Relais und Optokoppler in der Anwendung

Sicher und flexibel: Relais von WAGO eignen sich für den Einsatz in explosionsfähigen Atmosphären der Zone 2 und decken damit verschiedenste Anwendungsfälle ab.

Explosionsgefährdete Bereiche

In unterschiedlichen Anwendungsfällen, wie zum Beispiel in der chemischen Industrie, bei der Förderung von Erdöl oder Erdgas oder in der Nahrungsmittelindustrie, entstehen explosionsgefährdete Bereiche. Diese werden nach Häufigkeit und Dauer des Auftretens von gefährlichen explosionsfähigen Atmosphären in die Zonen 0, 1 und 2 unterteilt. Relais von WAGO eignen sich für den Einsatz in explosionsfähigen Atmosphären der Zone 2. Für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen ist eine Kennzeichnung der Geräte zwingend erforderlich.

Um Kosten zu sparen, die Produkte aber trotzdem im Ex-Bereich installieren zu können, versucht der Anlagenbetreiber, Geräte mit der Zulassung für Zone 2 einzusetzen.

Für den Einsatz in explosionsfähigen Bereichen ist eine sogenannte Baumusterprüfbescheinigung oder Herstellererklärung erforderlich. Diese können Sie sich im E-Shop herunterladen und in Ihre Anlagendokumentation einfügen.

Zone 2

Bereich, in dem bei Normalbetrieb nicht damit zu rechnen ist, dass explosionsfähige Atmosphäre als Mischung brennbarer Stoffe in Form von Gas, Dampf oder Nebel mit Luft auftritt. Wenn sie dennoch auftritt, dann nur kurzzeitig.

Trotz Einkopplungen zuverlässig schalten: Relaismodule benötigen zum Einschalten die Nennspannung UN. Für den Betrieb hingegen reicht die Haltespannung mit lediglich 15 % der Nennspannung aus. In Standardschaltkreisen arbeiten alle Relaismodule zuverlässig. In Schaltkreisen mit langen, parallel geführten Leitungen, in Kreisen mit aktiven 2-Leiter-Sensoren oder mit digitalen AC-Steuerungsausgängen führt eine niedrige Haltespannung jedoch oft zu Fehlfunktionen. Die Module schalten nicht mehr aus.

Kurze Stromspitzen – fatale Folgen: Mit elektronischen Vorschaltgeräten (EVG) oder LED-Treibern ausgestattete, moderne Leuchten bieten zahlreiche Vorteile. Sie erzeugen mit hohem Wirkungsgrad flackerfreies Licht. Bei der Planung von neuen und beim Austausch von alten Beleuchtungsanlagen muss der Einschaltstrom der EVG genau betrachtet werden.

Ein Kondensator im Eingangskreis vieler EVG und LED-Treiber verursacht beim Einschalten eine erhebliche Stromspitze, die weit über den hundertfachen Nennstrom hinausgehen kann. Auch wenn dieser Strom nur wenige Millisekunden ansteht, kann er zum Verschweißen der Relaiskontakte führen.

Welche Punkte sind bei der Planung von Beleuchtungsanlagen zu beachten?

Bei der Auswahl der Relais ist der Einschaltstrom zwingend zu berücksichtigen. Standardrelais stoßen hier schnell an ihre Grenzen. Für diese Anwendungen hat WAGO Relaismodule entwickelt, deren Kontakte kurze, hohe Einschaltspitzen sicher beherrschen. Das Kontaktmaterial verhindert dabei zuverlässig das Verhaken oder Verschweißen der Kontakte.

Für maximale Einschaltspitzen stehen Relaismodule mit zwei parallel arbeitenden Kontakten zur Verfügung. Der erstschaltende Kontakt, bestehend aus hochfestem Wolfram, fängt die Stromspitze ab. Der danach schaltende zweite Kontakt, bestehend aus gut leitendender Silberlegierung, leitet den Betriebsstrom.

Als Alternative zu den Relais hat WAGO für Einsatzfelder mit kapazitiven Lasten Optokoppler und Solid-State-Relais im Produktportfolio. Spezielle Ausführungen mit Nullspannungsschalter reduzieren die Spitzen auf ein Minimum.

Funktionale Sicherheit: Um den einschlägigen Richtlinien und Vorschriften nach funktionaler Sicherheit zu entsprechen, ist unter anderem der Einsatz von speziellen Bauteilen zwingend vorgeschrieben. Diese müssen strenge Auflagen erfüllen. Bei Relaismodulen sind etwa zwangsgeführte Kontakte mit mindestens einem Öffner und Schließer vorgeschrieben. Sie müssen mechanisch so verbunden sein, dass Öffner und Schließer nicht gleichzeitig geschlossen oder geöffnet sein können. So lassen sich Fehler durch Öffnungsversagen eindeutig erkennen. Nur Fehler durch Öffnungs- und Isolationsversagen sind für eine sicherheitsrelevante Betrachtung von Bedeutung.

