Relais en optocouplers in toepassingen

Veilig en flexibel: relais van WAGO zijn geschikt voor gebruik in explosiegevaarlijke omgevingen van zone 2 en dekken daardoor een breed spectrum aan toepassingen af.

Explosiegevaarlijke omgevingen

In verschillende toepassingsgebieden, hetzij in de chemische industrie, de winning van olie of aardgas of in de voedingsmiddelenindustrie, ontstaan explosiegevaarlijke omgevingen. Deze explosiegevaarlijke omgevingen worden onderverdeeld in de zones 0, 1 en 2, afhankelijk van de frequentie en de duur van het optreden van gevaarlijke explosieve atmosferen. Relais van WAGO zijn geschikt voor gebruik in explosiegevaarlijke omgevingen van zone 2.

Voor het gebruik in explosiegevaarlijke omgevingen dienen de apparaten duidelijk gemarkeerd te zijn.

Om kosten te besparen, de producten echter toch in Ex-omgevingen te kunnen installeren, probeert de exploitant van de installatie toestellen met een toelating voor zone 2 te gebruiken.

Voor het gebruik in explosiegevaarlijke omgevingen is een zogenoemd certificaat van het typeonderzoek of een verklaring van de fabrikant vereist. Deze kan in de e-shop gedownload en aan de documentatie van uw installatie toegevoegd worden.

Zone 2

Bereik waarin een explosieve atmosfeer door een mengsel van brandbare stoffen in de vorm van gas, damp of nevel in combinatie met lucht tijdens normaal bedrijf niet waarschijnlijk is. Mocht een explosieve atmosfeer toch optreden, is dit slechts van korte duur.

Betrouwbaar schakelen ondanks interferenties: voor het inschakelen van relaismodules is de nominale spanning U_N vereist. Voor het bedrijf van de relaismodules daarentegen is een houdspanning met slechts 15 % van de nominale spanning voldoende. In standaard schakelcircuits werken alle relaismodules betrouwbaar. In schakelcircuits met lange, parallel geplaatste leidingen alsook in circuits met actieve 2-draads sensoren of met digitale AC-stuuruitgangen leidt een lage houdspanning echter vaak tot storingen. De modules kunnen in dit geval niet uitgeschakeld worden.

Dit effect treedt vaak op bij het opknappen van installaties c.q. bij de vervanging van oude "stroomintensieve" relaismodules door moderne "stroombesparende" relaismodules.

Wat zijn de oorzaken en hoe kunnen deze worden verholpen?

Lange en parallel geplaatste leidingen zijn capacitief aan elkaar gekoppeld. Als gevolg hiervan vindt een overdracht van energie aan de aangrenzende geleiders plaats. Actieve 2-draads sensoren zoals naderingsschakelaars of niveauschakelaars hebben over het algemeen een minimale continue stroom nodig, die er toe kan leiden dat de houdspanning van de besturingskabels van de relais niet onderschreden wordt. Hierdoor kan het relais echter niet correct geschakeld worden.

Voor deze toepassingen heeft WAGO speciale RC-basisbelastingsmodules ter bescherming tegen interferenties ontwikkeld en in de relaismodules geïntegreerd. Deze minimaliseren de ongewenste spanningen zonder grote verliezen en maken gedefinieerde schakelingen mogelijk.

Korte stroompieken - fatale gevolgen: moderne verlichtingsarmaturen met elektronische voorschakelapparaten (EVSA's) of LED-drivers bieden tal van voordelen. Deze moderne armaturen leveren flikkervij licht met een hoog rendement. Bij de planning van nieuwe verlichtingssystemen of de vervanging van oude verlichtingssystemen moet de inschakelstroom van de elektrische voorschakelapparaten (EVSA's) nauwkeurig in de gaten worden gehouden.

Een condensator in het ingangscircuit van verschillende elektronische voorschakelapparaten (EVSA's) en LED-drivers veroorzaakt bij het inschakelen een aanzienlijke stroompiek, die meer dan het tienvoudige van de nominale stroom kan bedragen. Hoewel deze stroom slechts enkele milliseconden aanwezig is, kan deze stroom tot een samenlassen van relaiscontacten leiden.

Met welke aspecten moet bij de planning van verlichtingssystemen rekening worden gehouden?

Bij de keuze van de relais moet rekening worden gehouden met de inschakelstroom. Standaard relais zijn hier vaak geen optie. Daarom heeft WAGO relaismodules ontwikkeld waarvan de contacten korte en hoge inschakelpieken veilig op kunnen vangen. Het contactmateriaal voorkomt hierbij betrouwbaar het verstrikt raken of samenlassen van de contacten.

Voor maximale inschakelpieken staan relaismodules met twee parallel werkende contacten ter beschikking. Het eerst schakelende contact, bestaande uit hoogvast wolfraam, vangt de stroompiek op. Het hierna schakelende contact, bestaande uit een goed geleidende zilverlegering, leidt de bedrijfsstroom.

Als alternatief voor de relais bevat het productportfolio van WAGO optocouplers en solid state relais voor toepassingen met capacitieve lasten. Speciale uitvoeringen met nulspanningsschakelaars reduceren de pieken tot een minimum.

