Relais Zu hoher Einschaltstrom? Trafoschaltrelais bieten Abhilfe!

Anbieter zum Thema

ACTRON AG

RECOM Power GmbH

SCHURTER AG

Trafoschaltrelais gibt es schon seit über 25 Jahren. Sie sorgen für sicheres Einschalten sowie für robuste und sehr langlebige Geräte. In diesem Beitrag erklären wir, wie der Einschaltstromstoß mit einem Trafoschaltrelais begrenzt werden kann.

Wenn beim Einschalten von Transformatoren und Schaltnetzteilen Sicherungen auslösen oder es zu Spannungseinbrüchen kommt, liegt das am Einschaltstrom, der kurzfristig ein Vielfaches des normalen Betriebsstroms erreichen kann. Dieser Artikel thematisiert die Herausforderungen des Einschaltstroms und warum Trafoschaltrelais als Lösung dienen können.

Transformatoren sind unverzichtbare Komponenten in zahlreichen Anwendungen, von der Stromversorgung in Haushalten oder medizinischen Räumen, bis hin zu industriellen Anlagen. Doch der hohe Einschaltstrom, der bei jedem Einschaltvorgang entsteht, stellt immer wieder ein erhebliches Problem dar. Dieser Einschaltstrom, der durch die Magnetisierung des Transformatorkerns verursacht wird, kann bis zu 20-mal höher sein als der Nennstrom und führt häufig zum Auslösen der Gerätesicherung oder zu Schäden an Schaltgeräten.

Bildergalerie

Bildergalerie mit 5 Bildern

Bild 1 zeigt, wie sich Netzspannung (gelb) und Strom (blau) beim Einschalten eines Paketkerntrafos verhalten. Der Transformator geht in Sättigung, es entsteht ein hoher Einschaltstromstoß und die Sicherung löst aus.

Trafoschaltrelais (kurz TSR) sind speziell für diesen Fall entwickelte Geräte und sorgen dafür, dass der Einschaltstrom nicht nur begrenzt, sondern komplett vermieden wird. Ein Trafoschaltrelais schützt nicht nur den Transformator sondern das ganze Gerät.

Technische Grundlagen: Wie funktioniert ein Trafoschaltrelais?

Das Trafoschaltrelais magnetisiert den Transformator vor und schaltet dann belastete und unbelastete Transformatoren ohne Einschaltstromstoß ein. Bild 2 zeigt das Verhalten desselben Transformators, wenn ein Trafoschaltrelais verwendet wird. Man erkennt, dass es zu keinem Einschaltstromstoß kommt.

Nicht nur beim Einschalten verursacht ein Transformator einen großen Einschaltstromstoß, sondern auch Netzschwankungen bzw. das Fehlen einer Halbwelle im Netz führen zu gravierenden Ausfällen. Wenn der Transformator zwei gleiche Halbwellen nacheinander erfährt, kann es aufgrund von Kernsättigung zu so hohen Strömen kommen, dass die Sicherung auslöst.

Solche Netzausfälle von einigen Millisekunden kommen immer einmal wieder vor. Das ist der Grund, warum Medizingeräte nach der Norm EN 6100-4-11 auf den Ausfall einer Halbwelle geprüft werden.

Bild 3 zeigt einen Halbwellenausfall. Die positive Halbwelle fällt in diesem Beispiel aus und die darauffolgende Halbwelle bricht durch den Stromstoß des Trafos komplett ein. In solch einem Fall verschafft das Trafoschaltrelais mit seiner Halbwellenausfallerkennung und dem schnellen Wiedereinschalten Abhilfe.

Das Trafoschaltrelais erkennt dabei den Halbwellenausfall, schaltet seinen Ausgang ab und schaltet die Netzspannung im richtigen Moment wieder zu. Das sorgt dafür, dass es zu keinem erhöhten Strom kommt.

Der große Vorteil der Trafoschaltrelais gegenüber normalen Einschaltstrombegrenzern ist zum einen die Halbwellenausfallerkennung und zum anderen, dass ein Transformator mit einem Trafoschaltrelais beliebig oft ein- und ausgeschaltet werden kann, ohne dass eine gewisse Pause nach dem Schalten eingehalten werden muss. (Ringkerntransformatoren können beliebig oft hintereinander eingeschaltet werden, bei Paketkerntransformatoren sollte nach 25-maligem Schalten eine Pause von 60 s gemacht werden.)

Technische Spezifikationen und Anwendungen

Trafoschaltrelais sind für einen Spannungsbereich 80 bis 510 V und Stromstärken von 16 oder 32 A ausgelegt; mit externem Halbleiterrelais sind noch höhere Ströme möglich. Die Schaltrelais gibt es auf einer Platine zum Einbau, im Gehäuse für Wandmontage oder Gehäuse mit Normschienenhalterung. Die Trafoschaltrelais lassen sich über einen Steuereingang für den Schließerkontakt oder mit der Steuerspannung einschalten.

Einsatzgebiete für TSR finden sich überall dort, wo erhöhte Einschaltströme auftreten. Anwendungsbereiche erstrecken sich von der Medizintechnik über Hausinstallationen, Industrieanwendungen oder Ampelsteuerungen bis zu Heizungen für Sessellifte.

Auch bei Anwendungen mit Schaltnetzteilen sorgt die Option „mit Andimmen“ dafür, dass der Kondensator des Schaltnetzteils schon vorab geladen wird und so der hohe Einschaltstrom auf jeden Fall vermieden wird. Für spezielle Anwendungsfälle gibt es kundenspezifisch angepasste Lösungen.

Oftmals wird ein hoher Einschaltstrom gar nicht wahrgenommen, da die Sicherung nicht immer auslöst. Mit der Zeit werden jedoch Sicherung oder Schalter sukzessive beschädigt und irgendwann komplett zerstört. Ein TSR sorgt also auch für eine längere Gerätenutzungsdauer. (kr)

* Manuel Beha arbeitet beim Technischen Service TSR bei FSM.

(ID:50337775)