Spannungsüberwachungsrelais: Funktionsprinzip, Schaltplan & Anwendungen

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Ein Spannungsüberwachungsrelais misst eine AC- oder DC-Versorgung und schaltet seinen Ausgangskontakt, wenn eine konfigurierte Bedingung eintritt. Je nach Modell kann es Unterspannung, Überspannung, Phasenausfall, falsche Phasenfolge oder Spannungsunsymmetrie erkennen. Das Relais dient normalerweise nicht dazu, nicht einen Motor oder Abzweig direkt abzuschalten. Stattdessen steuert sein Ausgangskontakt eine Schützspule, den Auslöseeingang eines Leistungsschalters, den Eingang einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS), einen Alarm oder eine Verriegelung, die die erforderliche Aktion ausführt.

Die korrekte Anwendung erfordert daher drei separate Entscheidungen: welche Spannung gemessen wird, welche Bedingung den Relaisausgang schaltet und welches externe Gerät auf dieses Signal reagiert.

Wichtigste Erkenntnisse

Ein Überwachungsrelais ist ein Mess- und Steuergerät, normalerweise kein Leistungsschaltgerät.
COM, NCund NO beschreiben Kontakte in ihrem normalen, stromlosen Zustand; die Logik des Gut-Zustands hängt weiterhin vom Funktionsprinzip des Relais ab.
Zu den gängigen Anschlussbezeichnungen für Wechsler nach IEC-Standard gehören 11-12-14 oder 15-16-18, wobei das jeweilige Datenblatt und der Schaltplan immer Vorrang haben.
Einphasige Geräte erfassen üblicherweise L-N, L1-L2, oder +/-, abhängig vom Modell und Stromkreis.
Dreiphasige Geräte erfassen üblicherweise L1-L2-L3; ein Neutralleiteranschluss ist nur bei Modellen und Funktionen erforderlich, die für L1-L2-L3-N ausgelegt sind Systeme.
Ein Phasenausfall bei einem laufenden Drehstrommotor kann zu schädlichem Einphasenbetrieb, Überstrom und Überhitzung führen. Die normale Schutzreaktion besteht darin, das Gerät zu stoppen oder den Start zu verhindern.
Schwellenwert-, Hysterese-, Verzögerungs-, Speicher- und Rücksetzeinstellungen müssen auf die Last und das Systemverhalten abgestimmt sein – es gibt keinen universellen Standardwert aus dem Internet.

Was ist ein Spannungsüberwachungsrelais?

Ein Spannungsüberwachungsrelais ist ein industrielles Steuergerät, das eine oder mehrere Spannungen überwacht und einen diskreten Ausgang liefert, wenn der gemessene Zustand innerhalb der Grenzwerte liegt oder fehlerhaft ist. Es wird häufig auf einer DIN-Schiene in einem Schaltschrank montiert, obwohl auch andere Montagearten existieren.

Die Produktkategorie umfasst verschiedene Funktionen:

Überwachungsfunktion	Was ausgewertet wird	Typische Steuerungsreaktion
Unterspannung	Spannung unterhalb eines konfigurierten unteren Schwellenwerts	Abfallen eines Schützes, Blockieren eines Starts oder Auslösen eines Alarms nach einer beliebigen Verzögerung
Überspannung	Spannung oberhalb eines konfigurierten oberen Schwellenwerts	Änderung des Steuerausgangs oder Signalisierung an ein Überwachungssystem
Phasenausfall	Eine Phase fehlt oder liegt unter dem Erkennungskriterium des Geräts	Stoppen oder Sperren einer Drehstromlast
Phasenfolge	Falsche Phasenfolge von L1, L2 und L3	Verhindern des Anlaufs eines drehrichtungsempfindlichen Motors
Spannungsunsymmetrie	Differenz zwischen den Phasenspannungen überschreitet einen konfigurierten Grenzwert	Stopp oder Alarm vor längerem unsymmetrischen Betrieb
Fensterüberwachung	Spannung muss zwischen den unteren und oberen Grenzwerten bleiben	Ausgang nur innerhalb des zulässigen Fensters im betriebsbereiten Zustand halten

Nicht jedes Überwachungsrelais erfüllt jede Funktion. Die K8AK-PM-Familie von Omron ist beispielsweise für die Überwachung von Dreiphasenspannung, Phasenfolge und Phasenausfall ausgelegt, während ABB verschiedene dreiphasige Varianten mit Kombinationen aus Über- und Unterspannung, Phasenausfall, Asymmetrie- und Phasenfolgeüberwachung anbietet. Die Auswahl muss mit den exakt erforderlichen Funktionen beginnen.

Funktionsprinzip von Spannungsüberwachungsrelais

Das praktische Funktionsprinzip lässt sich in drei Ebenen unterteilen.

