Welche Funktion hat das Phasenschutzrelais?

Was ist ein Phasenschutzrelais?

A Phasenschutzrelais ist ein kleines, aber wichtiges Gerät, das in dreiphasigen elektrischen Systemen verwendet wird. Es überwacht jede Phase der Stromversorgung. Wenn etwas schief geht, wird die Stromversorgung unterbrochen, um die angeschlossenen Geräte zu schützen.

Dreiphasenstrom ist die Standardmethode für den Betrieb schwerer Maschinen in Fabriken und großen Gebäuden. Wenn eine Phase ausfällt, außer Betrieb geht oder ungleichmäßig wird, passieren schnell schlimme Dinge. Motoren überhitzen. Maschinen vibrieren zu stark. Geräte können komplett durchbrennen. Ein Phasenschutzrelais erkennt diese Probleme frühzeitig und stoppt den Schaden, bevor er schwerwiegend wird.

Was macht eigentlich ein Phasenschutzrelais?

Ein Phasenschutzrelais hat mehrere Hauptaufgaben. Jedes zielt auf eine andere Art von Energieproblem ab. Hier finden Sie eine klare Aufschlüsselung der einzelnen Funktionen.

1. Erkennen einer fehlenden Phase

Manchmal verschwindet eine der drei Phasen. Dies kann auf eine durchgebrannte Sicherung oder einen Kabelbruch zurückzuführen sein. Wenn ein Motor eine Phase verliert, versucht er trotzdem, mit den anderen beiden zu laufen. Dies stellt eine enorme Belastung für diese beiden Phasen dar. Der Motor kann bis zum Doppelten seines normalen Stromniveaus ziehen. Die Wicklung im Inneren des Motors erwärmt sich sehr schnell. Das Relais erkennt die fehlende Phase sofort und schaltet ab, bevor der Motor durchbrennt.

2. Ungleichmäßige Spannung über die Phasen hinweg erkennen

Die drei Phasen sollten das gleiche Spannungsniveau führen. Aber manchmal tun sie es nicht. Selbst eine kleine Lücke ist wichtig. Eine Spannungslücke von nur 2 % zwischen den Phasen kann die Stromlücke auf 6–10 % ansteigen lassen. Dieser zusätzliche Strom erzeugt Hitze im Motor. Mit der Zeit verkürzt sich dadurch die Lebensdauer der Geräte. Das Relais prüft ständig die Spannung auf allen drei Phasen. Es löst das System aus, wenn die Lücke zu groß wird.

3. Die falsche Phasenreihenfolge erkennen

Dreiphasenmotoren drehen sich in eine bestimmte Richtung. Diese Richtung hängt von der Reihenfolge der drei Phasen ab. Wenn jemand die Phasen in der falschen Reihenfolge anschließt, dreht der Motor rückwärts. Das hört sich unbedeutend an, kann aber Pumpen, Ventilatoren und Aufzüge in Sekundenschnelle zerstören. Das Relais prüft die Phasenreihenfolge, bevor der Motor startet. Es blockiert den Start, wenn die Reihenfolge falsch ist.

4. Spannungspegel beobachten

Eine zu niedrige Spannung macht Motoren schwach und langsam. Eine zu hohe Spannung führt zu einem schnelleren Verschleiß der Isolierung im Inneren des Motors. Der Betrieb eines Motors bei nur 10 % unter seiner Nennspannung kann seine Zugkraft um etwa 19 % verringern. Das Relais überwacht die Spannungspegel. Es trennt die Last, wenn die Spannung zu weit über oder unter den sicheren Bereich fällt.

5. Überprüfen der Frequenz

Stromnetze sollen mit einer festen Frequenz betrieben werden – je nach Land entweder 50 Hz oder 60 Hz. Generatoren und schwache Netze weichen manchmal von diesem Ziel ab. Wenn sich die Frequenz zu stark verschiebt, laufen die Motoren mit der falschen Drehzahl. Einige Relais können die Frequenz verfolgen. Sie unterbrechen den Strom, wenn die Frequenz außerhalb des sicheren Bereichs liegt.

Arten von Phasenschutzrelais

Es gibt verschiedene Arten von Phasenschutzrelais. Jeder Typ ist für ein anderes Schutzniveau ausgelegt. Die folgende Tabelle zeigt die wichtigsten Typen und wo sie verwendet werden.

So funktioniert ein Phasenschutzrelais: Schritt für Schritt

Das Relais folgt jedes Mal einem klaren Prozess, wenn es ein Problem erkennt. So funktioniert es von Anfang bis Ende.

