Eine zuverlässige Definition eines Relais lautet: „eine Kombination aus Überwachungs- und Messgeräten“. Ein Relais wird durch eine Veränderung der Bedingungen in einem elektrischen Stromkreis (dem Steuerkreis) betätigt, um den Betrieb elektrischer Geräte im selben oder in einem anderen elektrischen Stromkreis (dem Lastkreis) zu beeinflussen.

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Was ist ein Koppelrelais?

Ein Koppelrelais ist schlicht ein Hilfsrelais, das hauptsächlich in Steuerungs- und Instrumentierungsschaltungen eingesetzt wird, um zwei unterschiedliche Stromkreise oder Geräte miteinander zu verbinden, zu isolieren oder voneinander zu trennen. Zu den Relaiskomponenten gehört eine Spule, die von einer Gleichstromquelle erregt wird und die Relaiskontakte (Schließer oder Öffner) betätigt, um einen weiteren Stromkreis auszulösen.

Es ist wichtig zu wissen, dass sich Koppelrelais von Schutz- und Steuerrelais unterscheiden, da jedes von ihnen in Energie- und Steuerungssystemen unterschiedliche Funktionen und Aufgaben erfüllt. Die Hauptfunktion des Schutzrelais besteht darin, die Versorgung vor Unterbrechungen zu schützen oder Schäden an Geräten zu verhindern. Ein Steuerrelais übernimmt logische Aufgaben und wird in modernen Steuerungssystemen häufig durch eine SPS ersetzt.

 

Abbildung 1. Front- und Seitenansicht des ABB-RXMM-1-Relais mit 2 Spulen, jeweils mit 3 Schließerkontakten und einer Nennspannung von 48–55 VDC, für Anwendungen, bei denen wenige Kontakte benötigt werden.

 

Koppelrelais können mit unterschiedlichen Spannungen erregt werden, und ebenso können die verschiedenen Kontakte für unterschiedliche Spannungsebenen verwendet werden. Ingenieure können vielseitige und sichere Schaltungen und Logiken zur Steuerung und zum Betrieb elektrischer Geräte entwickeln. Die wichtigsten Parameter, die bei der Auswahl von Koppelrelais für den Zielstromkreis berücksichtigt werden müssen, sind:

• Die Spannung, die zur Erregung der Spule verwendet wird, muss auf die Spannung des Steuerkreises abgestimmt sein: 24/50/230 VDC oder 115/230 VAC.
• Die Anzahl sowie die Strom- und Spannungsnennwerte der Koppelrelais-Kontakte müssen mindestens den Anforderungen des Lastkreises entsprechen.

   

Abbildung 2. ABB-RXME-1-Relais mit einer Gleichspannungsnennspannung von 220–250 V und 4 Hochleistungskontakten: 2 Schließer und 2 Öffner.

 

Wie werden sie mit DI und DO eingesetzt?

In einem Kraftwerk umfasst die Datenerfassung drei Datentypen: analoge, diskrete und Impulsdaten. In SCADA-/DCS-Systemen werden die Feldsignale häufig in Rangierverteilern aufgelegt, um die Kraftwerksausrüstung zu steuern und zu überwachen und Zustände wie Ein/Aus eines Grenzschalters, Start/Stopp, Rückmeldungen, Pumpen, Trennschalter, Leistungsschalter oder die Positionen eines Stufenstellers zu melden.

Anzeigen sind lokal mit der Digitaleingangskarte im Terminal (RTU) verbunden. Die Meldung eines neuen Status einer Anzeige erfolgt, wenn eine der folgenden Bedingungen erfüllt ist:

1. Der Status der Anzeige hat sich geändert, beispielsweise wenn ein Leistungsschalter von offen auf geschlossen wechselt.
2. Die Anzeige wurde aktiviert.
3. Kaltstart oder Warmstart der RTU/SPS/des Controllers.

 

Eine weitere Art von Informationen, die vom Leitsystem an ein Terminal übertragen werden, sind Befehle. Die Befehlsausgänge des Terminals dienen dazu, ein Objekt in der lokalen Anlage oder die Fernsteuerungsausrüstung direkt oder über Zwischenrelais zu steuern.

