Was ist ein elektronischer Schutzschalter?

Definition und Grundlagen von elektronischen Relais
Definition: Ein elektronisches Relais ist ein elektronischer Schalter, der mit Hilfe von elektronischen Bauteilen arbeitet, um Schaltkreiskontakte zu öffnen oder zu schließen, ohne dass mechanische Bewegung erforderlich ist. In elektrischen Systemen wird das Stromübertragungs-Sicherheitskonzept häufig in diesen Relais für den Schutz von Übertragungsleitungen eingesetzt. Dieser Ansatz ermöglicht eine effiziente und präzise Fehlererkennung und gewährleistet die Sicherheit und Zuverlässigkeit des Stromnetzes.
Elektronische Relais verwenden elektronische Ventile als ihre Messgeräte, die eine entscheidende Rolle bei der Überwachung elektrischer Parameter spielen. Es gibt zwei grundlegende Konfigurationen von elektronischen Relais, wie unten dargestellt. Eine Konfiguration basiert auf einem Amplitudenvergleicher, während die andere auf einem Phasenvergleicher beruht. Jede Anordnung hat ihre eigenen Vorteile und ist so gestaltet, um verschiedenen Schutzanforderungen in elektrischen Systemen gerecht zu werden.
Amplitudenvergleichs-Elektronisches Relais
Die Darstellung des Amplitudenvergleichs-Elektronischen Relais ist unten gezeigt. Dieses Relais empfängt zwei Wechselstrom (AC) Eingangsgrößen. Diese Größen werden zunächst verglichen und dann über einen Gleichrichterbrückenschaltkreis umgeformt. Der AC-Eingang wird an die Steuerungsgitter des Brückenschaltkreises angelegt, der die elektrischen Signale verarbeitet. Das Relais, das in Serie mit dem Brückenschaltkreis verbunden ist, aktiviert sich, wenn die Größe einer Eingangsgröße die der anderen überschreitet. Dieses Prinzip ermöglicht es dem Relais, schnell auf Veränderungen der elektrischen Amplituden zu reagieren, was es zu einem effektiven Komponenten für Fehlererkennung und Schutz des Schaltkreises macht.

Funktionsweise des Elektronischen Phasenvergleichs-Relais
Bei einem elektronischen Phasenvergleichs-Relais werden die beiden Wechselstrom (AC) Größen auf eine spezielle Weise verarbeitet. Eine AC-Größe wird in das Steuerungsgitter des Elektronenrohres eingespeist, während die andere direkt an den Schirm des Rohres angeschlossen wird. Diese einzigartige Anordnung bildet die Grundlage für die phasenbasierte Signalanalyse innerhalb des Relais.
Das Aktivierungsmechanismus des Relais hängt von der Phasenbeziehung zwischen diesen beiden AC-Größen ab. Genauer gesagt startet das Relais seine Operation genau dann, wenn die beiden AC-Größen in Phase zueinander sind. Wenn dies eintritt, deutet es auf eine bestimmte elektrische Bedingung hin, auf die das Relais ausgelegt ist, um sie zu erkennen und darauf zu reagieren. Diese phasensensitive Funktionsweise macht das elektronische Phasenvergleichs-Relais besonders effektiv für Anwendungen, in denen die genaue Identifizierung von in-Phase-Bedingungen entscheidend ist, wie zum Beispiel in bestimmten Szenarien zur Schutz- und Überwachung von Stromsystemen.

Vorteile und Nachteile von elektronischen Relais
Vorteile von elektronischen Relais

Elektronische Relais bieten mehrere bemerkenswerte Vorteile, die zu ihrer Nützlichkeit in verschiedenen elektrotechnischen Anwendungen beitragen:

• Geringe Wartungsanforderungen: Im Gegensatz zu traditionellen mechanischen Relais haben elektronische Relais keine beweglichen Teile. Die Abwesenheit von physischen Komponenten, die Verschleiß unterliegen, reduziert erheblich die Notwendigkeit regelmäßiger Wartung. Als Ergebnis können elektronische Relais über lange Zeiträume mit minimaler Wartung betrieben werden, was die Wartungskosten senkt und die Systemzuverlässigkeit verbessert.

