A teljesítményrelé kiválasztása az ipari alkalmazások biztonságossága érdekében
Az ipari alkalmazásokban használt relék kiválasztásakor körültekintően kell eljárni. A szokásos kiválasztási kritériumok közé tartozik az adott feszültség és áramerősség, valamint a rendelkezésre álló maximális hely áttekintése, figyelve az alkatrészek közötti távolságtartásra.
Ennél is összetettebb átgondolást igényel azonban, hogy az alkalmazásra vonatkoznak-e különleges biztonsági előírások. Ez a cikk azt járja körbe, hogy a tervezőmérnökök milyen követelményekkel találják szemben magukat az ipari és kereskedelmi alkalmazások fejlesztése és a megfelelő relék kiválasztása során.
A mérnököknek két fő műszaki szempontot kell gondosan figyelembe venni a relék kiválasztása során. Ez a cikk külön figyelmet fordít arra, hogy a bekapcsolási áramcsúcsok jelentősen károsíthatják a relé érintkezőit – akár olyan mértékben, hogy azok már nem tudnak kinyitni. Az ilyen szintű meghibásodások miatt fel kell hívni a figyelmet az olyan berendezések biztonsági előírásaira, mint például a felvonók, ipari vágógépek és vasúti jelzőberendezések. A második téma a helyszűkös környezetekről, például az ipari vezérlőszekrényekről, valamint a szükséges számú relé beszereléséhez szükséges elegendő hely megtalálásáról szól.
Relék kiválasztása nagy energiaigényű környezetekhez
Az elmúlt tíz évben az ipari gyártási környezet gyors átalakuláson ment keresztül. Mivel középpontba került az általános működési hatékonyság növelése, a trendek, például az Ipar 4.0 és a dolgok ipari internete (IIoT) előmozdították az ipari automatizálási berendezések és rendszerek növekedését.
Az ipari rendszereknek hatékony módon kell irányítani a nagy teljesítményű áramsíneket a kisfeszültségű interfészről működő berendezésekhez. Az elektromágneses relék hatékony módszert biztosítanak ennek megvalósításához, és általában több érintkezőcsoportot képesek egy jel alapján be- vagy kikapcsolni. Bár egy egyszerű relé is kínálhat hétköznapi és olcsó megoldást, előfordulhatnak olyan helyzetek, amikor a vezérelt berendezésre szigorú funkcionális biztonsági követelmények vonatkoznak. Például a hidraulikus prést használó gépkezelőnek 100%-ig biztosnak kell lennie abban, hogy az csak akkor lép működésbe, amikor utasítást kap. A funkcionális biztonsági szabványok, mint például az IEC 61508 és annak ipari berendezésekre vonatkozó későbbi változatai, a berendezések felhasználóinak védelméhez és a berendezések károsodásának megelőzéséhez szükséges biztonsági integritási szinteket (SIL) határozzák meg. Az egyik biztonsági szabvány, az IEC 61810-3, korábbi nevén EN 50205, kifejezetten a biztonsági és önellenőrző vezérlő alkalmazásokban használt relékre vonatkozik.
A bekapcsolási áram kezelése
A bekapcsolási áramerősség potenciálisan károsíthatja az elektromos kapcsolóberendezések bármely elemét, például a kapcsolókat, érintkezőket és reléket. A bekapcsolási áram akkor jelentkezik, amikor a terhelésre érkező tápfeszültség túláramot okoz. Az induktív terhelések, például motorok és transzformátorok, valamint a kapacitív terhelések, például energiatárolók, különösen hajlamosak magas bekapcsolási áramra. A bekapcsolási áram nagysága az átlagos állandósult áram negyvenszerese is lehet. Egy relében a hirtelen túlfeszültség azonnali ívképződéshez vezethet a relé érintkezői között, aminek eredményeképpen azok összeforrnak. A relé látszólag az elvárt módon működik, de a terhelésre adott áram kikapcsolására való képessége sérült.
