RYKOM

Einschaltstrom! Unterschätzt?
Der Einschaltstrom in Netzrelais-Anwendungen


Beim Schalten von Netzspannungen und Strömen schon ab einigen 100mA tritt unvermeidbar ein Lichtbogen zwischen den Relaiskontakten auf, kurz bevor diese schließen.
Die Energie dieses Lichtbogens – und die Energie möglicher weiterer Lichtbögen infolge von Prellbewegungen der Kontakte – hängt entscheidend von der Stromstärke ab, die im Einschaltmoment fließt. Der Stromimpuls I2t führt zusätzlich zu einer Erhitzung an der Kontaktstelle und dabei unter Umständen zum Schmelzen oder Sieden des Kontaktmaterials.


Je höher demnach ein auch nur kurzzeitiger Einschaltstrom ist, umso größer wird das Risiko, dass dessen Energie die Kontakte im Einschaltmoment verkleben oder verschweißen lässt.
Zwar werden in den meisten Fällen leichtere Verklebungen durch die Federkräfte und Scherbewegungen der Kontaktfedern beim nächsten Öffnen der Kontakte wieder gelöst – bei höheren Einschalt-Stromstärken, die wesentlich über dem Nennstrom des Relais liegen, kann es aber zu bleibenden Verschweißungen kommen.

Häufig ist sich der Anwender über die (für Relais) gefährliche Höhe, die solche Einschaltspitzen erreichen können, nicht völlig im Klaren. Um ein geeignetes Relais auszuwählen, wäre es naheliegend, die Nennleistung der Schaltlast zugrunde zu legen. Bei einer Schaltleistung von z. B. 100 VA / 230 VAC ergibt sich rechnerisch ein Laststrom von 0,43 Aeff. Falls der Relaiskontakt zufällig beim Maximalwert der Sinusspannung einschaltet, so läge der Einschaltstrom um den Faktor 1,41 höher, also bei 0,6 A.
Auf Grund dieser Überlegung würde man annehmen, dass ein Schaltrelais völlig ausreicht, das für einen Nennstrom von 1A spezifiziert ist.


Eine solch vereinfachende Betrachtungsweise kann aber zu unerwartet großen Problemen führen, denn diese Berechnungsmethode ist nur bei Ohm´schen Schaltlasten korrekt. Um Aussagen über den Einschaltstrom auch anderer Lastarten machen zu können, hat Rykom für Relais-typische Anwendungen diesen im Labor ermittelt. Die Messungen wurden an einer normalen Schuko-Steckdose mit Hilfe eines Stromshunts (Präzisions-Hochlastmesswiderstand) und eines Speicheroszilloskops durchgeführt.



Als Beispiel ist ein typischer Stromverlauf beim Einschalten einer Energiesparlampe (230VAC/17W) im Bild unten dargestellt: Im Phasenmaximum der Spannung fließt ein maximaler Strom von 13,5A bei einer Halbwertsbreite von 70µs – das ist der 180-fache Nennstrom der Lampe!





Offensichtlich sind in vielen Anwenderlasten die Einschaltströme um ein Vielfaches höher, als die Ströme, die sich aus der Nennleistung errechnen lassen. Es erweist sich sogar, dass manchmal der Nennstrom um das 100-fache oder mehr überschritten wird. Dieser
Effekt wird bei der Relaisauswahl oft übersehen.

Zur Wahl eines geeigneten Relais muss also der Anwender sorgfältige Berechnungen oder Messungen zur Höhe und Dauer des Einschaltstroms unter praxisrelevanten Bedingungen durchführen. Mit diesen Angaben sollte dann der Relaisanbieter konfrontiert werden, der das optimale Relais empfehlen wird.
So weisen z.B. speziell für hohe Einschaltströme entwickelte Serien oder Varianten von Standardserien optimierte Justagewerte und Kontaktmaterialien auf.

Eine solche Relais-Empfehlung oder einen anderen Tipp zur Lösung der Schaltaufgabe kann aber nur ein kompetenter Fachmann im direkten Informationsaustausch mit seinen Kunden geben. Ein reines Abschätzen seitens des Anwenders nach dem Motto "es wird schon reichen…" kann schnell in’s Auge gehen.


Hubert Draxler

Im Web publiziert - 10/2002

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