• Schnelle Reaktionszeiten: Elektronische Relais sind so konstruiert, dass sie auf elektrische Reize mit außergewöhnlicher Geschwindigkeit reagieren. Ihre elektronisch basierten Schaltmechanismen ermöglichen es ihnen, Änderungen in elektrischen Signalen zu erkennen und Schaltkreiskontakte in Bruchteilen einer Sekunde zu aktivieren oder zu deaktivieren. Diese schnelle Reaktionszeit ist entscheidend in Anwendungen, in denen schnelles Handeln erforderlich ist, um elektrische Geräte zu schützen oder die Systemstabilität aufrechtzuerhalten.

• Reduzierte Belastung von Instrumententransformatoren: Aufgrund ihrer Konstruktion ziehen elektronische Relais weniger Strom im Vergleich zu manchen anderen Relaisarten. Diese geringere Stromaufnahme führt zu einer verringerten Belastung von Instrumententransformatoren, wodurch diese Transformatoren effizienter arbeiten und potenziell länger leben können. Dieser Vorteil ist besonders wertvoll in Stromsystemen, in denen die Optimierung der Leistung von Instrumententransformatoren für genaue Messungen und einen zuverlässigen Schutz entscheidend ist.

Nachteile von elektronischen Relais

Trotz ihrer Vorteile haben elektronische Relais auch bestimmte Einschränkungen, die ihre weit verbreitete Nutzung einschränken:

• Hochspannungsversorgungsanforderung: Elektronische Relais benötigen in der Regel eine Hochspannungsversorgung für ihren Betrieb. Diese Notwendigkeit einer Hochspannung kann Herausforderungen in Bezug auf die Integration in Stromsysteme und die Sicherheit darstellen. Spezialisierte elektrische Infrastrukturen und Sicherheitsmaßnahmen können erforderlich sein, um die notwendige Hochspannungsversorgung bereitzustellen, was die Komplexität und Kosten der Implementierung von elektronischen Relais in manchen Anwendungen erhöht.

• Hohes Energieverbrauch: Im Vergleich zu manchen alternativen Relais-Technologien verbrauchen elektronische Relais oft relativ viel elektrische Energie. Dieser hohe Energieverbrauch kann ein signifikanter Nachteil sein, insbesondere in energiebewussten Anwendungen oder Systemen, in denen die Minimierung des Energieverbrauchs eine Priorität ist. Der erhöhte Energieverbrauch erhöht nicht nur die Betriebskosten, sondern kann auch zur Wärmeerzeugung beitragen, was die Leistung und Lebensdauer der Relais beeinträchtigen kann.

• Begrenzte Lebensdauer: Obwohl elektronische Relais vor mechanischem Verschleiß geschützt sind, unterliegen sie trotzdem der Komponentenalterung durch Faktoren wie elektrische Spannung, Temperaturschwankungen und Alterung von elektronischen Bauteilen. Daher haben elektronische Relais im Allgemeinen eine kürzere Lebensdauer im Vergleich zu manchen robusteren Relais-Technologien. Diese begrenzte Lebensdauer kann zu häufigeren Ersetzungen führen, was die Wartungskosten erhöht und potenziell zu Systemunterbrechungen führt.

• Praktische Einschränkungen in Stromsystemen: Aufgrund der kombinierten Faktoren der Hochspannungsversorgungsanforderungen, des hohen Energieverbrauchs und der begrenzten Lebensdauer haben elektronische Relais in Stromsystemen keine weite praktische Verwendung gefunden. Diese Einschränkungen machen sie oft weniger attraktiv im Vergleich zu anderen Relaisarten, die bessere Leistung, Zuverlässigkeit und Kosteneffizienz in der anspruchsvollen Umgebung des Schutzes und der Steuerung von Stromsystemen bieten.