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Relais Leistungsrelais im Haushalt und in der Gebäudeleittechnik

| Autor / Redakteur: Roland Kehrberger * / Kristin Rinortner

Mit bistabilen Relais lässt sich Energie sparen. Die Anforderungen insbesondere in der Gebäudeleittechnik haben sich in den vergangen Jahren jedoch gewandelt. Wir beschreiben, was man hier beachten sollte.

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Leistungsrelais-Anwendungen: Welche Vorteile bistabile Relais bieten
Leistungsrelais-Anwendungen: Welche Vorteile bistabile Relais bieten
(Bild: Panasonic)

Die klassische Glühlampe wird wegen ihres hohen Energieverbrauches bald ganz vom Markt verschwunden sein. Mit den alternativen Sparlampen, Leuchtstofflampen, LED-Lampen entstehen nun andere (strengere) Anforderungen an die Relaiskontakte, welche teilweise solche Lasten schalten müssen. Eine weitere Herausforderung in der Gebäudeleittechnik an die Relaishersteller ist die Minimierung der Verlustleistung des Relaisantriebs, also der Relaisspule.

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Eine Möglichkeit Energie zu sparen ist der Einsatz von bistabilen Relais anstelle von klassischen monostabilen Relais. Panasonic Electric Works baut schon seit ca. 40 Jahren gepolte bistabile Relais. Jedoch haben sich die Anforderungen in dieser Zeit gewaltig geändert. Dieser Artikel soll dazu beitragen, ein besseres Verständnis von bistabilen Relais zu vermitteln sowie deren Nutzen für Mensch und Umwelt aufzuzeigen. Des Weiteren sollen generelle Erfahrungen mit Relais in der Gebäudeleittechnik vermittelt werden.

Lasten für Relais in der Gebäudeleittechnik

Der Einschaltstrom klassischer Glühlampen beträgt das 5 bis 15-fache des Nennstromes (im ms Bereich). Dies „konnte“ recht gut mit hohen Kontaktkräften und mit geeigneten Kontaktwerkstoffen (z.B. AgSnO2) der Relaiskontakte bewerkstelligt werden. Silber-Zinnoxid-Kontakte (AgSnO2) werden heute generell gerne bei Leistungsrelais verwendet, da AgSnO2 einen geringen Übergangswiderstand hat, gute Abbrandeigenschaften aufweist und umweltgerecht ist. Bei elektronischen Vorschaltgeräten, bei LED- oder Sparlampen entsteht jedoch durch den Eingangskondensator ein sehr viel höherer Strom als bei Glühlampen (mehrere 100 A im µs Bereich).

Einschaltstrom durch NTC-Widerstand begrenzen

Im einfachsten Fall wird der Einschaltstrom über einen NTC-Widerstand (Heißleiter) in Serie zur Last begrenzt. Nachteilig ist hierbei, dass der Heißleiter immer Verluste bei eingeschalteter Last verursacht (selbst, wenn es nur ein paar Milliohm sind) und ein Problem entsteht, wenn man die Last abschaltet und gleich wieder einschaltet. Das Schwierigkeit liegt darin, dass der NTC-Widerstand erst einige Sekunden zum Abkühlen benötigt, bevor er wieder hochohmig ist. Dadurch ist beim sofortigen erneuten Einschalten keine Strombegrenzung vorhanden.

Hohe Einschaltströme mit Spezialrelais schalten

Müssen mehrere hundert Ampere (im µs Bereich) vom Relais eingeschaltet werden, funktioniert das mit „Spezialrelais“. Hierzu eignet sich z.B. das DJ Relais mit einem Wolfram-Vorlauf-Kontakt. Nach außen besitzt dieses Relais nur einen Schließerkontakt (1a), intern sind jedoch zwei Kontakte vorhanden. Ein Kontakt besteht dabei aus Wolfram und schließt vor dem Hauptkontakt, der aus AgSnO2 besteht.

Wolfram hat einen hohen Schmelzpunkt von 3422°C. Durch eine spezielle Konstruktion ist sichergestellt, dass der Wolframkontakt zuerst schließt und somit den ersten Stromstoß schaltet. Kurz danach schließt der Silber-Zinnoxid-Kontakt und sorgt für einen niedrigen Übergangswiderstand, weil Wolfram einen schlechteren spezifischen Widerstand aufweist. Mit solchen Relais können Einschaltströme bis zu 600 A/50 µs sicher geschaltet werden. Das dürfte auch für große Halogenlampen ausreichend sein, die kurze Zeit eine elektronische Last schalten müssen und dadurch einen Kondensator aufladen.

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