In elektrischen Steuerungssystemen haben Relais als weit verbreitete Schaltelemente durch ihre Kontaktlebensdauer und Zuverlässigkeit direkten Einfluss auf die Betriebsstabilität des gesamten Gerätes. Tatsächlich ist der Relaiskontaktschutz strenger als der von MOSFETs, da Relais typischerweise größere Lastströme bewältigen müssen, insbesondere in Schaltszenarien mit induktiven Gleichstromlasten (wie Gleichstrommotoren, Gleichstromkupplungen und Gleichstrommagnetventilen). Wenn die induktive Last ausgeschaltet wird, kann die elektromotorische Gegenkraft Hunderte oder sogar Tausende Volt erreichen, und der daraus resultierende Spannungsstoß kann die Lebensdauer der elektrischen Kontakte für Photovoltaik-Relais erheblich verkürzen oder sogar vollständige Schäden verursachen. Selbst bei kleinen Strömen (z. B. etwa 1 A) kann die elektromotorische Gegenkraft Lichtbögen auslösen, die zu einer Metalloxidverunreinigung der elektrischen Kontakte von Solarpanel-Relais führen, den Kontaktwiderstand erhöhen und letztendlich zu Kontaktausfällen führen.
Unter Gleichstromlasten können hochfrequente Schaltvorgänge zu abnormaler elektrochemischer Korrosion führen. Bei einer Lichtbogenentladung reagieren Stickstoff und Sauerstoff in der Luft und erzeugen korrosive Produkte. Besonders ausgeprägt ist dieses Problem bei elektrischen Kontakten für PV-Relaisanwendungen, bei denen Photovoltaikanlagen typischerweise häufiges Ein- und Ausschalten erfordern. Darüber hinaus ist auch der Materialtransfer eine wesentliche Ursache für Kontaktfehler. Wenn ein Kontaktteil schmilzt oder beschädigt wird, unterliegt das metallische Material einer Richtungsübertragung, typischerweise konkav an der Kathode und konvex an der Anode. Mit der Zeit können die unsymmetrischen Kontakte zusammenkleben und das Relais daran hindern, ordnungsgemäß zu trennen.
Bei elektrischen Kontakten für Solarpanel-Relais und festen Silberkontakten für Solarstromrelais kann der Einschaltstrom von Hochstromlasten (insbesondere kapazitive und induktive Lasten) einen Lichtbogen erzeugen, der zum Verschweißen der Kontakte führt. In diesem Fall gibt es nur zwei wirksame Strategien: Eine besteht darin, Kontaktschutzschaltungen zu verwenden, und die andere darin, Kontaktmaterialien mit Widerstand gegen Materialübertragung auszuwählen, wie z. B. Silber-Zinnoxid, Silber-Wolfram oder Silber-Kupfer-Verbundkontakte. Bei normaler Temperatur und normalem Druck beträgt die Durchbruchspannung wichtiger Dielektrika in Luft 200–300 V. Daher besteht das Unterdrückungsziel normalerweise darin, die Spannung an den Kontakten auf 200 V oder weniger zu regeln, um die Wahrscheinlichkeit einer Lichtbogenbildung zu verringern.
Es gibt drei ausgereifte Schaltungslösungen zum Schutz von induktiven Gleichstromlasten. Der erste ist ein Serien-RC-Schaltkreis auf der Seite der Relaisspule, der für Anwendungen geeignet ist, bei denen die Nennbetriebsspannung des Relais niedriger ist als die Versorgungsspannung. Diese Schaltung nutzt die Eigenschaft, dass sich die Spannung an einem Kondensator im Moment des Schließens nicht abrupt ändern kann, und legt eine höhere Spannung an die Spule an, um die Schließgeschwindigkeit zu beschleunigen. Die zweite ist eine parallele RC-Schaltung auf der Seite des Bimetallniets für das PV-Wechselrichterrelais. Beim Trennen entlädt sich die selbst-induzierte elektromotorische Kraft der Spule über den RC-Kreis, verlängert die Stromabfallzeit und löscht so den Lichtbogen. Die dritte und häufigste Schaltung ist die Paralleldiodenschaltung, die hauptsächlich zum Schutz des Treibertransistors dient. Wenn der Transistor ausgeschaltet ist, begrenzt die Diode die selbst-induzierte elektromotorische Kraft der Spule auf 0,7 V (Siliziumtransistor) oder 0,2 V (Germaniumtransistor) und verhindert so eine Beschädigung der Treiberkomponente.
Es ist wichtig zu beachten, dass eine Standarddiode die Rückkehrzeit des Relais erheblich verlängert, wodurch die Lichtbogendauer verlängert und umgekehrt die Kontaktlebensdauer verkürzt wird. Ein Relais mit einer an die Spule angeschlossenen Diode kann eine Abfallzeit von 9,8 ms haben, während die Rückkehrzeit ohne Diode nur 1,5 ms beträgt. Durch die Verwendung einer Zener-Diode in Reihe mit einer Kleinsignaldiode kann die Zeit auf 1,9 ms verkürzt werden, was sie zu einer besseren Wahl macht. Bei Hochspannungs-Gleichstromanwendungen wie elektrischen Kontakten für Solar-Gleichstromrelais und festen Silberkontakten für New Energy PV-Energiespeicher-HGÜ-Relais ist die richtige Gestaltung der Schutzschaltung besonders wichtig, da Gleichstromlichtbögen schwieriger zu löschen sind als Wechselstromlichtbögen.
Es gibt zwei unbrauchbare Schutzmethoden, die Elektriker in der Praxis vermeiden müssen. Die erste besteht in der Verwendung nicht übereinstimmender Schutzkomponenten in Gleichstrom-Hochfrequenzschaltszenarien, die zu blaugrüner Korrosion der Kontakte führen können (erzeugt durch Stickoxide aufgrund elektrischer Funkenentladung). Die zweite besteht darin, Materialübertragungsphänomene zu ignorieren und Materialien zu verwenden, die für hohe -Stromstöße in elektrischen Kontakten für Solarschalter ungeeignet sind, was leicht zu Kontaktverschweißungen und -verklebungen führen kann.
Obwohl die Handhabung bei induktiven Lasten schwieriger ist als bei ohmschen Lasten, kann der Einsatz einer geeigneten Kombination aus Schutzschaltungen und Kontaktmaterialien die Leistung erheblich verbessern. Der Schutz der Relaisspule ist fast genauso wichtig wie der Schutz des oxidierten elektrischen Kontakts für das Solarrelais. beides muss ganzheitlich betrachtet werden. In der praktischen Technik wird empfohlen, einen RC-Lichtbogen-Löschkreis parallel zu den Relaiskontakten anzuschließen und gleichzeitig eine Dioden-Zener-Reihenkombination parallel auf der Spulenseite anzuschließen, um das Verhältnis zwischen Einzugsgeschwindigkeit, Auslösezeit und Kontaktlebensdauer auszugleichen.
Weitere technische Ratschläge zuBeweglicher Kontakt für New Energy RelayFür Fragen zum Schutz und zur Materialauswahl wenden Sie sich bitte an unser Produktentwicklungsteam. Wir bieten einen One-Stop-Service von der Anpassung des Kontaktmaterials bis zur Gestaltung von Schutzsystemen.
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