Functionele veiligheid: om aan de van toepassing zijnde richtlijnen en voorschriften inzake de functionele veiligheid te voldoen, is onder andere het gebruik van bijzondere onderdelen voorgeschreven. Deze moeten aan strenge eisen voldoen. Bij relaismodules zijn bijvoorbeeld gedwongen contacten met minimaal één verbreekcontact en één maakcontact voorgeschreven. Deze moeten zodanig met elkaar zijn verbonden dat het verbreekcontact en het maakcontact niet tegelijkertijd gesloten of geopend kunnen zijn. Op deze wijze kunnen fouten als gevolg van niet openende contacten duidelijk worden herkend. Voor een veiligheidsrelevante beoordeling zijn alleen fouten door niet openende contacten en een falende isolatie van groot belang.

Schakeltechnisch kan een geopend maakcontact door een gesloten verbreekcontact worden herkend (herkennen van storingen). Dit geldt ook voor een gesloten maakcontact waarbij het verbreekcontact geopend is.

De eisen van de norm EN 50205 gelden in veiligheidsrelevante stroomcircuits vanzelfsprekend ook voor relais met wisselcontacten. Volgens de norm mag per wisselcontact alleen het verbreekcontact of het maakcontact worden gebruikt, en moeten de wisselcontacten gedwongen ten opzichte van elkaar worden geleid. Daarom mogen in veiligheidsrelevante stroomcircuits alleen relais met minimaal twee wisselcontacten worden gebruikt.

Het contactmateriaal geeft de doorslag: in enkele industriële bereiken, in chemische bedrijven en staalbedrijven alsook in afvalwaterbedrijven wordt dagelijks met agressieve gassen gewerkt. Een hoge concentratie schadelijke stoffen, een hoge luchtvochtigheid en hoge temperaturen hebben een negatieve invloed op de elektrische componenten. Dit zijn de toepassingsbereiken van de verschillende contactmaterialen:

AgNi - zilvernikkelcontact:

• Weerstandsbelastingen

• Zwak inductieve belastingen

• Voor gemiddelde en hogere schakelvermogens

AgSnO2 - zilvertinoxidecontact:

• Voor hoge schakelbelastingen, met name in netspanningstoepassingen met grote inschakelstromen

• Zeer geringe neiging tot samenlassen, goede brandwerendheid

• Geringe materiaalmigratie bij het schakelen van gelijkspanning

AgCdO - zilvercadmiumoxidecontact:

• Inductieve AC-belastingen

• Voor hoge schakelbelastingen, met name in netspanningstoepassingen

• Geringe neiging tot samenlassen, goede brandwerendheid

AgNi + Au - zilvernikkelcontact met hardverguldsel:

• Kleine belastingen

• Zeer corrossiebestendig; belangrijk materiaal voor een betrouwbaar contact bij lage schakelvermogens

Oppervlakken van zilverlegeringen neigen tot oxidatie en zodoende tot een stijgende contactweerstand. Bij het schakelen van grotere belastingen is dit geen probleem, omdat altijd kleine en reinigende vlambogen ontstaan. Bij kleinere belastingen is dit echter anders. Deze leveren te weinig energie om de oxidelaag thermisch op te breken en daardoor te reinigen. Het gevolg zijn storingen die met hardvergulde contacten kunnen worden voorkomen. Goud vormt geen oxidelaag en is ook onder barre externe omstandigheden uitermate resistent tegen corrosie.

Handmatig en elektrisch schakelen: het doelmatig schakelen van afzonderlijke stroomcircuits zonder bediening van de besturing heeft bij een aantal toepassingen duidelijke voordelen, bijvoorbeeld bij de inbedrijfstelling.

Bij complexe gebouwbesturingen kunnen afzonderlijke gebouwen onafhankelijk van de opbouw van de besturing gecontroleerd en in bedrijf gesteld worden. Hetzelfde geldt voor de inbedrijfstelling in industriële processen. Bij het opsporen van storingen of voor een beperkt handmatig bedrijf weten service en onderhoudstechniek de optionele handmatige bediening zeer te waarderen.

Bij de relaismodules met handmatige bediening biedt WAGO twee alternatieve varianten. De eerste variant is ontwikkeld voor de handmatige bediening aan de voorkant. Dit betekent, dat de contacten handmatig gesloten worden. In handmatig bedrijf zijn de modules begrensd tot ongeveer 100 schakelcycli. In automatisch bedrijf kunnen deze modules het normale aantal schakelcycli van de relais verwerken.

Bij de tweede variant met handmatige bediening wordt de relaisspoel elektrisch geschakeld. De bedrijfstoestand kan met behulp van een hand-0-automatische omschakelaar aan de voorkant worden ingesteld. Deze relaismodules kunnen het normale aantal schakelcycli zonder beperkingen verwerken.

Veelzijdig inzetbaar: in principe zijn de relaismodules met een breed ingangsbereik echte allrounders voor vrijwel alle toepassingen. De relaismodules voldoen, net als de standaard relaismodules van WAGO, aan alle eisen van de van toepassing zijnde normen en voorschriften.

