Was ist ein Überstromrelais?
Ein Überstromrelais ist eine mechanische Vorrichtung zur Erkennung von Überströmen in einem Stromnetz.
In Stromnetzen von Energieversorgungsunternehmen usw. wird der zulässige Wert des Übertragungsstroms durch die Leistung des Generators und die Dicke der Übertragungs- und Verteilungsleitungen bestimmt. Wenn der zulässige Stromwert überschritten wird, erzeugt die Übertragungsleitung oder der Generator eine große Menge an Joule-Wärme und es besteht die Gefahr des Durchbrennens. Um solche Unfälle zu verhindern, können Überstromrelais erkennen, wenn der fließende Strom einen Schwellenwert überschreitet.
Anwendungen von Überstromrelais
Überstromrelais werden fast immer in Anlagen eingesetzt, in denen Strom mit oder über Hochspannung fließt. Denn ohne Überstromrelais besteht die Gefahr, dass es zu einem Störfall kommt, der dem System vorgelagert ist.
Energieübertragungs- und -verteilungsunternehmen wie z. B. Elektrizitätswerke installieren Überstromrelais immer dann, wenn ein Leistungsschalter verwendet wird, um ein System von einem anderen zu trennen. Auch Verbrauchseinrichtungen wie Gebäude, Einkaufszentren und Fabriken installieren in den meisten Fällen Überstromrelais, wenn sie über Hochspannungs-Empfangsanlagen verfügen.
Die Verwendung von Überstromrelais Niederspannungs-Empfangsanlagen ist äußerst selten und kann durch Leitungsschutzschalter mit Überstromschutz ersetzt werden.
Funktionsweise des Überstromrelais
Überstromrelais erkennen Überströme mit Hilfe von Messstromwandlern.
Hohe Ströme von mehreren hundert A oder mehr und hohe Spannungen werden im Verteilernetz vorgeschaltet. Wenn das Überstromrelais diese riesigen Hochspannungsströme direkt empfängt, ist es notwendig, das Überstromrelais mit einer hohen Spannungsfestigkeit und einem hohen zulässigen Strom zu versehen, was äußerst unwirtschaftlich ist. Daher wird der Stromwert im Allgemeinen ermittelt, indem dem Gerät ein durch einen Messstromwandler herabgesetzter Strom zugeführt wird.
Messstromwandler, auch CTs (englisch: current transfer) genannt, sind Geräte, die zur Stromumwandlung und -trennung verwendet werden. Sie bestehen aus einem Leiter, der um einen Hochspannungskreis gewickelt ist, und Kupferdraht, der um den Leiter gewickelt ist. Je mehr Windungen des Kupferdrahtes verwendet werden, desto niedriger kann der Stromwert sein. Typische Stromwandler reduzieren den Upstream-Strom auf 0-1 A oder 0-5 A, der dann vom Überstromrelais empfangen wird.
Das Überstromrelais empfängt den herabgestuften Stromwert und sendet ein Signal an eine höhere Ebene, wenn er einen bestimmten Schwellenwert überschreitet. Grundsätzlich sind Überstromrelais in Kombination mit Leistungsschaltern für Hochspannungs- oder spezielle Hochspannungsanwendungen erhältlich. In den meisten Fällen wird der Schutzschalter verwendet, um die Stromversorgung zu unterbrechen, sobald ein Überstrom erkannt wird.
Aufbau von Überstromrelais
1. Stationärer Typ
Dieser Typ unterbricht unter der Kontrolle einer elektronischen Schaltung und ist derzeit der gängigste Typ. Einige Typen benötigen keine Steuerspannung und es gibt auch stationäre Typen, deren Kennlinien denen der induktiven Typen ähneln.
2. Induktionsscheiben-Typ
Dieser funktioniert durch die Wechselwirkung von Wirbelströmen, die im Eisenkern und in der Scheibe erzeugt werden und ein bewegliches Magnetfeld erzeugen. Früher waren viele Schutzrelais vom Typ Induktionsscheibe, heute werden sie auf den stationären Typ umgestellt. Der Grund dafür ist, dass die Scheibe durch eine Feder und elektromagnetische Kraft rotiert und Fehler nicht nur durch interne Effekte wie die Alterung der Feder, sondern auch durch externe Effekte wie Kippen, Temperatur und Vibration verursacht werden.
Induktionsscheiben werden als Transformator- oder Bärenfalle-Typen klassifiziert.
Arten von Überstromrelais
Die Ausgangskontaktauslöser werden in drei Typen unterteilt: Strom-, Spannungs- und Kondensatorauslöser.
1. Stromauslösesystem
Bei der auch als Stromauslöser bezeichneten Methode bewegt der Strom die Auslösespule des Vakuum-Leistungsschalters, um den Stromkreis zu unterbrechen. Die Schaltung besteht nur aus Überstromrelais und Vakuum-Leistungsschaltern und wird häufig in kleinen Energieempfangsanlagen eingesetzt.
2. Spannungsauslösesystem
Bei dieser auch als Spannungsauslöser bezeichneten Methode wird die Auslösespule des Vakuum-Leistungsschalters durch Spannung bewegt, um den Stromkreis zu unterbrechen. In großen Stromversorgungsanlagen wird ein Gleichstromnetzteil mit eingebautem Akku als Steuerstromversorgung installiert, das die Spannung des Akkus nutzt, so dass der Betrieb auch im Falle eines Unfalls stabil ist. Das Gleichstromnetzteil ist jedoch notwendig und daher teuer.
3. Kondensatorauslösesystem
Das Kondensatorauslösesystem wird auch als Kondensatorauszugsverfahren bezeichnet und ist eine Art Spannungsauslöser. Das Funktionsprinzip wird verwendet, wenn kein Gleichstromnetzteil installiert ist. Der eingebaute Kondensator ermöglicht den Betrieb auch bei einem Stromausfall, allerdings sind aufgrund seiner geringen Kapazität nur wenige Schaltungen möglich.