1. Messung

Die Messklemmen werden mit der zu überwachenden elektrischen Größe verbunden. Ein einphasiges Gerät kann die Spannung zwischen Phase und Neutralleiter, zwischen zwei Phasen oder als Gleichspannung messen. Ein dreiphasiges Gerät kann je nach Schaltung und Verdrahtungskonfiguration die Spannungen zwischen den Phasen, zwischen Phase und Neutralleiter oder beides messen.

Einige Relais werden direkt aus dem Messkreis versorgt. Andere verwenden separate Versorgungsklemmen wie A1/A2 und separate Messeingänge. Diese Unterscheidung beeinflusst das Verhalten, falls der Messkreis oder die Hilfsspannungsversorgung ausfällt.

2. Auswertung

Die interne Elektronik vergleicht den Messwert mit den konfigurierten Kriterien. Die Logik kann Folgendes umfassen:

einen Unterspannungsschwellenwert;
einen Überspannungsschwellenwert;
ein oberes und unteres Fenster;
Phasenfolge- oder Phasenausfallerkennung;
einen Unsymmetrieschwellenwert;
Anlauf-, Auslöse- oder Rückkehrverzögerungen;
Hysterese zwischen Auslöse- und Rücksetzpunkten;
Automatischer Reset oder verriegeltes/manuelles Reset-Verhalten.

Die LEDs oder das Display an der Frontplatte können die Spannungsversorgung, den Relaisstatus, die gemessene Spannung oder einen Fehlercode anzeigen. Die Bedeutung der jeweiligen Anzeige ist modellspezifisch.

Ausgangsverhalten

Nachdem der Fehlerzustand die konfigurierte Zeitlogik erfüllt hat, ändert das Relais den Zustand seines Ausgangskontakts. Dieser potenzialfreie Kontakt schaltet dann einen Steuerstromkreis. Er kann eine Schützspule stromlos schalten, ein Signal an eine SPS senden, einen Alarm auslösen oder einen zugelassenen Leistungsschalter-Auslösekreis betätigen.

Diese Trennung ist wichtig. Der Kontakt des Überwachungsrelais muss für die Steuerlast und die Gebrauchskategorie ausgelegt sein, ist jedoch nicht automatisch für das Schalten des geschützten Motor- oder Abgangsstroms dimensioniert.

Ausgangskontaktlogik: COM, NC und NO

Ein einpoliger Umschalter (SPDT) verfügt über drei Anschlüsse:

Kontakt	Bedeutung im normalen, stromlosen Zustand	Gängige Beispiele nach IEC-Norm
COM	Gemeinsamer beweglicher Kontakt	`11` oder `15`
NC	Im Ruhezustand geschlossen (NC) zu COM	`12` oder `16`
NO	Im Ruhezustand offen (NO) zu COM	`14` oder `18`

Für einen gemeinsamen 11-12-14 Wechslerkontakt:

Relais stromlos:

Die Begriffe “normal”, “NO” und “NC” beziehen sich auf den stromlosen mechanischen Zustand – nicht automatisch auf “Versorgung in Ordnung” oder “Störung”. Um zu erfahren, welcher Kontakt während des störungsfreien Betriebs schließt, lesen Sie das Funktionsdiagramm.

Ruhestromprinzip

Viele schutzorientierte Anwendungen erregen das Ausgangsrelais, solange die überwachte Versorgung in Ordnung ist. Ein dauerhafter Fehler führt dazu, dass der Ausgang stromlos wird. ABB dokumentiert dieses Ruhestromprinzip für sein Phasenüberwachungsrelais CM-PFS: Korrekte Phasen erregen die Ausgänge nach der Anlaufverzögerung, während Phasenfehler oder eine falsche Phasenfolge sie stromlos schalten.

Diese Architektur kann fehlersicher sein, da der Ausfall der Steuerspannung, der Ausfall der Überwachungsspannung, ein Leitungsbruch im Steuerstromkreis oder ein erkannter Spannungsfehler das Schütz abfallen lassen können. Der gesamte Steuerstromkreis muss dennoch so ausgelegt sein, dass der resultierende Zustand für die Maschine sicher ist.

Arbeitsstromprinzip

Einige Geräte oder ausgewählte Funktionen erregen einen Ausgang, wenn ein Fehler auftritt. Dies kann für ein Alarmsignal sinnvoll sein, jedoch kann der Ausfall der Relaisversorgung dazu führen, dass der Fehlerausgang inaktiv bleibt. Leiten Sie das Funktionsprinzip nicht allein aus den Klemmennummern ab.

Schaltplan für ein einphasiges Spannungsüberwachungsrelais

Dies ist ein allgemeines Steuerkonzept und kein Ersatz für ein Produktdiagramm.

ÜBERWACHTE VERSORGUNG

Bei dieser üblichen Ruhestromschaltung schließt der Kontakt des Überwachungsrelais im betriebsbereiten Zustand den Stromkreis der Schützspule. Wenn die Spannung für länger als die konfigurierte Verzögerungszeit das zulässige Fenster verlässt, fällt der Überwachungsausgang ab und das Schütz öffnet den Laststromkreis.

