Gekapselte Standard-Relais Explosionssicher: Relais für Wärmepumpen und Heizkessel

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Strengere Vorschriften für Anwendungen wie die Kühlung von Industrie- sowie Verbrauchergeräten haben zur Folge, dass auch die zugehörigen Mess- und Steuergeräte und die darin enthaltenen Komponenten neuen Anwendungen und Vorschriften unterliegen. So müssen explosionssichere Relais eingesetzt werden. Ein Überblick zu den Normen.

Kältemittel sind Arbeitsmittel, die im Kältekreislauf von Klimaanlagen und Wärmepumpen verwendet werden, wo sie in den meisten Fällen einen wiederholten Phasenübergang von einer Flüssigkeit zu einem Gas und wieder zurück durchlaufen. Sie sind aufgrund ihrer Toxizität, ihrer Entflammbarkeit und ihres Beitrags zum Ozonabbau (FCKW und HFCKW) bzw. zum Klimawandel (HFCKW) stark reguliert.

Neue, umweltfreundlichere Varianten mit niedrigem Ozonabbaupotenzial (ODP) und geringem Treibhauspotenzial (GWP) bringen allerdings andere Gefahren mit sich. Kältemittel mit niedrigem GWP sind leicht entflammbar, weshalb eine gasexplosionssichere Konstruktion vorgeschrieben ist.

ATEX-zugelassene Komponenten sind eine gute Lösung, um die Konstruktion zu vereinfachen und die Sicherheitsvorschriften für Kühlanlagen, Verkaufsautomaten und Wärmepumpen zu erfüllen.

Das Problem mit den Wärmepumpen

Die Europäische Union will die derzeitige Anzahl von Wärmepumpen verdoppeln, was zu einer Zahl von zehn Millionen Einheiten in den nächsten fünf Jahren führen würde. REPowerEU erweitert diese Ambitionen und erhöht den Zeitplan auf zwanzig Millionen installierte Wärmepumpen bis 2026 und fast sechzig Millionen bis 2030.

Werden diese Ziele erreicht, wird der Verbrauch fossiler Brennstoffe stark zurückgehen, die Verwendung potenziell schädlicher Kältemittel jedoch stark zunehmen. Das bedingt den Übergang zu einer explosionssicheren Bauweise für alle Arten von Wärmepumpen und Kälteanlagen mit brennbaren Gasen.

Normen für die Sicherheit in Wärmepumpen

Die Norm der American Society of Heating, Refrigerating and Air-conditioning Engineering (ASHRAE) klassifiziert Kältemittel nach ihrer Gefährlichkeit, basierend auf Toxizität und Entflammbarkeit. Gängige umweltfreundliche Kältemittel wie R290 (Propan), R1270 (Propen) und R600a (Isobutan) weisen einen ODP-Wert von Null und ein niedriges Treibhauspotenzial (GWP) auf.

Sie sind jedoch nach der Norm A3 eingestuft, d. h. leicht entzündlich. Dies bedeutet, dass für die Komponenten, die bei der Konstruktion von Wärmepumpen, Klimaanlagen und Kühlsystemen verwendet werden, neue Lösungen erforderlich sind.

Hochentzündliche Wasserstoffheizkessel forden Ex-Komponenten

Diese Überlegungen gelten in noch stärkerem Maße für hochentzündliche Wasserstoffheizkessel.

Eine explosionsfähige Atmosphäre liegt vor, wenn sich ein Gemisch aus Luft, Gasen, Dämpfen, Nebeln oder Stäuben in einer Weise verbindet, die sich unter bestimmten Betriebsbedingungen entzünden kann. In ganz Europa umfassen die Geräte und Schutzsysteme zur Verwendung in explosionsgefährdeten Bereichen (ATEX) eine Reihe von Produkten, darunter solche, die unter anderem auf festen Offshore-Plattformen, in petrochemischen Anlagen, in Bergwerken und in Getreidemühlen eingesetzt werden.

Ex-Relais für Wärmepumpen und Wasserstoffheizkessel

Explosionsgeschützte Relais, Schalter und ähnliche Geräte fallen unter die Bestimmungen der IEC60335-2-40 „Besondere Anforderungen für elektrische Wärmepumpen“. Bei Klimageräten und Luftentfeuchtern erweitern die Vorschriften der IEC 60730 / UL508 die Einsatzmöglichkeiten für brennbare Kältemittel wie R290.

