Gids voor het selecteren van tussenrelais voor stroomverdeling

Begrip van de rol van intermediaire relais in energiesystemen

Wat is een intermediaire relais en hoe werkt deze?

Intermediate relais dienen als cruciale schakelcomponenten die kleine besturingssignalen in staat stellen grote elektrische belastingen te verwerken. Denk aan ze als signaalversterkers, die één invoerbron nemen, zoals een sensor of PLC-opdracht en meerdere circuits tegelijk activeren. Volgens de industrie is ongeveer 78% van de geautomatiseerde systemen afhankelijk van deze relais om delicate bedieningspanele te verbinden met al die zware industriële apparatuur op de fabriek. Het is logisch als je bedenkt hoe gevaarlijk het is om hoge spanning rechtstreeks door gevoelige elektronica te laten lopen.

Elektrische isolatie tussen besturings- en belastingcircuits

Intermediate relais bieden aanzienlijke veiligheidsvoordelen omdat ze elektrische isolatie creëren tussen laagspanningsregels, meestal rond 12 tot 24 volt DC, en die hoogspanningsladingscircuits die tot 480 volt AC kunnen gaan. Dit soort scheiding is belangrijk omdat het spanningspieken voorkomt dat programmeerbare logica controllers, of PLC's, kapot gaan. Volgens een industrieonderzoek van Ponemon in 2023 vermindert deze bescherming de apparatuurstortingen met ongeveer twee derde op plaatsen waar het operationeel erg intens wordt. Wat dit zo goed doet werken is hoe de elektromagnetische spoel werkt los van de werkelijke contactpunten. Er is letterlijk geen directe elektrische verbinding tussen wat er binnenkomt en wat er uitkomt, wat een extra beschermingslaag biedt tegen onverwachte storingen.

Flexibiliteit van het besturingssysteem door versterking en verspreiding van het signaal

Intermediate relais verbeteren de aanpassingsvermogen van het systeem door:

• Versterking van zwakke sensoruitgangen om motorstarters aan te drijven
• Meerdere contacten om meerdere apparaten te bedienen met één signaal
• Omzetting van spanningen over verschillende subsystemen

Deze mogelijkheid is van vitaal belang in toepassingen zoals transportsystemen, waar een enkele temperatuursensor alarmen kan activeren, motoren kan stoppen en koelventilatoren kan activeren.

Belangrijkste elektrische specificaties: Voltage, stroom en loadcompatibiliteit

Het afstemmen van de spoelspanning op de specificaties van het regelcircuit

Relais moeten binnen ±10% van de nominale spanning van het regelcircuit werken voor betrouwbare prestaties. Een 24V-relais dat wordt gevoed door 28V, loopt het risico op doorbranden van de spoel, terwijl een 12V-voeding die een 24V-relais aanstuurt, de contacten mogelijk niet sluit vanwege onvoldoende magnetische kracht.

Evaluatie van contactstroomwaarden voor belastingcompatibiliteit

De contactwaarden moeten de maximale stroomsterkte van de belasting met 25-30% overschrijden om inschakelstromen te kunnen opvangen die veel voorkomen bij inductieve belastingen. In industriële omgevingen zijn contacten met een capaciteit van ≥10 A gebruikelijk, waarbij zilver-nikkellegeringen een 40% langere levensduur bieden dan koper in 400VAC-toepassingen.

Impact van inschakelstroom op de duurzaamheid van tussenliggende relaiscontacten

Inductiebelastingen zoals motoren genereren startspannen tot 12 maal de normale werkstroom. Een 5 pk motor met een trekkracht van 35A bij opstarten kan ondergrote relaiscontacten binnen 500 cycli beschadigen. Moderne inrush-rated relais hebben wolfraamversterkte contacten die 1 miljoen operaties kunnen doorstaan bij 50A-overspanning.

Gevalstudie: Ondergrote relaisfout in motorbesturingstoepassing

Een verpakkingsfabriek had wekelijks relaisfouten tot de analyse aantoonde dat 8A-eenheden werden blootgesteld aan 92A-motorstartpieken. Door ze te vervangen door modellen met een inbrengscapaciteit van 20A werd vroegtijdige slijtage geëlimineerd, wat de kosten van een onjuiste selectie van de contactcapaciteit benadrukt.

Soorten belastingen, omgevingsomstandigheden en toepassingsvereisten

Resistieve versus inductieve belastingen: implicaties voor de selectie van intermediaire relais

Weerstandsbelastingen zoals verwarmers trekken een constante stroom op, waardoor de selectie van relais eenvoudig is. Inductiebelastingeninclusief motoren en transformatorenproduceren hoge inrushstromen tot 12x hun nominale waarde (NEMA 2023), waardoor relais met 150200% hogere contactwaarden nodig zijn om contactlassen te voorkomen.

Het verwerken van hoge vraag naar onderbrekingscapaciteit in de elektriciteitsdistributie

In moderne energiesystemen kunnen de storingstromen 65 kA bereiken. Relais die in dergelijke omgevingen worden gebruikt, moeten voldoen aan de normen van IEC 60947-2, waarbij boogschotels en magnetische uitbarstingen voor onderbrekingen boven 15 kA zijn opgenomen. Uit veldgegevens blijkt dat de dubbele-brekcontactontwerpen de looptijd van de boog met 40% verminderen in vergelijking met de enkelbrektypen in 480V-panelen.