Beantworten Sie vor der Verdrahtung diese Fragen anhand des spezifischen Datenblatts:

Misst das Gerät L-N, L1-L2, oder DC +/-?
Wird das Gerät über den Messkreis selbst versorgt oder benötigt es A1/A2 Hilfsspannung?
Welches Ausgangspaar ist geschlossen, wenn die überwachte Spannung im Normalbereich liegt?
Ist der Ausgangskontakt für die Spannung, den Einschaltstrom und die Gebrauchskategorie der Schützspule geeignet?
Setzt sich das Relais nach der Spannungsrückkehr automatisch zurück oder erfordert der Steuerstromkreis einen manuellen Neustart?

Gehen Sie nicht davon aus, dass jedes einphasige Relais auf 230 V begrenzt ist. Die Produktreihen umfassen verschiedene AC- und DC-Messbereiche; wählen Sie das tatsächliche Modell basierend auf der Systemspannung und den erforderlichen Schwellenwerten aus.

Schaltplan für dreiphasiges Spannungsüberwachungsrelais

Ein typisches dreiphasiges Überwachungsrelais erfasst die Phasen vor dem Schütz, um einen Start bei fehlerhafter Einspeisung zu verhindern und das Schütz bei Auftreten eines überwachten Fehlers abfallen zu lassen.

HAUPTSTROMKREIS

Wichtige Grenzwerte:

Ein für drei Leiter ausgelegtes Relais L1-L2-L3 darf nicht durch Improvisation in ein Vierleiter-Messschema umgewandelt werden.
Ein Vierleiter- L1-L2-L3-N ausgelegt sind Gerät kann den Neutralleiter für die Versorgung, die Phasen-Neutralleiter-Messung oder beides nutzen. Beachten Sie das entsprechende Schaltbild.
Die korrekte Phasenfolge wird durch die Reihenfolge an den Messklemmen des Relais bestimmt. Das Vertauschen zweier Phasen ändert die erkannte Sequenz.
Ein Phasenausfall kann schwieriger zu erkennen sein, sobald ein Motor läuft, da ein rotierender Motor eine rückgespeiste Spannung auf der fehlenden Phase erzeugen kann. Verwenden Sie ein Relais, dessen spezifiziertes Phasenausfallverhalten für die Anwendung geeignet ist.
Der Verlust einer Phase bietet keinen Vorteil für die Kontinuität eines Drehstrommotors. Ein anhaltender Einphasenbetrieb kann zu übermäßigem Stromfluss und Erwärmung führen, daher ist das übliche Ziel ein sofortiger Stopp oder eine Startverhinderung.

Für modellspezifische Drehstromfunktionen und Optionen des Verdrahtungssystems siehe das VIOX FCP18 Dreiphasen-Spannungsüberwachungsrelais Anleitung.

Wie ein Spannungsüberwachungsrelais ein Schütz steuert

Das Schütz trennt den leistungsschwachen Steuerstromkreis vom Hauptstromkreis.

MESSUNG          ENTSCHEIDUNG          AKTION

Der Ausgang des Überwachungsrelais wird üblicherweise in Reihe mit der Schützspule und den allgemeinen Steuerfreigaben geschaltet, wie z. B. einem Stopp-Taster, dem Öffnerkontakt eines Überlastrelais, einem Druckschalter oder einem SPS-Ausgang. Jede erforderliche Bedingung muss erfüllt sein, bevor die Spule erregt werden kann. Jeder Not-Halt oder andere sicherheitsrelevante Funktionen müssen die Architektur, die Komponenten, die Diagnose und das Leistungsniveau beibehalten, die für das Maschinensicherheitsdesign erforderlich sind; ein Standard-Überwachungsrelais ist kein Sicherheitsrelais.

Bei der Auswahl der Schnittstelle:

stimmen Sie die Schützspulenspannung auf die Steuerspannungsversorgung ab;
überprüfen Sie die Kontaktbelastbarkeit des Überwachungsrelais für die AC- oder DC-Gebrauchskategorie der Spule, nicht nur einen ohmschen Amperewert;
Verwenden Sie ein Koppelrelais, wenn der Überwachungskontakt die Spule nicht direkt schalten kann.;
Berücksichtigen Sie eine geeignete Entstörung der Spule, insbesondere bei Gleichstromspulen, ohne die erforderliche Abfallzeit zu beeinträchtigen.;
Behalten Sie das manuelle Startverhalten und den Schutz gegen automatischen Wiederanlauf bei, sofern dies die Risikobeurteilung der Maschine erfordert.;
Verwenden Sie den Überwachungskontakt nicht als Ersatz für einen Not-Halt-Sicherheitskreis oder eine sicherheitsgerichtete Schutzfunktion.

Für die Leistungsschaltseite erläutert der VIOX-Leitfaden zur modularen Schützverdrahtung die A1/A2-Spulenanschlüsse und die Trennung der Hauptkontakte im Detail.