1. Lesen der Phasen: Das Relais misst über seine Eingangsleitungen jederzeit die Spannung auf allen drei Phasen.
2. Überprüfung der Daten: Sein interner Schaltkreis oder Chip prüft die Spannungsgröße, Phasenfolge, Balance und Frequenz.
3. Im Vergleich zu sicheren Grenzwerten: Das Relais prüft, ob die Messwerte innerhalb des eingestellten sicheren Bereichs liegen.
4. Den Fehler erkennen: Wenn ein Messwert außerhalb des sicheren Bereichs liegt, markiert das Relais dies als Fehler.
5. Einen Moment warten (optional): Viele Relais warten eine kurze Zeit, bevor sie handeln. Dies verhindert Fehlalarme, die durch kurze Stromausfälle verursacht werden.
6. Maßnahmen ergreifen: Das Relais öffnet oder schließt seinen Ausgangskontakt. Dadurch wird ein Schütz oder Leistungsschalter angewiesen, die Stromversorgung zu unterbrechen.
7. Fehler anzeigen: Ein Licht oder eine Anzeige am Relais zeigt an, was schief gelaufen ist, sodass der Bediener weiß, was er beheben muss.

Was Sie vor dem Kauf eines Phasenschutzrelais überprüfen sollten

Es kommt darauf an, das richtige Relais auszuwählen. Die falsche Wahl kann dazu führen, dass Ihre Geräte ungeschützt bleiben oder es zu Fehlabschaltungen kommt. Hier sind die wichtigsten Dinge, die Sie überprüfen sollten.

• Versorgungsspannung: Das Relais muss mit der Spannung Ihres Systems übereinstimmen, z. B. 380 V, 400 V oder 480 V.
• Häufigkeit: Überprüfen Sie, ob Ihr Netz mit 50 Hz oder 60 Hz läuft, und stellen Sie sicher, dass das Relais dies unterstützt.
• Schutzfunktionen: Entscheiden Sie, vor welchen Fehlern Sie sich schützen müssen – Phasenverlust, falsche Reihenfolge, ungleichmäßige Spannung oder alle davon.
• Einstellbare Grenzen: Ein Relais mit einstellbaren Auslösepunkten gibt Ihnen mehr Kontrolle darüber, wie empfindlich der Schutz ist.
• Wie schnell es reagiert: Bei einigen Geräten muss das Relais in weniger als 200 Millisekunden reagieren. Andere können etwas länger warten, um Fehlauslösungen zu vermeiden.
• Ausgangskontaktbelastbarkeit: Der Ausgang des Relais muss stark genug sein, um das Schütz oder den Leistungsschalter zu steuern, an den es angeschlossen ist.
• Montageart: Die meisten Relais werden auf einer Standard-DIN-Schiene in einem Schalttafelkasten befestigt. Überprüfen Sie, ob die Größe zu Ihrem Raum passt.
• Sicherheitsstandards: Suchen Sie nach Relais, die IEC 60255 oder einen ähnlichen Standard erfüllen. Dies bestätigt die zuverlässige Leistung.

Wo Phasenschutzrelais verwendet werden

Phasenschutzrelais kommen in vielen Branchen vor. Sie sind vor allem dort wichtig, wo ein plötzlicher Maschinenausfall gefährlich oder sehr kostspielig wäre.

Werksmotoren

Die meisten Fabriken verwenden Drehstrommotoren zum Antrieb ihrer Maschinen. Motorausfälle verursachen einen Großteil der unerwarteten Stillstände in Fabriken. Phasenfehler sind eine der Hauptursachen für den Ausfall von Motoren. Phasenschutzrelais sind in Motorsteuertafeln eingebaut, um jeden Motor einzeln zu schützen.

Klimaanlagen und Kühlsysteme

Kompressoren in Klima- und Kühlgeräten reagieren sehr empfindlich auf Phasenprobleme. Eine falsche Phasenfolge in einem Scrollkompressor kann innerhalb von Sekunden zum Ausfall führen. Aus diesem Grund sind Phasenschutzrelais ein Standardbestandteil dieser Systeme.

Wasserpumpstationen

Wasserpumpen müssen sich in die richtige Richtung drehen. Eine umgekehrte Phasenfolge führt dazu, dass eine Pumpe das Wasser in die falsche Richtung fördert. Dadurch kann ein Wassersystem schnell entleert werden. Phasenschutzrelais verhindern den Start der Pumpe, wenn die Phasenreihenfolge falsch ist.

Aufzüge und Hebemaschinen

Ein umgekehrter Motor in einem Aufzug stellt ein ernstes Sicherheitsrisiko dar. In vielen Ländern ist für alle Aufzugsanlagen ein Phasenfolgeschutz gesetzlich vorgeschrieben. Das Relais sorgt dafür, dass der Motor immer in die richtige Richtung läuft.

Generatoren und Solarstromsysteme

Backup-Generatoren und Solarsysteme, die dreiphasigen Strom einspeisen, können manchmal eine instabile Leistung erzeugen. Phasenschutzrelais überwachen die Versorgungsqualität. Sie schützen die an diese Systeme angeschlossenen Geräte vor schlechten Stromversorgungsbedingungen.