Schaltungstechnisch lässt sich so ein geöffneter Schließer durch einen geschlossenen Öffner erkennen (Fehlererkennung). Gleiches gilt für einen geschlossenen Schließer, bei dem wiederum der Öffner geöffnet ist.

Die Forderungen der EN 50205 gelten in sicherheitsrelevanten Stromkreisen natürlich auch für Relais mit Wechslern. Sie schreibt hier vor, dass pro Wechsler nur der Öffner oder der Schließer verwendet werden darf und die Wechsler zueinander zwangsgeführt sein müssen. Daher dürfen in sicherheitsrelevanten Stromkreisen nur Relais mit mindestens zwei Wechslerkontakten verwendet werden.

Das Kontaktmaterial entscheidet: In einigen Bereichen der Industrie, in Chemie- und Stahlwerken sowie in Abwasserbetrieben gehören aggressive Gase zum Alltag. Eine höhere Schadstoffdichte sowie hohe Luftfeuchtigkeit und hohe Temperaturen beeinflussen die elektrischen Komponenten negativ. Das sind die Verwendungsbereiche für die verschiedenen Kontaktmaterialien:

AgNi - Silbernickelkontakt:

• Widerstandslasten

• Schwach induktive Lasten

• Für mittlere und höhere Schaltleistung

AgSnO₂ – Silberzinnoxidkontakt:

• Für hohe Schaltlasten, vor allem in Netzspannungsanwendungen bei großen Einschaltströmen

• Sehr geringe Schweißneigung, gute Abbrandfestigkeit

• Geringe Materialwanderung beim Schalten von Gleichspannung

Manuell und elektrisch schalten: Einzelne Stromkreise ganz gezielt zu schalten, ohne die Steuerung zu betätigen, hat in einer Reihe von Anwendungen handfeste Vorteile, beispielsweise bei der Inbetriebnahme.

Bei komplexen Gebäudesteuerungen lassen sich so einzelne Gewerke unabhängig vom Aufbau der Steuerung prüfen und in Betrieb nehmen. Gleiches gilt für die Inbetriebnahme in industriellen Prozessen. Bei der Fehlersuche oder um einen eingeschränkten, manuellen Betrieb zu gewährleisten, schätzen Service und Wartungstechnik die Option der Handbetätigung.

Mechanische oder elektrische Handbedienung? WAGO bietet zwei Alternativen bei den Relaismodulen mit Handbedienung. Variante eins ist für die frontseitige, manuelle Bedienung konzipiert, das heißt, die Kontakte werden rein manuell geschlossen. Im manuellen Betrieb sind die Module auf ungefähr 100 Schaltspiele begrenzt. Im Automatikbetrieb absolvieren diese Module die üblichen Schaltspiele der Relais.

Bei der zweiten Variante mit Handbedienung wird die Relaisspule elektrisch geschaltet. Frontseitig lässt sich der Betriebszustand über einen Hand-0-Automatik-Umschalter einstellen. Diese Relaismodule absolvieren die üblichen Schaltspiele der Relais ohne Einschränkungen.

Vielfältig einsetzbar: Im Prinzip sind die Relaismodule mit Weitbereichseingang ideale Alleskönner, die für alle Anwendungen bestens geeignet sind. Sie erfüllen genau wie die WAGO Standardrelaismodule alle einschlägigen Normen und Vorschriften.

Mit einer einzigen Relaisvariante können nahezu alle gängigen Spannungen abgedeckt werden: Dadurch lassen sich Lagerhaltungs- sowie Servicekosten deutlich reduzieren.

So müssen alle in den Bahnanwendungen eingesetzten Bauteile zuverlässig bei Betriebsspannungen, die zwischen 70 % und 125 % der Nennspannung liegen, arbeiten. Kurzzeitige Spitzen bis zum 1,4-Fachen der Nennspannung dürfen keine Schäden verursachen.

Abweichungen von diesen Regeln gelten nur für Bauteile, die von stabilisierten Spannungsversorgungen gespeist werden. Hier sind Schwankungen ±10 % der Nennspannung zulässig – Werte, die auch für Industrieanwendungen üblich sind.

Stecksockel mit Kleinschaltrelais oder Solid-State-Relais

Stecksockel mit Industrierelais

Reihenklemmen mit Kleinschaltrelais oder Optokoppler

Stecksockel mit Kleinschaltrelais