Der Unterschied zwischen Relais und Schütz: Merkmale und Unterschiede

Bei der Planung von Stromnetzen unterschiedlicher Komplexität (nicht nur die Anzahl der Endverbraucher, sondern auch deren elektrische Eigenschaften) stehen die Planer vor der Notwendigkeit, das Öffnen und Schließen des Stromkreises zu automatisieren. Glücklicherweise gibt es keinen Mangel an geeigneten Geräten. Auf dem Markt sind Dutzende von Relais- und Kontaktmodellen sowohl für Nieder- als auch für Hochstromanwendungen erhältlich.

Doch genau hier liegt das Problem. Es ist nicht immer offensichtlich, welches Gerät zum Öffnen oder Schließen der Stromversorgung besser geeignet ist. Während die elektrischen Eigenschaften klar sind, ist das Funktionsprinzip nicht eindeutig.

Aus diesem Grund werden wir in diesem Artikel die Unterschiede zwischen Relais und Schützen, die Besonderheiten ihrer Verwendung und die grundlegenden Unterschiede zwischen den beiden Gerätekategorien erläutern.

Merkmale von Netzen mit unterschiedlichen Induktivitätsgraden

Eine der größten Herausforderungen bei der Entwicklung elektrischer Netzwerke ist die Lichtbogenbildung an den Schaltkontakten. Sie können sogar im Haushalt auftreten – wenn Sie beispielsweise ein minderwertiges Smartphone- oder Laptop-Ladegerät anschließen, können Sie ein winziges, kurzes Flackern sehen. Dies wird als Lichtbogenfehler bezeichnet.

Lichtbogenströme (elektrische Lichtbögen) sind durch hohe Spannungen gekennzeichnet, die auf einen Potenzialunterschied zwischen den Seiten. Der derzeitige Bedarf kann recht gering sein. So kann man zum Beispiel beim Kämmen von langem Haar mit einem Kunststoffkamm Lichtbögen sehen – und die „Funken“, die dabei überspringen, sind definitiv nicht tödlich. Ihre Spannungen können mehrere zehntausend Volt betragen.

Lichtbögen an Schlüsselkontakten (Schalter, Relais, sogar Steckdosen) sind von ähnlicher Art, haben aber eine viel schädlichere Wirkung. Da sie die Temperatur der Oberfläche, auf der sie auftreten, sofort erhöhen, können sie Metall einfach schmelzen. Das ist der Grund, warum sie beim Schweißen verwendet werden.

Außerdem nimmt die Stromstärke gemäß dem Joule-Lenz-Gesetz bei einem Lichtbogen erheblich zu. Im Grunde handelt es sich um eine Art Kurzschluss, ohne dass das Gerät oder der Stromkreis (kurzfristig) beschädigt wird.

In Wechselstromnetzen ist die Induktion die Hauptursache für Lichtbögen. Genauer gesagt, beim Anschluss von Endverbrauchern mit hoher Induktivität. Dies ist auf mehrere physikalische Gesetze zurückzuführen, darunter auch auf die Bildung von Blindströmen.

In Netzen, in denen Endverbraucher mit hoher Induktivität installiert sind, ist der Einsatz eines Relais nicht sinnvoll oder sogar gefährlich. Der klassische Mechanismus dieses Schalters besteht darin, dass einfach zwei Kontakte verbunden werden, um einen Stromkreis zu bilden – durch Zeit, durch Befehl, durch Temperatur oder durch andere externe Faktoren, je nach Art und Zweck des Geräts. Aber in jedem Fall führt dieser Schaltmechanismus zu Lichtbögen. Dies wiederum ist mit einem hohen Risiko für das Relais selbst verbunden.

Wann ist es sinnvoll, Relais zu verwenden?

Gehen Sie nicht davon aus, dass die klassischen Relais ausschließlich für die Verwendung in Schwachstromkreisen (im Haushalt oder in einigen Industriezweigen) bestimmt sind. Diese Vorrichtungen funktionieren unter verschiedenen Bedingungen gut. So werden beispielsweise in der Luftfahrt häufig Relais zum Schalten von Gleichströmen von bis zu Hunderten von Ampere eingesetzt.