In der Praxis gelten spezifische Vorschriften für unterschiedliche Anwendungen, von Transportkühlschränken über Kältemaschinen und Klimaanlagen bis hin zu Wärmepumpen und Wasserstoffheizkesseln. Dies wiederum macht es notwendig, neue Lösungen zu entwickeln, die Schutz bieten und gleichzeitig den Bedürfnissen des Marktes entsprechen.

Gekapselte Standardrelais werden explosionssicher

Zu den ersten Erfolgen gehören die Zertifizierungen von geschlossenen und offenen Relais, die bereits die Zulassung nach VDE IEC60079-15 erhalten haben. Ein Beispiel: Omrons G5NB ist ein 1-poliges Miniaturrelais für 5 bzw.7 A und 10kV-Stoßspannungsfestigkeit. Sein hocheffizienter Magnetkreis sorgt für eine hohe Empfindlichkeit von 200 mW. Dieses Standardmodell genügt den Normen von UL, CSA und VDE und erfüllt die Anforderungen der verstärkten Isolierung nach EN61010.

Das Miniatur-Leistungsrelais G5Q ist ein einpoliges Bauteil mit 10 A Schaltleistung für zahlreiche Lasten. Trotz seiner kleinen Größe bietet es eine Stoßspannung von 8 kV (zwischen Spule und Kontakten).

Das G2RL ist ein flaches Leiterplatten-Leistungsrelais mit einer Höhe von 15,7 mm, das für für den Einbau in Miniaturgeräte konzipiert ist. Das Portfolio umfasst eine große Auswahl an einpoligen, zweipoligen, hochleistungsfähigen (16 A) und hochempfindlichen (250 mW) Relais. Die Serie ist für Umgebungstemperatur von 85°C und 105°C ausgelegt. Die Luft- und Kriechstrecken sind mit je 8 mm angegeben.

Der niedrige Stromverbrauch der Modelle G5NB und G5Q sorgt für eine geringere Wärmeentwicklung. Die Relais können in zahlreichen Verbrauchern, kommerziellen und industriellen Anwendungen als explosionsgeschützte Relais, glühdrahtfeste Relais und Hochstromrelais eingesetzt werden.

Die Relais G5NB, G5Q und G2RL sind für den Einsatz in zunehmend risikoreichen Situationen mit gefährlichen Kraftstoffen und Kältemitteln zugelassen. Die VDE-Explosionsschutzprüfung nach IEC/EN60079-15 ist sowohl für abgedichtete als auch für nicht abgedichtete Geräte vorgesehen. Weitere Zulassungen für Motorlasten sind in Vorbereitung. Zusätzliche Zulassungen umfassen VDE Glühdraht EN60335-1(-HA Modell) und IEC/EN61810-1 sowie UL/CSA konform.

Miniaturrelais kommen ins Spiel

Neben den gekapselten Standard-Relais bieten Leistungsrelais wie das G6RN eine Schaltleistung von 8 A/250 V AC bei einer Bauhöhe von 15 mm. Es zeichnet sich außerdem durch eine hohe Empfindlichkeit mit 220 mW Leistungsaufnahme, eine hohe Isolation mit einem Isolationsabstand von 8 mm und eine Stoßspannung von 10 kV zwischen Spule und Kontakten aus.

Es ist für Betriebsumgebungstemperaturen von 85°C ausgelegt und entspricht in der Standardausführung den VDE-Normen. Diese in der Entwicklung befindliche Relaisfamilie wird ein nicht abgedichtetes Modell -EL1 und sein abgedichtetes Gegenstück -EL2 umfassen. Beide werden nach den Normen IEC/EN60079-15 (Explosionsschutz) und EN60335-1 (Glühdraht) zugelassen.

Gekapselte Mikroschalter

Neue Versionen von Ultra-Subminiatur-Basisschaltern, die nach IP67 abgedichtet sind, werden sich auch als ideal für den sicheren Betrieb in der Nähe von hochentzündlichen Flüssigkeiten erweisen. Die Modelle mit Gleitkontaktkonstruktion haben einen langen Hub und bieten eine hohe Zuverlässigkeit sowie eine hohe Isolationsleistung.

Die versiegelten Mikroschalter sind je nach Größe für Signalströme bis zu 5 A erhältlich, und alle Modelle können mit umspritzten Kabeln geliefert werden. (kr)

* Samira Amani ist Strategic Marketing Manager Automation bei Omron Electronic Components Europe B.V in Hoofddoorp / NL.

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