Überwachungsrelais richtig auswählen: Spannung, Phasenausfall und Phasenfolge überwachen

Elektrische Anlagen in Gebäuden müssen zuverlässig funktionieren. Fällt eine Phase aus, stimmt die Phasenfolge nicht oder sinkt die Netzspannung unter einen definierten Wert, kann das weitreichende Folgen haben: Motoren laufen nicht korrekt, Pumpen oder Lüftungsanlagen fallen aus, Steuerungen melden Störungen oder Anlagenteile werden unnötig belastet.

Genau hier kommen Überwachungsrelais ins Spiel. Sie überwachen definierte elektrische Größen und erkennen, wenn festgelegte Grenzwerte über- oder unterschritten werden oder bestimmte Netzbedingungen nicht mehr gegeben sind.

Doch welches Überwachungsrelais ist für welche Aufgabe geeignet?

Ob Spannungsüberwachung, Phasenausfall, Phasenfolge oder Unterspannung – die richtige Auswahl hängt vor allem davon ab, was überwacht werden soll. 

In diesem Ratgeber zeigen wir, welche Überwachungsaufgaben in der Gebäudeautomatisierung und Gebäudetechnik typisch sind und welche Art von Überwachungsrelais dafür infrage kommt.

 

Was ist ein Überwachungsrelais?

Ein Überwachungsrelais überwacht eine elektrische Größe und reagiert, sobald ein definierter Grenzwert erreicht oder eine bestimmte Fehlerbedingung erkannt wird.

Je nach Ausführung können beispielsweise:

• Spannung
• Phasenfolge
• Phasenausfall
• Spannungsasymmetrie
• Frequenz
• Strom 

oder weitere elektrische Größen überwacht werden.

Wird eine Abweichung erkannt, kann das Relais über einen Ausgang beispielsweise eine Steuerung informieren, einen Alarm auslösen oder eine nachgeschaltete Funktion schalten. Damit lassen sich bestimmte Fehlerzustände frühzeitig erkennen, bevor sie zu einer Anlagenstörung werden.

Gerade in der Gebäudetechnik ist das interessant, wenn beispielsweise Pumpen, Lüftungsanlagen, Klimageräte, Motoren oder andere dreiphasige Verbraucher zuverlässig betrieben werden sollen.

 

Überwachungsrelais richtig auswählen: Welche Aufgabe soll überwacht werden?

Die folgende Übersicht bietet eine erste Orientierung:

Überwachungsaufgabe	Geeignete Relaisart
Unterspannung erkennen	Unterspannungsrelais / Spannungsüberwachungsrelais
Über- und Unterspannung erkennen	Spannungsüberwachungsrelais mit Fensterüberwachung
Phasenausfall erkennen	Phasenausfallrelais / Phasenüberwachungsrelais
Richtige Phasenfolge prüfen	Phasenfolgeüberwachungsrelais
Spannungsasymmetrie erkennen	Phasen-/Asymmetrieüberwachungsrelais
Mehrere Netzparameter gleichzeitig überwachen	Multifunktionales Überwachungsrelais
Last bzw. Überlast überwachen	Lastwächter
Netz- und Anlagenschutz realisieren	NA-Schutz

 

Die Grenzen zwischen den einzelnen Funktionen sind wichtig. Ein Überwachungsrelais für Phasenausfall erfüllt beispielsweise eine andere Aufgabe als ein Lastwächter oder ein Netz- und Anlagenschutz.

1. Spannungsüberwachung: Unter- und Überspannung erkennen

Eine zu niedrige oder zu hohe Netzspannung kann dazu führen, dass angeschlossene Verbraucher nicht mehr zuverlässig arbeiten.

Ein Spannungsüberwachungsrelais kann je nach Ausführung sowohl Unterspannung als auch Überspannung erkennen. Bei einer Fensterüberwachung werden beide Grenzbereiche berücksichtigt: Das Relais reagiert also, wenn die Spannung einen definierten unteren Wert unterschreitet oder einen oberen Wert überschreitet.

Das kann beispielsweise relevant sein für:

• Pumpen
• Lüftungsanlagen
• Klimaanlagen
• Motoren
• elektrische Antriebe
• Energieverteilungen
• technische Gebäudeausrüstung

Welche Überwachungsfunktion benötigt wird, hängt von der Anwendung und den Anforderungen der angeschlossenen Verbraucher ab.

Einphasige oder dreiphasige Spannungsüberwachung?

• Bei einphasigen Anwendungen wird die Spannung zwischen Phase und Neutralleiter überwacht.