Met slechts één relaisvariant kunnen vrijwel alle gebruikelijke spanningen worden afgedekt: hierdoor kunnen de opslag- en servicekosten aanzienlijk worden verlaagd.

Deze relaismodules zijn ontwikkeld voor gelijk- en wisselspanningen van 24 V tot 230 V, kunnen continue grensstromen tot maximaal 6 A schakelen en dat met hetzelfde aantal schakelcycli als de standaard varianten. De relaismodules zijn geschikt voor diverse toepassingsbereiken, bijvoorbeeld voor service en onderhoud.

Een module voor alle toepassingen

Voor de vervanging van een defecte module in geval van een storing hebben technici en onderhoudsspecialisten slechts één relaismodule voor alle spanningen nodig. Het prijzige op voorraad houden van relaismodules voor verschillende spanningsbereiken behoort hierdoor tot het verleden.

Het feit dat één module voor alle toepassingen gebruikt kan worden, betekent ook een optimalisering van de productie en van het voorraadbeheer voor gebruikers die kleine series voor de wereldmarkt produceren. Zij hebben immers ook slechts één relaismodule als wereldwijde standaard nodig. Voor een eenvoudig gebruik en een betrouwbare elektrische verbinding heeft WAGO de relaismodules uitgerust met de push-in CAGE CLAMP®-aansluittechniek.

Alle in spoorwegtoepassingen gebruikte onderdelen moeten betrouwbaar functioneren bij bedrijfsspanningen die tussen 70 % en 125 % van de nominale spanning liggen. Kortstondige pieken tot het 1,4-voudige van de nominale spanning mogen geen schade veroorzaken.

Afwijkingen van deze regels gelden alleen voor onderdelen die door gestabiliseerde spanningsvoorzieningen worden gevoed. Hier zijn schommelingen van ±10 % van de nominale spanning toegestaan – waarden die ook voor industriële toepassingen normaal zijn.

Bouwelementen zoals relaismodules worden in spoorwegtoepassingen (en afhankelijk van het toepassingsgebied) aan externe temperaturen van -40 °C tot +70 °C blootgesteld, omdat de schakelkasten gedeeltelijk in stalen behuizingen zonder airconditioning onder de passagiersruimte zijn aangebracht.

Afhankelijk van de plaats van montage en de warmteverhouding delen spoorwegmaatschappijen de toepassingsgebieden voor elektrische bouwelementen in vier temperatuurklassen in (van T1 tot TX). Jarenlange ervaring heeft aangetoond dat een groot aantal toepassingen in de klasse T3 valt, wat overeenkomt met een temperatuurbereik van -25 °C tot +70 °C. Alle relaismodules van WAGO voor spoorwegtoepassingen voldoen aan de hoogste klassen T3 of TX.

Met name bij spoorvoertuigen dienen de belastingen door trillingen en schokken niet onderschat te worden. De mechanische invloeden door het rijden worden beschreven in de norm EN 61373 "Spoorwegen en soortgelijk geleid vervoer - Uitrusting voor rollend materieel - Schok- en trilproeven".

De relaismodules van WAGO voldoen aan alle voorwaarden voor gebruik in spoorwegtoepassingen van de categorieën 1A t/m 1B. Dankzij de veerkrachtaansluiting bieden de relaismodules een hoge mate van bestendigheid tegen schokken en trillingen.

Duurzaam en slijtvast: WAGO heeft een breed assortiment aan optocoupler- en SSR-modules voor industriële toepassingen ontwikkeld. Bij alle optocouplermodules van WAGO zijn de optocouplers direct in de behuizing geïntegreerd. SSR-modules zijn vervangbare halfgeleiderrelais die PIN-compatibel zijn met standaard relais.

Er is een omvangrijk portfolio met varianten voor DC- en AC-spanningen beschikbaar. Deze zijn ontwikkeld voor nominale spanningsbereiken bij de ingang van 5 V tot 230 V en bij de uitgang van 3 V tot 280 V.

De geïntegreerde veiligheidsschakeling garandeert een duurzaam bedrijf in alle toepassingen. De modules schakelen belastingen met hoge in- en uitschakelpieken. Hierbij tellen gloeilampen met ohmse belasting en elektrische voorschakelapparaten (EVSA's) met capacitieve belasting tot de veroorzakers van hoge inschakelpieken en magneetkleppen met inductieve spoelen tot de veroorzakers van belastende uitschakelpieken.

Voor toepassingen met hoge schakelpieken heeft WAGO optocouplers en solid state relais met een nulspanningsschakelaar ontwikkeld. Deze reduceren de pieken tot een minimum.

Als interfacemodule tussen de perifere procesapparatuur en de besturings-, meld- en regelinrichtingen weten de optocouplers en de solid state relais (SSR) met diverse voordelen te overtuigen:

• Lange levensduur

• Geen mechanische slijtage

• Geen gekneusde contacten

• Korte schakeltijden

• Lage inschakelstroom

• Geruisloos

• Ongevoelig voor schokken en trillingen