Omgevingsfactoren: temperatuur, vochtigheid en vervuiling

De bedrijfsomstandigheden hebben een aanzienlijke invloed op de betrouwbaarheid van de relais:

Uit gegevens van 23.000 industriële eenheden blijkt dat IP67-verzegelde relais meer dan 90.000 operaties in staalfabrieken verwezenlijken, meer dan het dubbele van de levensduur van open frame-modellen (ABB Power Solutions 2023).

Trend: Toenemend gebruik van gesloten relais in harde industriële omgevingen

Gesloten relais die voldoen aan de IEC 60529 IP69K-normen zijn nu vereist in voedselverwerkende en offshore-platformen. Deze eenheden zijn bestand tegen hoogdrukwassen en chemische blootstelling en behouden gedurende 50.000 cycli een stabiele contactweerstand onder 100mΩ. De wereldwijde vraag naar IP69K-relais is sinds 2020 met 18% per jaar gegroeid.

Contactconfiguraties en mislukte veilig ontwerpen in intermediaire relais

SPDT- en DPDT-configuraties voor complexe besturingslogic

SPDT-relais werken door een enkele ingang te verbinden met een van de twee uitgangen via een zogenaamde gemeenschappelijke terminal. Deze zijn handig voor eenvoudige automatiseringswerkzaamheden waar iets richting moet veranderen, zoals wanneer motoren hun rotatie moeten omkeren. Dan zijn er DPDT-relais die dingen anders aanpakken. Ze beheren twee compleet verschillende circuits tegelijk, waardoor ze uitstekend zijn voor back-up situaties waar betrouwbaarheid het belangrijkst is. Neem bijvoorbeeld industriële instellingen. Deze relais kan waarschuwingslichten activeren en de apparatuur automatisch uitschakelen als er een onverwachte stroomstorm of daling van de spanning is. De mogelijkheid om meerdere functies te verwerken maakt DPDT-modellen bijzonder waardevol in veiligheidscritische toepassingen in verschillende industrieën.

NO vs NC-contacten in veiligheidscritische stroomverdelingssystemen

Als er geen stroom doorheen gaat, blijven de normale open contacten open tot er iets een elektrische schok geeft. Dit is ideaal om dingen te starten, zoals wanneer een motor moet starten. Aan de andere kant, normaal gesloten contacten zijn altijd dicht, tenzij ze worden geactiveerd, en deze instelling is erg belangrijk voor veiligheid dingen zoals het drukken op de noodstopknop. Neem bijvoorbeeld ziekenhuizen. Hun elektrische systemen zijn sterk afhankelijk van NC-contacten. Als de hoofdstroom uitvalt, starten de back-upgeneratoren zonder dat iemand op een knop hoeft te drukken. En tegelijkertijd wordt het systeem afgesloten van alle problemen.

Strategie: selectie van de contactregeling op basis van de storingsvrije eisen

Gebruik NC-contacten in systemen die automatisch reageren op storingen, zoals brandblussen of noodstop. Voor handmatige overschrijding, zoals de controle van de vervoerband, moeten NO-contacten worden gecombineerd met mechanische vergrendelingen. Een studie van 2023 van besturingssystemen toonde aan dat redundante SPDT-installaties de niet-geplande downtime in nethubs met 62% verminderen in vergelijking met single-contact-ontwerpen.

Elektromechanische versus vaste tussenstations relais: prestaties en trends

Elektromechanische relais (EMR): betrouwbaarheid en kosteneffectiviteit

Elektromechanische relais gebruiken fysieke contacten om stromen tot 10A te hanteren, waardoor ze een robuuste prestatie leveren in motorbesturing en vergelijkbare toepassingen met een hoge belasting. Hun eenvoudige constructie biedt 85% kostenbesparing ten opzichte van alternatieven voor vaste stoffen in scenario's met een lage cyclus. Echter, mechanische slijtage beperkt de standaard EMR's tot ongeveer 100.000 operaties.

Solid-state relais (SSR): Voordelen in schakelingssnelheid en levensduur

Solid-state relais heeft geen bewegende onderdelen, waardoor het schakelen in minder dan 1 ms 100 keer sneller dan EMR's maakt ze ideaal voor precisie toepassingen zoals robotica en HVAC besturing. Industrieonderzoeken bevestigen dat SSR's meer dan 50 miljoen operaties kunnen uitvoeren, wat hun hogere aanvankelijke kosten in omgevingen met een hoge cyclus rechtvaardigt.

Verschijnsel: Hybride toepassing in moderne elektriciteitsdistributienetwerken

Tegenwoordig wordt in 65% van de industriële installaties een hybride relaisinstallatie ingezet, waarbij EMR's voor het verwerken van piekbelastingen worden gecombineerd met SSR's voor snelle logische schakeling. Deze strategie maakt gebruik van de 0,02 dollar per cyclus economie van EMR's en de trillingsresistentie van SSR's in veeleisende omgevingen zoals transportlijnen.

Controversieanalyse: Onderhoudskosten op lange termijn van EMR vs. SSR

Hoewel EMR's 60% minder kosten, kost hun driejarig onderhoud gemiddeld $1.200 tegenover $150 voor SSR's. Toch worden SSR's geconfronteerd met betrouwbaarheidsproblemen in onstabiele netwerken, waarbij 23% van de netwerken voortijdig mislukken als gevolg van spanningspieken (IEEE 2024). De levenscyclusanalyse toont aan dat SSR's na 18 maanden in toepassingen met een hoge werkcyclus een beter rendement op de investering opleveren.