 

• Bei dreiphasigen Systemen können zusätzlich Phasenausfall, Phasenfolge und Asymmetrie relevant sein. Hier geht es also nicht nur darum, ob die Spannung innerhalb eines definierten Bereichs liegt, sondern auch darum, ob alle Phasen vorhanden sind und in der richtigen Reihenfolge sowie mit einer zulässigen Spannungsverteilung anliegen.

 

2. Phasenausfall überwachen

Bei dreiphasigen Verbrauchern kann der Ausfall einer einzelnen Phase zu erheblichen Problemen führen.

Ein Phasenausfallrelais erkennt, wenn eine der überwachten Phasen ausfällt, und kann daraufhin ein Signal an die nachgeschaltete Steuerung geben oder einen Schaltvorgang auslösen. Ein Phasenausfall kann beispielsweise durch eine unterbrochene Leitung, eine ausgelöste Sicherung, eine lose Verbindung oder einen Fehler in der Versorgung entstehen.

Das ist insbesondere bei dreiphasigen Motoren, Pumpen, Lüftern und anderen Verbrauchern interessant.

Ein Phasenausfall muss dabei nicht mit einem vollständigen Ausfall der gesamten Netzversorgung gleichgesetzt werden. Auch wenn nur eine Phase fehlt, kann dies für angeschlossene Verbraucher bereits zu einem kritischen Betriebszustand führen.

 

3. Phasenfolge überwachen: Ist das Drehfeld korrekt?

Bei dreiphasigen Systemen spielt nicht nur das Vorhandensein aller Phasen eine Rolle. Auch die richtige Phasenfolge kann entscheidend sein.

Ist die Phasenfolge vertauscht, kann sich bei einem Drehstrommotor die Drehrichtung ändern. Ein Phasenfolgeüberwachungsrelais erkennt eine falsche Phasenfolge und kann dadurch verhindern, dass ein angeschlossener Antrieb in die falsche Richtung startet.

Das kann beispielsweise bei

• Pumpen,
• Lüftern,
• Kompressoren,
• Antrieben

oder anderen rotierenden Maschinen von Bedeutung sein. Gerade nach Änderungen an der elektrischen Installation oder bei wechselnden Netzanschlüssen kann die Überwachung der Phasenfolge eine wichtige Kontrollfunktion darstellen.

 

4. Spannungsasymmetrie erkennen

Auch wenn alle drei Phasen vorhanden sind, müssen deren Spannungen nicht zwingend gleich sein.

Eine Spannungsasymmetrie kann beispielsweise durch unterschiedliche Belastungen oder Fehlerzustände im Netz entstehen. Bestimmte Überwachungsrelais können deshalb neben Phasenausfall und Phasenfolge auch die Asymmetrie zwischen den Phasen überwachen.

 

5. Mehrere Funktionen mit einem Überwachungsrelais überwachen

Nicht immer reicht eine einzelne Überwachungsfunktion aus.

Soll beispielsweise gleichzeitig überprüft werden,

• ob die Spannung innerhalb eines definierten Bereichs liegt,
• ob alle Phasen vorhanden sind,
• ob die Phasenfolge stimmt und
• ob die Phasenspannungen ausreichend symmetrisch sind,

kann ein multifunktionales Überwachungsrelais die passende Lösung sein.

TELE bietet verschiedene Lösungen, die mehrere dieser Funktionen in einem Relais kombinieren. Je nach Ausführung können beispielsweise Unterspannung, Überspannung bzw. Fensterüberwachung, Phasenausfall, Phasenfolge und Asymmetrie überwacht werden.

ℹ️ Praxistipp     : TELE G2PM400VSY20

Das 3-phasige Spannungsüberwachungsrelais für 400-V-Netze kombiniert mehrere Überwachungsfunktionen in einem Gerät: Unterspannung, Fensterüberwachung, Phasenausfall, Phasenfolge und Asymmetrie können überwacht werden. Zusätzlich ist bei angeschlossenem Neutralleiter auch die Erkennung eines Neutralleiterausfalls möglich.  Die einstellbare Auslöseverzögerung von 0,1 bis 10 Sekunden ermöglicht es, die Reaktion an die jeweilige Anwendung anzupassen und kurzzeitige Netzschwankungen entsprechend zu berücksichtigen. 

 

Nicht jede Überwachungsaufgabe ist eine Spannungsüberwachung

Nicht bei jeder elektrischen Überwachungsaufgabe steht die Spannung oder die Phase im Mittelpunkt.

Wenn der Strom bzw. die Belastung eines Verbrauchers überwacht werden soll, kommt eine andere Relaisart zum Einsatz.