Schaltplan für ein dreiphasiges Spannungsüberwachungsrelais zur Steuerung einer Schützspule und eines Motorstromkreises

Welche Fehler kann ein Spannungsüberwachungsrelais erkennen?

Überspannung und Unterspannung

Das Relais vergleicht die Spannung mit einem oberen Schwellenwert, einem unteren Schwellenwert oder beiden. Eine Spannungsabweichung muss in der Regel für die konfigurierte Auslöseverzögerung anhalten, bevor sich der Ausgang ändert, obwohl für einige schwerwiegende oder spezielle Fehler separate Reaktionsregeln gelten können.

Phasenausfall

Die Phasenausfallüberwachung erkennt eine fehlende oder ausreichend reduzierte Phase gemäß der Messmethode des Produkts. Bei Motoren besteht das Ziel normalerweise darin, den Start zu verhindern oder den Betrieb zu stoppen, bevor ein Einphasenbetrieb zu schädlichen Strom- und Temperaturbedingungen führt.

Falsche Phasenfolge

Ein Phasenfolgerelais überprüft die Reihenfolge der drei Phaseneingänge. Eine falsche Reihenfolge kann die Drehrichtung eines richtungsempfindlichen Motors umkehren. Das Relais verhindert in der Regel das Anziehen des Schützes, bis die Eingangsreihenfolge korrigiert ist.

Spannungsunsymmetrie oder Asymmetrie

Eine Unsymmetriefunktion vergleicht die Phasenspannungen unter Verwendung der angegebenen Berechnungsmethode des Modells. Wenn die berechnete Asymmetrie den konfigurierten Grenzwert für die erforderliche Verzögerungszeit überschreitet, ändert der Ausgang seinen Zustand. Gehen Sie nicht davon aus, dass jedes dreiphasige Relais Unsymmetrien misst oder dass alle Hersteller dieselbe Formel verwenden.

Was es nicht ersetzt

Ein Standard-Spannungsüberwachungsrelais bietet nicht automatisch:

Motorüberlast- oder Blockierschutz;
Kurzschlussschutz;
Überspannungsschutz;
Fehlerstrom- oder Erdschlussschutz;
Isolationsüberwachung;
Sicherheitsrelais-Funktionen;
Batteriezellenausgleich oder Batteriemanagementsystem (BMS);
Netz- und Anlagenschutz für eine Erzeugungsanlage;
Batteriesteuerung für Elektrofahrzeuge oder Logik für Hochvolt-Interlock-Schleifen.

Einige spezialisierte Geräte kombinieren mehrere Funktionen, diese müssen jedoch durch das genaue Datenblatt und den Zertifizierungsumfang belegt werden.

Schwellenwert, Hysterese, Auslöseverzögerung und Rücksetzeinstellungen

Die Einstellungen sollten aus dem zulässigen Spannungsbereich der Anlage, dem Verhalten der Versorgung, dem Prozessrisiko und den Funktionen des Überwachungsrelais abgeleitet werden.

Schwellenwert

Der Schwellenwert ist die Spannung oder der Prozentsatz, bei dem das Relais einen Fehlerzustand erkennt. Ein Fensterrelais verfügt sowohl über untere als auch über obere Schwellenwerte. Verwenden Sie die Spezifikationen der geschützten Ausrüstung und die geltenden Konstruktionsanforderungen; übernehmen Sie keine allgemeinen Einstellungen, ohne die Nennspannung und die Lasttoleranz zu prüfen.

Hysterese

Die Hysterese trennt den Auslösepunkt vom Rückkehrpunkt und verhindert so wiederholtes Schalten bei Spannungsschwankungen in der Nähe eines Schwellenwerts.

Nur als illustratives Beispiel:

Unterspannungsauslöseschwelle = 90 V

Das tatsächliche Relais kann die Hysterese in Volt, als Prozentsatz des Schwellenwerts oder als Prozentsatz der Nennspannung angeben. Die Anleitung zum Schneider Electric RM22UA verdeutlicht dasselbe Prinzip: Der Rückschaltpegel ist gegenüber der Auslöseschwelle versetzt, sodass kleine Schwankungen keine wiederholten Auslöse-/Rückschaltzyklen verursachen.

Auslöseverzögerung

Eine Auslöseverzögerung filtert kurzzeitige Störungen. Eine zu geringe Verzögerung kann zu unnötigen Abschaltungen führen; eine zu lange Verzögerung kann die Last einem unzulässigen Zustand aussetzen. Einige Relais bieten unterschiedliche Verzögerungen für Überspannung, Unterspannung, Unsymmetrie, Anlauf oder Wiederkehr. Phasenausfall und falsche Phasenfolge können bei bestimmten Produkten eine feste oder sofortige Reaktion erfordern.

Anlauf- oder Einschaltverzögerung

Diese Verzögerung ermöglicht es der Versorgung, sich nach dem Einschalten zu stabilisieren, bevor der Ausgang in den betriebsbereiten Zustand übergeht. Sie unterscheidet sich von der Verzögerung, die angewendet wird, nachdem ein laufendes System einen Fehlerschwellenwert überschritten hat.