A bekapcsolási túláram csökkentésének több módja is van. Ezek közé tartozik a terhelésre adott feszültség lassú növelése vagy egy nullátmeneti kapcsoló (ZCS), például egy szilárdtest-relé (SSR) használata. A ZCS úgy működik a váltakozó áramú tápfeszültségen, hogy érzékeli, amikor a feszültség nullává válik, és így az áram is nulla a pozitív és a negatív csúcsok között – a nullátmeneti ponton. Amint a nullátmenet bekövetkezik, a relé be- vagy kikapcsolhatja a terhelést.
Sajnos a nagy induktivitású terhelések jellegéből adódik, hogy a maximális áramerősség jelentősen a feszültségcsúcs mögött maradhat, ami a nulla feszültség és az áram időzítését is eltolja. Következésképpen a nullátmenetes és szilárdtestrelés megközelítés nagy áramerősség bekapcsolását eredményezheti. Emellett a ZCS/SSR-ekről jól tudjuk, hogy a felhasznált kapcsolási módszerekből eredően zavaró és nem kívánt elektromágneses interferencia (EMI) potenciális forrásai lehetnek. A ZCS/SSR esetén a funkcionális biztonsági megfelelőség elérése a félvezető áramkörök átfogó felügyeletét igényli.
Erővezérelt relék
Az áramkörök megbízható és biztonságos kapcsolásának legéletképesebb és legkevésbé bonyolult módja az erővezérelt relék (FGR) használata. Az IEC 61810-3 szabvány kiemelten foglalkozik ezekkel a relékkel. Az erővezérelt relék olyan módon vannak kialakítva, hogy a normál esetben nyitott (záró/NO) érintkezők biztosan nem vehetik fel ugyanazt az állapotot, mint a normál esetben zárt (nyitó/NC) érintkezők. Ha a relében érintkezőhegesztés vagy más potenciális hiba lépne fel, az érintkezők kényszerített mozgása a meghibásodott érintkezőktől fenntartja a meghatározott minimális 0,5 mm-es távolságot.
Az 1. ábra egy erővezérelt relé érintkezőkészletének kialakítási módját mutatja be közelről.
1. ábra Közelkép a TE Connectivity erővezérelt reléinek érintkezőiről
A TE Connectivity erővezérelt reléinek SCHRACK termékskáláját biztonsággal kapcsolatos alkalmazásokban használják. Ilyenek például a biztonsági reteszek, a vészleállító kapcsolók és a robotvezérlő rendszerek. Az ipari felhasználási területeken kívül az erővezérelt relék különböző vezérlőrendszerekben is megjelennek, például a felvonóajtók vezérlésében, a vasúti jelzőrendszerekben és az orvosi diagnosztikai berendezésekben.
A SCHRACK termékcsaládot sokféle rugalmas tervezési lehetőség jellemzi, például a többféle érintkezőkonfiguráció, különböző érintkezőbevonat-opciók és különböző tűelrendezések a magasabb feszültség elérése érdekében. A szabványos és érzékeny tekercsopciók hosszabb élettartamot és jobb hőeloszlatási profilt kínálnak.
A 2. ábra a SCHRACK erővezérelt relék termékkészletét mutatja, amely a 2-pólusú SR2M sorozattól a 7-pólusú SRL7 termékcsaládig terjed.
2. ábra A TE Connectivity erővezérelt reléinek SCHRACK termékcsaládja
(forrás: TE Connectivity SCHRACK)
Erővezérelt relére egy példa a SCHRACK SR2M (3. ábra). Ez a 2-pólusú relé megfelel az EN61810-3 szabványnak (hivatalosan EN50205), és megerősített szigeteléssel rendelkezik a pólusok között. A kapcsolóérintkezők 250 VAC névleges feszültségre, legfeljebb 400 VAC-ra és 6 A névleges kapcsolási áramra vannak méretezve. Az érintkező anyaga ezüst-nikkel (AgNi). Az érintkezők elrendezése 1 Form A (SPST-NO) és 1 Form B (SPST-NC). A relétekercs működési feszültsége a modelltől függ, és az összes népszerű névleges feszültséget kínálja 5 VDC és 110 VDC között. Dugaszolható vagy forrasztott csapos formátumban is kapható.