Ein Stromüberwachungsrelais kann beispielsweise Über- oder Unterstrom erkennen. Für die Überwachung einer bestimmten Last kann dagegen ein Lastwächter die passendere Kategorie sein.

Damit wird deutlich: Entscheidend ist immer zuerst die Frage, welche elektrische Größe überwacht werden soll.

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Überwachungsrelais oder NA-Schutz?

Auch die Begriffe Überwachungsrelais und Netz- und Anlagenschutz sollten voneinander unterschieden werden.

Überwachungsrelais erkennen definierte elektrische Zustände und können bei Abweichungen ein Schaltsignal ausgeben oder eine nachgeschaltete Funktion auslösen.

Der NA-Schutz verfolgt dagegen eine spezielle Schutzaufgabe bei Energieerzeugungsanlagen. Er überwacht relevante Netzparameter und trennt die Erzeugungsanlage bei unzulässigen Netzbedingungen vom öffentlichen Netz.

Ein NA-Schutz ist daher nicht einfach ein allgemeines Überwachungsrelais, sondern eine eigene Schutzfunktion mit spezifischen Anforderungen.

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Überwachung ist nicht gleich Überspannungsschutz

Ein wichtiger Unterschied betrifft die Begriffe Spannungsüberwachung und Überspannungsschutz.

Ein Spannungsüberwachungsrelais erkennt eine unzulässige Spannung und schaltet seinen Ausgang entsprechend. Es überwacht also die Spannung und reagiert auf definierte Grenzwerte.

Ein Überspannungsschutzgerät (SPD) verfolgt dagegen eine andere Aufgabe: Es dient dem Schutz elektrischer Anlagen vor transienten Überspannungen, beispielsweise durch Schaltvorgänge oder atmosphärische Einflüsse.

Beide Lösungen haben somit unterschiedliche Funktionen und sollten nicht miteinander gleichgesetzt werden.

 

Worauf sollte man bei der Auswahl eines Überwachungsrelais achten?

Ist die grundsätzliche Überwachungsaufgabe geklärt, sollten weitere technische Kriterien geprüft werden.

1. Was soll überwacht werden?

Zuerst sollte eindeutig feststehen, ob beispielsweise

• Unterspannung,
• Überspannung,
• ein Spannungsfenster,
• Phasenausfall,
• Phasenfolge,
• Asymmetrie oder
• mehrere dieser Funktionen überwacht werden sollen.

2. Einphasig oder dreiphasig?

Die Netzart bestimmt wesentlich, welche Relais in Frage kommen. Bei dreiphasigen Anwendungen können zusätzliche Funktionen wie Phasenfolge, Phasenausfall oder Asymmetrie relevant sein.

3. Welche Messspannung liegt an?

Das Überwachungsrelais muss für die vorhandene Netzspannung geeignet sein. Je nach Anwendung stehen unterschiedliche Geräte und Messbereiche zur Verfügung. Deshalb sollte vor der Auswahl geprüft werden, welche Spannung überwacht werden soll.

4. Wird eine separate Versorgung benötigt?

Je nach Gerät kann die Messspannung gleichzeitig als Versorgung dienen oder eine separate Versorgung erforderlich sein. Das sollte bereits bei der Planung des Schaltschranks bzw. der Installation berücksichtigt werden.

5. Wie soll auf einen Fehler reagiert werden?

Wichtig ist auch die Frage, was nach dem Erkennen eines Fehlerzustands passieren soll.Je nach Anwendung können beispielsweise eine Steuerung informiert, ein Alarm ausgelöst, ein Verbraucher abgeschaltet oder
eine weitere Steuer- bzw. Schutzfunktion aktiviert werden.

Dafür sind unter anderem die verfügbaren Ausgangskontakte und deren Schaltvermögen relevant.

6. Wie empfindlich soll die Überwachung reagieren?

Nicht jede kurzfristige Netzabweichung soll zwangsläufig zu einer Reaktion führen. Eine einstellbare Auslöseverzögerung kann deshalb hilfreich sein. Je nach Überwachungsrelais lassen sich Grenzwerte und Verzögerungszeiten an die jeweilige Anwendung anpassen.

 

Das passende Überwachungsrelais für Ihre Anwendung

Welche Überwachungsaufgabe möchten Sie lösen? Ob Unterspannung, Überspannung, Phasenausfall, Phasenfolge oder Asymmetrie – im Energie-Shop finden Sie passende Überwachungsrelais von TELE für unterschiedliche Anwendungen.

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Sie sind unsicher, welche Überwachungsfunktion für Ihre Anwendung geeignet ist? Schildern Sie uns kurz Ihre Anforderungen – wir unterstützen Sie bei der Auswahl des passenden Relais.