Schutzbeschaltung

Beschaltung mit Diode

Bei dieser Schaltungsvariante wird eine Diode in Sperrrichtung parallel zur Spule angeschlossen (Fangdiode, Freilaufdiode). Da die Polarität der Selbstinduktionsspannung der vorher angelegten Spannung entgegengesetzt ist, wird der Strom nach dem Abschalten über die Diode geleitet und klingt, ohne eine nennenswerte Spannungsspitze zu verursachen, ab. Die Spannungsspitze der Selbstinduktionsspannung wird auf die Schwellspannung der verwendeten Diode begrenzt. Dementsprechend ausgerüstete Relais besitzen eine gekennzeichnete Polarität der Anschlüsse, da die Schutzdiode bei Verpolung zerstört wird. Abhilfe kann ein vorgeschalteter Gleichrichter schaffen. Nachteilig ist, dass die Fangdiode zu hohen Abfallverzögerungen bei Relais oder Schützen führt. Ursache ist der langsam abklingende Stromfluss durch die Spule. Abhilfe schafft folgende Variante.

Beschaltung mit Z-Diode

Hierbei wird eine Zenerdiode in Reihe mit einer Diode geschaltet. Erreicht die Induktionsspannung die Höhe der Zenerspannung + Schwellspannung der Diode, wird der Strom über die beiden Bauelemente geleitet. Vorteilhaft ist die geringe Abfallverzögerung bei Relais – der Spulenstrom kann wesentlich schneller abklingen. Die gespeicherte Energie der Magnetspule gelangt in die Z-Diode und wird dort zu Verlustwärme. Die Induktionsspannung wird lediglich auf ${\displaystyle U_{\text{ZD}}}$ begrenzt. Bei falscher Polung kommt es zur Zerstörung der Diode durch Überspannung.

Beschaltung mit Varistor

Bei dieser Schaltungsvariante wird die Eigenschaft eines Varistors (VDR) genutzt, ab einer bestimmten Schwellspannung niederohmig zu werden. Dadurch wird die Selbstinduktionsspannung begrenzt. Varistoren besitzen ein hohes Energieabsorptionsvermögen, vertragen jedoch keine Dauerlast. Häufiges Schalten ist daher meist nicht möglich. Die Schaltung bewirkt kaum Abfallverzögerung. Nachteilig ist, dass die Induktionsspannung sehr schnell bis auf die Schwellspannung ${\displaystyle U_{\text{VDR}}}$ steigt. Die Höhe der Spannungsspitze der Selbstinduktionsspannung ist vom verwendeten Varistortyp abhängig.

Beschaltung mit RC-Glied

Die Schutzbeschaltung mittels RC-Glied (siehe Snubber, auch Boucherot-Glied genannt) ist eine Methode zum Schutz von Schaltkontakten gegen Kontaktabbrand sowie gegen Störspannungen beim Abschalten einer Wechselspannungslast (Schützspule). Die Reihenschaltung von Widerstand und Kondensator bewirkt beim Abschaltvorgang, dass der Strom in einer gedämpften Schwingung ausklingt.[4] Beim Einschaltvorgang verhindert der Widerstand, dass die Kondensatorladung schlagartig mit hohem Strom über den Schaltkontakt erfolgt. Die Bauteile müssen so dimensioniert werden, dass der Schaltkontakt beim Einschalten nicht überlastet wird und dass die Spannungsanstiegsgeschwindigkeit beim Ausschalten so gering ist, dass sich die Schaltkontakte ohne Funke voneinander lösen können.

Der Abschaltvorgang kann mit einem Oszilloskop kontrolliert werden. Die Scheitelspannung der gedämpften Schwingung über dem Schaltkontakt bzw. an der Spule ist abhängig von der gewählten RC-Kombination. Der Kondensator muss die verbleibende Überspannungsspitze ertragen, der Widerstand muss kurzzeitig die Betriebsspannung ertragen (Impulsbelastung).

Beschaltung mit Widerstand

Diese Schutzbeschaltung besitzt entweder eine geringe Schutzwirkung oder verursacht erhebliche zusätzliche Verluste, sie ist daher unüblich. Sie ist sowohl für Gleich- als auch für Wechselspannung geeignet. Nachteilig ist, dass der Widerstand bei einem Relais zum verzögerten Abschalten führt. Ist der Widerstand bei Gleichspannung so dimensioniert, dass er den zweifachen und maximal den sechsfachen Wert des Spulenwiderstandes ${\displaystyle R_{\text{Spule}}}$ hat.[5] besitzt, wird die Spannungsspitze über der Spule auf den 2- bis 6-fachen Wert ${\displaystyle U_{\text{Spule}}}$ reduziert. Die Spannung steigt sehr schnell an, sodass Kontaktabbrand eventuell nicht wirksam verhindert werden kann.