Automatischer Reset

Bei automatischer Rückstellung kehrt das Relais in seinen betriebsbereiten Ausgangszustand zurück, nachdem die Spannung die Rückschaltgrenze überschritten hat und eine eventuelle Rückkehrverzögerung abgelaufen ist. Wenn der Schützkreis einen automatischen Neustart zulässt, kann die Last ohne Bedienereingriff wieder anlaufen. Entscheiden Sie vor der Verwendung, ob dieses Verhalten akzeptabel ist.

Zeitdiagramm eines Spannungsüberwachungsrelais mit Unterspannungsschwelle, Auslöseverzögerung, Hysterese und automatischer Rückstellung

Manuelle Rückstellung oder Speicherfunktion

Eine Speicherfunktion hält den Fehlerzustand aufrecht, bis ein Rücksetzbefehl erfolgt. Nicht jedes Überwachungsrelais verfügt über diese Funktion. Ein manueller Neustart kann auch im externen Schützsteuerkreis implementiert werden, selbst wenn das Überwachungsrelais selbst automatisch zurücksetzt.

Einphasige vs. dreiphasige Überwachungsrelais

Auswahlkriterium	Einphasenrelais	Dreiphasenrelais
Typische Eingänge	`L-N`, `L1-L2`, oder DC `+/-`, je nach Modell	`L1-L2-L3` oder `L1-L2-L3-N ausgelegt sind`
Kernfunktionen	Überspannungs-, Unterspannungs- oder Fensterüberwachung	Spannungsgrenzwerte sowie modellabhängiger Phasenausfall, Phasenfolge und Phasenunsymmetrie
Typische Lasten	Steuerstromversorgungen, einphasige Pumpen, Kompressoren, HLK-Anlagen, empfindliche Geräte	Drehstrommotoren, Pumpen, Ventilatoren, Kompressoren, Förderanlagen, Maschinenzuführungen
Hauptrisiko bei der Auswahl	Falscher Mess- oder Versorgungsbereich	Falsches Verdrahtungssystem, fehlender Neutralleiteranschluss oder fehlende Phasenfunktion
Spannungsgrenzwert	Durch das genaue Modell definiert; nicht universell 230 V	Durch das genaue Modell definiert; nicht universell 415 V

Die aktuellen Sortimentsinformationen von ABB verdeutlichen, warum feste Spannungsdefinitionen unzuverlässig sind: Die dreiphasige Produktfamilie CM-MPS/N umfasst Nennspannungspegel von bis zu 820 V AC. Das bedeutet nicht, dass jedes Relais von ABB oder VIOX für diese Spannung geeignet ist; es zeigt, dass das Produktmodell und nicht die Begriffe “einphasig” oder “dreiphasig” den Messbereich bestimmt.

AC- vs. DC-Spannungsüberwachungsrelais

Ein AC-Überwachungsrelais kann RMS-Messung, frequenzabhängige Logik oder Phasenfunktionen verwenden. Ein DC-Überwachungsrelais überwacht polaritätsdefinierte Gleichspannung und kann für Steuerstromversorgungen, Telekommunikationssysteme, batteriegestützte Steuerstromkreise oder andere begrenzte DC-Anwendungen vorgesehen sein.

Prüfen Sie diese Punkte, bevor Sie ein AC/DC- oder DC-Modell auswählen:

Art und Bereich der gemessenen Spannung;
Anforderungen an die Polarität;
ob Mess- und Versorgungskreise ein gemeinsames Bezugspotenzial haben;
maximale kontinuierliche Messspannung;
Bereich der oberen/unteren Schwellenwerte;
Schaltleistung der Ausgangskontakte für AC und DC;
Rücksetz- und Speicherverhalten;
Isolierung zwischen Mess-, Versorgungs- und Ausgangsstromkreisen;
anwendungsspezifische Zulassungen oder Geräteanforderungen.

Ein einfaches DC-Unterspannungsrelais kann die gesamte Busspannung überwachen, ist jedoch kein BMS. Es führt keine Überwachung auf Zellebene, kein Balancing, keinen Temperaturschutz, keine Ladezustandsberechnung, keine Schützdiagnose und kein funktionales Sicherheitsverhalten durch, sofern dies nicht ausdrücklich in der Produktdokumentation angegeben ist.

Einsatzgebiete eines Spannungsüberwachungsrelais

Verwenden Sie ein Spannungsüberwachungsrelais, wenn eine Steuerungsentscheidung für ein Gerät von der Qualität oder Anordnung der ankommenden Spannung abhängt und die Hauptschaltung durch ein anderes geeignetes Gerät erfolgt.