So installieren Sie ein Phasenschutzrelais richtig

Auch das beste Relais nützt nichts, wenn es falsch verdrahtet ist. Befolgen Sie diese grundlegenden Schritte für eine ordnungsgemäße Installation.

• Schließen Sie die Phaseneingangsdrähte des Relais direkt an die drei Versorgungsleitungen (L1, L2, L3) vor dem Lastschalter an.
• Verdrahten Sie den normalerweise geschlossenen Ausgang des Relais in Reihe mit der Schützspule. Auf diese Weise wird bei einem Fehler die Stromversorgung des Schützes automatisch unterbrochen.
• Stellen Sie sicher, dass die Nennspannung des Relais mit Ihrer Versorgungsspannung übereinstimmt. Eine Nichtübereinstimmung führt zu falschen Messwerten oder zu Schäden am Relais.
• Schließen Sie den Alarmausgang an eine Warnleuchte oder ein Bedienfeld an. Dadurch wissen Bediener, dass etwas nicht stimmt, ohne dass das gesamte System heruntergefahren werden muss.
• Überprüfen Sie beim ersten Einrichten die Phasenreihenfolge mit einem Phasendrehwerkzeug. Tun Sie dies, bevor Sie die angeschlossenen Geräte einschalten.
• Montieren Sie das Relais auf einer DIN-Schiene in einem geschlossenen Schaltkasten, der den Gegebenheiten des Raums entspricht.

Warum sich der Einsatz eines Phasenschutzrelais lohnt

Phasenschutzrelais sind nicht teuer. Doch die Behebung der Probleme, die sie verhindern, kann viel Geld kosten. Hier ein kurzer Überblick über die wichtigsten Vorteile.

Häufig gestellte Fragen

F1: Was ist die Hauptaufgabe eines Phasenschutzrelais?

Seine Hauptaufgabe besteht darin, die dreiphasige Stromversorgung jederzeit zu überwachen. Es unterbricht den Strom, wenn ein Problem festgestellt wird – beispielsweise eine fehlende Phase, eine falsche Phasenreihenfolge oder eine ungleichmäßige Spannung. Dies schützt Motoren und andere angeschlossene Geräte vor Schäden.

F2: Was passiert mit einem Motor, wenn kein Phasenschutzrelais vorhanden ist?

Ohne Relais läuft der Motor auch dann weiter, wenn die Stromversorgung ausfällt. Es zieht zu viel Strom. Es wird zu heiß. Die innere Verkabelung ist kaputt. In vielen Fällen brennt der Motor bereits wenige Minuten nach dem Fehlerbeginn vollständig durch.

F3: Kann ein Phasenschutzrelais ein thermisches Überlastrelais ersetzen?

Nein. Diese beiden Relais machen unterschiedliche Dinge. Ein thermisches Überlastrelais schützt den Motor vor zu hohem Strom, der durch eine schwere Last oder eine blockierte Welle verursacht wird. Ein Phasenschutzrelais überwacht die Qualität der Stromversorgung. Für eine vollständige Schutzeinrichtung müssen beide Relais zusammenarbeiten.

F4: Wie misst das Relais die Spannungsunsymmetrie?

Das Relais misst die Spannung an jeder der drei Phasen. Anschließend wird der Durchschnitt der drei Messwerte ermittelt. Es prüft, wie weit jede Phase von diesem Durchschnitt entfernt ist. Wenn eine Phase zu weit entfernt ist, erkennt das Relais dies als Unsymmetrie und schaltet das System ab. Die meisten Relais lösen aus, wenn die Lücke einen festgelegten Wert überschreitet – normalerweise zwischen 3 % und 8 %.

F5: Kann ein Phasenschutzrelais in einem Einphasensystem verwendet werden?

Nein. Ein Phasenschutzrelais benötigt alle drei Phasen, um ordnungsgemäß zu funktionieren. Es ist nur für Drehstromsysteme gebaut. Wenn Sie Schutz für ein einphasiges System benötigen, sollten Sie einen anderen Relaistyp verwenden – beispielsweise ein Spannungsüberwachungsrelais.

F6: Wie schnell reagiert ein Phasenschutzrelais auf einen Fehler?

Dies hängt von der Art des Fehlers und dem Relaismodell ab. Bei einer völlig fehlenden Phase wirken viele Relais im Inneren 0,1 bis 0,5 Sekunden . Bei Spannungsunsymmetrie oder Über-/Unterspannungsfehlern wartet das Relais oft zunächst eine kurze Zeit – normalerweise zwischen 0,1 und 10 Sekunden. Diese kurze Wartezeit trägt dazu bei, Fehlabschaltungen durch kurze Stromausfälle zu vermeiden.