Bei diesen Spannungen in Signalrangierverteilern wird deutlich, wie die Isolation zwischen zwei Spannungsebenen funktioniert. Nehmen wir an, wir müssen ein Gerät betreiben, das 120 VAC benötigt, die SPS jedoch nur 24 VDC ausgeben kann. In diesem Fall wird die Spule des Koppelrelais mit 24 VDC erregt. Dadurch schalten die Relaiskontakte (schließen) und führen die 120 VAC zum Betrieb des Geräts. Einfach ausgedrückt: Wir verwenden eine niedrige Spannung, um Hochspannungsgeräte zu steuern.

In diesem Szenario bietet das Koppelrelais außerdem einen gewissen Schutz für die teure SPS vor Spannungsspitzen von der anderen Seite. Im schlimmsten Fall könnte das Relais durch die Überspannung beschädigt werden; in diesem Fall muss es lediglich ersetzt werden.

 

Abbildung 3. Phoenix-Koppelrelais 220 VAC/DC mit einem einzelnen Schließerkontakt.

 

Der Schaltplan in Abbildung 4 zeigt, wie ein Koppelrelais zwischen zwei Stromkreisen mit unterschiedlichen Spannungsebenen eingesetzt wird, um den Status des Spannungsregelungsmodus „Automatik/Manuell“ an die Digitaleingangskarte des Controllers zu senden. Der Stromkreis auf der rechten Seite arbeitet mit 230 VDC, um die Relaisspule zu erregen. Wenn die Relaisspule erregt wird, schließt sich ihr Schließerkontakt, und der 48-VDC-Stromkreis wird über den Relaiskontakt geführt, sodass der DI-Kanal auf der linken Seite auf High gesetzt wird.

 

Abbildung 4. Fest verdrahteter Schaltplan: Das Koppelrelais wird verwendet, um den Modus der „Spannungsregelung Automatik/Manuell“ an SCADA zu melden

 

Vorteile von Koppelrelais

1. Wie oben beschrieben, verbinden Koppelrelais zwei Systeme, die mit unterschiedlichen Spannungsebenen arbeiten. Dadurch kann die Seite des Steuerungssystems geschützt werden, wenn die andere Seite durch einen Kurzschluss beschädigt wird.
2. Sie eignen sich für die Verriegelung, den Schutz und die Isolation industrieller Steuerungssysteme mit einer Vielzahl von Nennwerten und Kontaktspezifikationen.
3. Sie sind die wirtschaftlichste und sicherste Schnittstelle zwischen Niederspannungs-Steuerungskomponenten und Hochspannungs-Betriebsgeräten wie Pumpenmotoren.
4. Die Spule des Koppelrelais kann mit Niederspannung erregt werden, während die Relaiskontakte für Stromkreise mit hoher Spannung und hoher Stromstärke verwendet werden können.
5. Sie sorgen für eine Isolation der Stromkreise gegenüber Spannungsspitzen.
6. Ein einzelnes Relais kann mehrere Stromkreise oder andere Relais steuern, indem mehrere Schließer-/Öffnerkontakte in verschiedenen Stromkreisen betätigt werden.

 

Zusammenfassung

Die Aufgabe von Koppelrelais im Steuerkreis besteht darin, zwei Stromkreise mit unterschiedlichen Spannungsebenen miteinander zu verbinden und so Kompatibilität und Isolation sicherzustellen. Aus Sicherheitsgründen verhindern Koppelrelais Schäden an empfindlichen Komponenten, indem sie höhere Lasten schalten. Zu den typischen Anwendungen von Koppelrelais gehören Verriegelung, Schutz, Statusmeldungen und der Betrieb von Geräten über Befehle.

Die Auswahlparameter für den Ingenieur sind Spannungsnennwerte, Kontaktkonfigurationen und Umgebungsbedingungen, damit für jede Anwendung das passende Relais ausgewählt werden kann.

 

Alle verwendeten Bilder wurden mit freundlicher Genehmigung des Autors bereitgestellt