3. ábra A TE Connectivity SCHRACK SR2M erővezérelt reléje
(forrás: TE Connectivity SCHRACK)
Az SR2M jellemző alkalmazási területei közé tartozik a vészlezárás, a hidraulikus présvezérlés, a felvonók és mozgólépcsők vezérlése, valamint a biztonsági felügyelet.
Egy másik példa az erővezérelt relékre a négypólusú SCHRACK SR4D/M. Ez a relé, ahogy a 4. ábrán látható, vagy 3 form A és 1 form B érintkezőkkel (3 NO + 1 NC), vagy 2 form A + 2 form B érintkezőkkel (2 NO + 2 NC) kapható. Az érintkező anyaga ezüst ón-oxid (AgSnO2), a névleges áramerősség érintkezőnként pedig 8 A.
4. ábra A TE Connectivity SCHRACK SR4 D/M erővezérelt reléje
(forrás: TE Connectivity SCHRACK)
Erővezérelt relék helyszűkös ipari alkalmazásokhoz
A legtöbb ipari termelőeszközt vezérlőszekrényben elhelyezett, DIN-sínre szerelt programozható logikai vezérlők (PLC-k) vezérlik. Ahogy a gépek egyre összetettebbé válnak, és a berendezések sűrűsége nő, a gyárban rendelkezésre álló terület egyre szűkösebb. A mérnökök általában termelőeszközönként egyetlen vezérlőszekrényre szorítkoznak, ami korlátok közé szorítja a vezérlőberendezéseket. A modern ipari vezérlőknek nagy mennyiségű funkciót kell ellátni, vagyis még több funkciót kell bezsúfolni egy adott helyre. Ez a megközelítés ugyanakkor azt is megköveteli, hogy a hőeloszlást minimális szinten tartsák.
A DIN-sínre szerelt erővezérelt relékre egy példa a kompakt SCHRACK XT (5. ábra).
5. ábra A SCHRACK XT DIN-sínre szerelt erővezérelt relé
(forrás: TE Connectivity SCHRACK)
A SCHRACK XT egypólusú vagy kétpólusú változatban, valamint 16 A (1P) vagy 8 A (2P) névleges áramerősséggel kapható. Az erővezérelt relé vagy 24 VDC tekerccsel, vagy 24 VAC, 115 VAC vagy 230 VAC tekerccsel rendelhető.
Az ipari elektromos rendszerek
biztonságos üzemeltetésének fenntartása
A vonatkozó biztonsági előírások betartása az emberi biztonság érdekében kiemelkedő fontosságú mindennapi életünk minden területén. Ez különösen fontos az ipari folyamatok esetében, ahol a gépek és termelőberendezések potenciális biztonsági kockázatokat jelentenek. Funkcionális biztonsági szabványok írják elő a kockázatok értékelésének és meghatározásának általános kereteit, a relék esetében pedig az IEC 61810-3 specifikáció kötelezővé teszi erővezérelt relék használatát a biztonsági vezérlési alkalmazásokban.
A TE Connectivity SCHRACK termékcsaládjának erővezérelt reléi az életvédelem szempontjából nélkülözhetetlenek minden biztonsággal kapcsolatos alkalmazásban.
A TE Connectivity, TE connectivity (logó), TE és SCHRACK a TE Connectivity Ltd. vállalatcsalád tulajdonát vagy licenceit képező védjegyek. Az itt említett egyéb termékek, logók és cégnevek az adott tulajdonosok védjegyei.
Szerző: Mark Patrick –
Mouser Electronics
Mouser Electronics
Franchised Distributor
www.mouser.com