Das Hauptmerkmal dieser elektromechanischen Geräte ist, dass sie nicht für Störlichtbögen ausgelegt sind. Ihre Kontakte können durch diesen Effekt physisch beschädigt werden, was zu Funktionsverlusten und anderen negativen Folgen führen kann – bis hin zu Kurzschlüssen oder der Zerstörung der Endgeräte.

Relais eignen sich gut zum Schalten von Sekundärkreisen, in denen Endverbraucher mit geringer Induktivität enthalten sind. Z. B. Glühbirnen und -systeme, Alarmsysteme, Geräte mit geringem Stromverbrauch. Es ist ideal, wenn in den angeschlossenen Geräten grundsätzlich keine Elektromotoren oder andere Funktionselemente mit hoher Induktion vorhanden sind.

Dabei sind Spannung und Stromstärke unerheblich. Es gibt Schwachstromrelais für den Einsatz in Hausinstallationen und Hochstromrelais, die speziell zum Schalten von Gleichströmen mit hohen Amperezahlen geeignet sind. Der Hauptpunkt ist eben die Frage der Induktion und der daraus resultierenden „Funkenbildung.

Stromversorgungen, die Wechselstrom in Gleichstrom mit reduzierter Spannung und Stärke umwandeln, sind übrigens Geräte mit einer relativ hohen Induktivität. Deshalb ist es besser, keine Relais zum Schalten zu verwenden. Aus diesem Grund „funken“ sie manchmal, wenn sie an eine Steckdose angeschlossen werden.

Wann ist es ratsam, Schütze zu verwenden?

Schütze werden zum Schalten von Wechselstromnetzen verwendet, an denen Lasten mit hohen Induktivitäten angeschlossen sind. Sie sind nicht störlichtbogensicher, aber sie versuchen, Lichtbögen so weit wie möglich zu vermeiden. Sie sind mit verschiedenen Arten von zusätzlichen Schutzkomponenten ausgestattet, einer oder mehreren:

1. Lichtbogenkammern. Dies sind spezielle Gitter, die „Funken“ neutralisieren. Der Lichtbogen, der zwischen den Metallplatten hindurchgeht, vergrößert seine Länge – und kühlt so ab, bis er vollständig erlischt;

2. Mechanisch bewegliche Kontakte, geeignet für aktives Schalten. Die meisten Haushalts- und Industrieschütze sind für eine Schalthäufigkeit zwischen 30 und 3600 Schaltungen (EIN/AUS-Zyklen) pro Stunde ausgelegt;

3. Separater Steuerkreis. Im Hilfsstrom zirkuliert ein Hilfsstrom mit einer wesentlich geringeren Spannung als der Hauptstrom.

Dank all dieser konstruktiven und technologischen Merkmale eignen sich die Schütze für die Steuerung von Netzen mit angeschlossenen Lasten mit großem Induktivitätswert – von Haushaltsgeräten mit Elektromotoren (Kühlschränke, Waschmaschinen, Ventilatoren) bis hin zu Industriemaschinen.

Es ist auch zu beachten, dass Maschinen mit Elektromotoren beim Start wesentlich mehr Strom verbrauchen als während des Betriebs. Wenn ein Motor anläuft, kommt es zu Leistungsspitzen – und auch zu einer Überlastung der Leitung (in Ampere). Relais, die für den Einsatz in Niederspannungsnetzen konzipiert sind, können solche Überlastungen oft nicht bewältigen. Keine derartigen Probleme mit Schütze.

Gehen Sie auch nicht davon aus, dass ein Schütz ein Gerät für den Einsatz in Hochstromnetzen ist. Es gibt Modelle für den Hausgebrauch. So sind beispielsweise Relais mit einer Nennspannung von 230 Volt und einer Stromstärke von 10 Ampere auf dem Markt erhältlich. In diesem Fall werden die Spulen an einen 110-V-Hilfsstromkreis angeschlossen.

Vergleich der Relais und Schütze

Fassen wir also die Ergebnisse des Vergleichs dieser beiden Arten von Schaltgeräten zusammen.

Wenn Geräte mit hohem Stromverbrauch angeschlossen werden sollen oder wenn beim Anfahren mit hoher Induktivität und/oder Blindspannungserzeugung zu rechnen ist, sind Schütze empfehlenswert. In anderen Fällen sind Relais ausreichend.