Typische Anwendungen sind:

Motorsteuerungen: Verhindern das Anlaufen oder stoppen einen Motor bei Phasenausfall, falscher Phasenfolge, unzulässiger Spannung oder Unsymmetrie, während ein Überlastrelais den Motorüberstrom überwacht.
Pumpen und Kompressoren: Unterbinden den Betrieb bei instabilen Versorgungsbedingungen und koordinieren mit Druck-, Füllstands- oder Prozesssteuerungen.
HLK-Anlagen: Überwachen die Drehstromversorgung von Kompressoren, Ventilatoren und Pumpen über den Schützsteuerkreis.
Förderanlagen und Werkzeugmaschinen: Blockieren den Betrieb, wenn die Phasenfolge eine Drehrichtungsumkehr verursachen würde oder die Versorgung außerhalb der Gerätegrenzwerte liegt.
Automatische Umschalteinrichtungen und Generatorsteuerung: Bereitstellung eines spannungsstabilen Eingangs für die Umschalt- oder Steuerlogik, sofern das Geräte- und Systemdesign dies unterstützt.
Überwachung der Steuerspannung: Signalisierung an eine SPS oder einen Alarm, wenn eine AC- oder DC-Steuerspannung den zulässigen Bereich verlässt.
Gebäude- und Industrieverteiler: Bereitstellung eines potenzialfreien Alarmkontakts oder einer Freigabe für einen überwachten Abgang oder eine Anlagengruppe.

Bei Solar-, Speicher-, EV-Lade- oder Generator-Netz-Schnittstellen darf nicht davon ausgegangen werden, dass ein allgemeines Spannungsrelais anwendungsspezifische Anforderungen an Netzanschluss, Inselnetzschutz, Batterie, Automobilstandard oder funktionale Sicherheit erfüllt. Verwenden Sie Geräte, die für die tatsächliche Systemfunktion ausgelegt und zugelassen sind.

Checkliste zur Auswahl von Spannungsüberwachungsrelais

Auswahlpunkt	Zu beantwortende Frage	Erforderliche Nachweise
System	Einphasig, dreiphasig (drei Leiter), dreiphasig (vier Leiter) oder Gleichstrom?	Schaltplan und nominale Systemdaten
Messbereich	Welche minimale und maximale Spannung kann auftreten?	Systemtoleranzen und exaktes Datenblatt des Relais
Überwachungsfunktionen	Unter-/Überspannung, Phasenausfall, Phasenfolge, Asymmetrie oder Fensterüberwachung?	Risikobeurteilung der Anlage und Funktionstabelle
Versorgungsarchitektur	Eigenversorgung oder separate Hilfsspannung?	Anschlussplan und Auslegung der Steuerspannung
Ausgangslogik	Arbeitsstromprinzip, Ruhestromprinzip oder wählbar?	Funktions-/Zeitdiagramm
Ausgangskontakt	Kann die Schützspule oder der Steuereingang geschaltet werden?	AC/DC-Nutzungskategorie und Spulendaten
Einstellungen	Welche Schwellenwerte, Hysteresen und Verzögerungen sind erforderlich?	Gerätegrenzwerte und Inbetriebnahmeplan
Zurücksetzen	Automatische, manuelle, fernbediente oder externe Neustartlogik?	Prozesssicherheit und Anforderungen an den Neustart
Anzeige	Welche Fehler- und Relaiszustände müssen sichtbar sein oder gemeldet werden?	Anforderungen an Bediener und SPS/SCADA
Normen	Welche Produktnorm, Zulassung oder Projektfreigabe ist anwendbar?	Genaue Zertifikats- und Projektanforderungen
Einrichtung	DIN-Platzbedarf, Klemmen, Gehäuse, Temperatur, Aufstellungshöhe und Verdrahtung?	Montageanleitung des Herstellers

Genehmigen Sie keinen Ersatz nur deshalb, weil Spannungsbereich und Kontaktanzahl ähnlich erscheinen. Das Funktionsprinzip, die Phasenfunktionen, das Ausgangs-Zeitverhalten, die Klemmenbelegung und die Zulassungen können abweichen.

Inbetriebnahmeverfahren

Nur qualifiziertes Personal darf an unter Spannung stehenden elektrischen Anlagen arbeiten. Schalten Sie die Anlage spannungsfrei und stellen Sie die Spannungsfreiheit fest, bevor Sie die Verdrahtung ändern.

