatz einer Sicherung, die nicht vom Hersteller spezifiziert ist und somit kein Schutz vorliegt.

Anstatt der herkömmlichen Schutzorgane wird heute daher eine elektronische Lastüberwachung eingesetzt, die allerdings ein analoges Schaltverhalten zu Feinsicherungen oder Leitungsschutzautomaten haben sollte. Produkte zur elektronischen Last­überwachung eliminieren die Nachteile der herkömmlichen Schutzorgane und bieten:

  • Schalten unabhängig von Temperatur und ​Kabelquerschnitt

  • schnelles Abschalten bei Überlast und Kurzschluss

  • rücksetzbar, fernsteuerbar

  • unabhängig von der Lastart

  • ein Gerät für alle Strombereiche und Charakteristiken

  • Speicherung des letzten Betriebszustands

LOCC-Box SC

Eine spezielle Variante zum Schutz der Arbeits- und Hilfskontakte in Sicherheitsrelais beziehungsweise Sicherheitsschaltgeräten ist die LOCC-Box SC von Lütze. Wie mit allen Geräten aus der Familie wird auch damit ein durchgängiger Schutz unabhängig von der Lastart gewährleistet. Auf Basis analoger Kennlinien mit thermischem und magnetischem Bereich, können Abschaltzeiten in Abhängigkeit von der Belastung von ­unter 3 ms realisiert werden. Über Einstellräder werden der gewünschte Bemessungsstrom und auch die Charakteristik eingestellt. Angeboten werden die Charakteristiken flink, mittelträge und träge. Da die Hersteller von Sicherheitsrelais eine Absicherung von 6 A fordern, wurde bei der SC-Variante ein maximal einstellbarer Wert definiert – dieser beträgt 5 A. Die Einstellung kann dabei in 1A-Schritten vorgenommen werden.

Was sind Sicherheitsrelais?

Sicherheitsrelais sind Relais mit zwangsgeführten Kontakten. Diese werden in der IEC EN 61180-1 als Elementarrelais mit besonderen, zusätzlichen Eigenschaften des Kontaktsatzes beschrieben. Die Anforderungen, denen diese genügen müssen, sind in der EN 50205 formuliert. Hinzu kommen Anforderungen aus den Normen, welche für Geräte und Anlagen Gültigkeit haben, die dann auch auf die jeweils verwendeten Relais Einfluss nehmen. Diese Normen sind zum Beispiel die IEC 62103, IEC EN 60204-1, IEC 62061 und ISO 13849-1.

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