Modell bestätigen: Überprüfen Sie die vollständige Artikelnummer, den Messbereich, die Versorgungsart, die Phasenkonfiguration, den Ausgangskontakt und die vorgesehene Funktion.
Verdrahtung anhand des exakten Schaltplans prüfen: Bestätigen Sie die Messklemmen, die Hilfsspannung, die Anforderungen an den Neutralleiter, die COM/NC/NO-Belegung und den Schützspulenstromkreis.
Einstellungen protokollieren: Schwellenwerte, Hysterese, Anlaufverzögerung, Auslöseverzögerung, Rücksetzmodus und etwaige Speicherfunktionen dokumentieren.
Betriebszustand prüfen: Eine bekannte, zulässige Versorgungsspannung anlegen und LEDs, angezeigte Werte, den Zustand der Ausgangskontakte sowie das Verhalten der Schütze verifizieren.
Jeden erforderlichen Fehlerfall testen: Eine zugelassene Testmethode oder Quelle verwenden, um Unterspannung, Überspannung, Phasenausfall, falsche Phasenfolge oder Unsymmetrie zu simulieren. Keine unsicheren aktiven Fehler durch das Entfernen von Leitern unter Last erzeugen.
Ansprech- und Rückfallverhalten messen: Sicherstellen, dass die Auslösung und das Rücksetzen bei den vorgesehenen Werten und nach den vorgesehenen Verzögerungszeiten erfolgen.
Neustartverhalten überprüfen: Bestätigen, ob die Maschine nach der Spannungsrückkehr gestoppt bleibt, automatisch neu startet oder einen Bedienerbefehl erfordert.
Wiederherstellung und Dokumentation: Alle Testanschlüsse in den Normalzustand zurückversetzen, Verbindungen nach Möglichkeit sichern und die Ergebnisse für die Wartung aufzeichnen.

Fehlersuche bei einem Spannungsüberwachungsrelais

Symptom	Wahrscheinliche Ursache	Was ist zu prüfen?	Korrekturmaßnahme
Relais zeigt keine Anzeige	Fehlende Spannungsversorgung, falsches Spannungsmodell, durchgebrannte Steuersicherung oder falscher A1/A2-Anschluss	Versorgungsspannung an den spezifizierten Klemmen messen und mit dem Typenschild vergleichen	Korrekte Steuerspannungsversorgung wiederherstellen oder Modell/Verdrahtung korrigieren
Relais zeigt Betriebsbereitschaft an, aber das Schütz zieht nicht an	Falsches Schließer-/Öffner-Paar, unterbrochener Stopp-/Überlaststromkreis, falsche Spulenspannung oder unzureichende Ausgangsleistung	Spannung über COM und intakten Kontakt bis A1 verfolgen; A2-Rückleitung prüfen	Steuerstromkreis korrigieren; bei Bedarf Koppelrelais verwenden
Schütz fällt wiederholt ab	Spannung nahe dem Schwellenwert, zu geringe Hysterese, Verzögerung zu kurz, lose Verbindung oder instabile Versorgung	Alle Phasenspannungen und den Ausgangszustand über die Zeit aufzeichnen	Spannungsversorgung/Anschluss korrigieren oder Einstellungen innerhalb der Gerätegrenzen anpassen
Phasenfehler besteht weiterhin, obwohl die Verdrahtung korrekt erscheint	Falsche Phasenfolge, fehlender Neutralleiter bei einem Vierleiter-Modell, falsche Nennspannungsausführung oder rückgespeiste Motorspannung	Anschlussbelegung und gemessene Spannungen mit dem Funktionsdiagramm vergleichen	Phasenfolge/Modell/Verdrahtung korrigieren; Eignung der Phasenausfallerkennung überprüfen
Relais löst während eines Tests nicht aus	Falsche überwachte Anschlüsse, deaktivierte Funktion, Schwellenwert außerhalb des Testbereichs, zu lange Verzögerung oder Fehlinterpretation der Ausgangslogik	Tatsächlichen Messwert, Einstellungen, Zeitmodus und Kontaktzustand überprüfen	Korrekte Konfiguration und Wiederholung mit einer zugelassenen Prüfmethode
Last startet nach Spannungswiederkehr unerwartet neu	Automatischer Reset plus ein dauerhafter Schütz-Befehl	Relais-Reset-Modus sowie Selbsthalte-/Steuerungslogik überprüfen	Manuelle Wiedereinschaltung oder Verriegelungslogik gemäß Risikobeurteilung ergänzen
SPS-Alarm ist invertiert	Schließer-/Öffner-Eingang falsch gewählt oder SPS-Logik geht vom entgegengesetzten Ruhezustand aus	Eingang bei erregtem, nicht erregtem und spannungslosem Relais prüfen	Wählen Sie eine fehlersichere Kontaktlogik und aktualisieren Sie die SPS-Dokumentation.

Wenn das Relais für sich genommen korrekt arbeitet, die Anlage jedoch nicht reagiert, unterteilen Sie die Diagnose in Messeingang, Relaislogik, Ausgangskontakt, Schützspule, Hauptleistungskontakte, Überlastschutz und Last. Das Testen der gesamten Kette als ein Gerät verbirgt oft den tatsächlichen Fehler.

Häufig Gestellte Fragen

Was macht ein Spannungsüberwachungsrelais?

Es misst einen spezifizierten AC- oder DC-Spannungszustand und ändert einen Steuerausgang, wenn die konfigurierten Kriterien für den Normalbetrieb oder den Fehlerfall erfüllt sind. Je nach Modell kann es Unter-/Überspannung, Phasenausfall, Phasenfolge oder Asymmetrie überwachen.

Trennt ein Spannungsüberwachungsrelais die Last direkt?

Normalerweise nicht. Ein DIN-Schienen-Überwachungsrelais schaltet in der Regel einen potenzialfreien Steuerkontakt. Ein Schütz, ein Leistungsschalter-Auslösekreis, eine SPS oder ein anderes externes Gerät führt den eigentlichen Schaltvorgang aus. Direktes Schalten ist nur zulässig, wenn der spezifische Ausgangskontakt für diese Lastart ausgelegt und zugelassen ist.

Wie verdrahte ich die Klemmen 11, 12 und 14?

Gemäß der üblichen IEC-Konvention für Wechslerkontakte:, 11 ist COM, 12 ist NC und 14 ist NO. Andere Relais verwenden möglicherweise 15-16-18 oder eine andere Nummerierung. Überprüfen Sie vor dem Verdrahten das auf dem jeweiligen Gerät aufgedruckte Diagramm.

Sollte das Schütz den NO- oder NC-Relaiskontakt verwenden?

Dies hängt vom Funktionsprinzip des Relais und dem erforderlichen sicheren Zustand ab. Viele Ruhestrom-Schutzschaltungen verwenden den Kontakt, der nur geschlossen ist, während das Relais mit Strom versorgt wird und die Versorgung intakt ist, sodass ein Fehler oder ein Ausfall der Relaisspannung das Schütz abfallen lässt. Überprüfen Sie das Funktionsdiagramm, anstatt nur nach den Buchstaben zu entscheiden.

Wo sollten L1, L2 und L3 angeschlossen werden?

Schließen Sie diese an die entsprechend gekennzeichneten Messklemmen in der für das jeweilige Relais erforderlichen Phasenreihenfolge an. Ein Neutralleiter wird nur angeschlossen, wenn das Modell und der Schaltplan dies erfordern.

Was ist Hysterese bei einem Spannungsüberwachungsrelais?

Hysterese ist die Differenz zwischen dem Auslöse- und dem Rücksetzwert. Sie verhindert ein wiederholtes Schalten des Ausgangs, wenn die Spannung nahe an einem Schwellenwert schwankt.

Was ist der Unterschied zwischen Auslöseverzögerung und Anlaufverzögerung?

Die Auslöseverzögerung ist die Zeit, die ein erkannter Fehler anhalten muss, bevor der Ausgang schaltet. Die Anlaufverzögerung ist die Zeit nach dem Einschalten, bevor das Relais in seinen normalen Betriebszustand übergeht. Ein Produkt kann eine, beide oder unterschiedliche Verzögerungen für verschiedene Funktionen bieten.

Läuft ein Drehstrommotor nach einem Phasenausfall weiter?

Er kann aufgrund von Einphasenbetrieb und rückgespeister Spannung weiterlaufen, was jedoch zu schädlicher Stromunsymmetrie und Überhitzung führen kann. Ein Phasenüberwachungsrelais wird im Allgemeinen verwendet, um den Motor zu stoppen oder zu sperren, nicht um den Weiterbetrieb zu rechtfertigen.

Kann ich ein Spannungsüberwachungsrelais für eine Batterie oder ein Elektrofahrzeugsystem verwenden?

Ein entsprechend ausgelegtes DC-Relais kann die DC-Gesamtspannung für eine begrenzte Steuerungsfunktion überwachen. Es ersetzt kein BMS, Zellüberwachungssystem, EV-Steuergerät, Hochvolt-Interlock, Isolationswächter oder Sicherheitssystem, es sei denn, die Dokumentation deckt diese Funktion ausdrücklich ab.

Fazit

Ein Spannungsüberwachungsrelais ist am nützlichsten, wenn es als ein Glied in einer Steuerkette betrachtet wird. Es misst die Versorgungsspannung, wertet einen definierten Fehler aus und schaltet einen Steuerkontakt. Das externe Schütz, die SPS, der Alarm oder der zugelassene Auslösestromkreis reagieren dann auf diesen Ausgang.

Die erfolgreiche Auswahl hängt vom Verdrahtungssystem, dem Spannungsbereich, den überwachten Fehlern, der Ausgangslogik, der Kontaktbelastbarkeit, den Einstellungen, dem Rücksetzverhalten und dem modellspezifischen Anschlussplan ab. Gehen Sie nicht von festen 230 V oder 415 V aus und verwenden Sie ein Standard-DIN-Schienenrelais nicht für BMS-, EV-, Netzschutz- oder Sicherheitsfunktionen, für die es nicht ausgelegt ist.

Für eine dreiphasige Anwendung fahren Sie fort mit dem VIOX FCP18 Funktions- und Auswahlleitfaden oder überprüfen Sie die VIOX FCP18 Produktseite anhand der exakten Systemspannung, der Verdrahtungskonfiguration, der erforderlichen Fehlerfunktionen, der Verzögerung, der Ausgangsnutzung und der Dokumentation für den Zielmarkt.