Omron: Relais-Designs für Smartmeter Kleiner und energiesparend

Omrons Mikroschalter GT9A erkennt Manipulationen bei Zählstellen und wehrt sie ab.
Omrons Mikroschalter GT9A erkennt Manipulationen bei Zählstellen und wehrt sie ab.

Smartmeter sind dank neuer Relais-Designs laut Omron-Manager Steve Drumm etwa um ein Fünftel kleiner und sparen Energie auch dadurch, dass sie das elektrische Aufladen von Hybrid-Elektrofahrzeugen so regulieren, dass diese nichtkritische Funktion während stromlicher Überkapazitäten stattfindet.

Auch die zweite Generation intelligenter Stromzähler basiert hinsichtlich der Stromversorgung »aus mehreren guten Gründen auf elektromechanischen Steuerrelais«, betont Steve Drumm, European Marketing, Sales Development & Project Management bei Omron Electronic Components Europe.

Ein derartiges elektromechanisches Relais sorgt für eine starke mechanische Öffnung des Stromkreises und eine vollständige Isolierung zwischen Ein- und Ausgang. Hingegen könnten Halbleiterkomponenten als Trennvorrichtung den Einsatzbedingungen »nicht standhalten oder eine entsprechende hohe Durchschlagfestigkeit, hohe Überlastfähigkeit und Festigkeit gegenüber hohen Fehlerströmen während des Schaltens ohne teuren zusätzlichen Schutz bieten«.

Zum Schalten lokaler Lasten und für zeitvariable Funktionen diene das Relais »eher dazu, den Schaltkreis zu erhalten als ihn zu unterbrechen«. Daher sei ein bistabiles Relais gefragt, weil es in der „Ein“-Position bleibt, um dadurch Strom zu sparen. Ein bistabiles einpoliges elektromechanisches Relais mit einer maximalen Strombelastung von bis zu 120 A bei 250 VAC genüge den Anforderungen in intelligenten Zählern für den kommerziellen und privaten Bereich.
 

Neuer Standard
IEC 62052-31:2015(E)

Relais für intelligente Messstellen haben seit September 2015 dem neuen Standard IEC 62052-31:2015(E) statt dem bisherigen Standard IEC 62055-31 zu entsprechen. Der neue Standard spezifiziert die Produktsicherheitsanforderungen für elektrische Energiemess- und Energiesteuerungsgeräte und betrifft neu am Markt eingeführte Geräte zur Messung und Kontrolle elektrischer Ströme in 50-Hz- oder 60-Hz-Netzwerken mit Spannungen von bis zu 600 V, in denen alle funktionalen Elemente einschließlich zusätzlicher Module eindesignt sind oder eine geschlossenen Einheit bilden. Betroffen sind überdies Messgeräte mit Schaltern zur Stromversorgung und Lastensteuerung, aber nur diejenigen, die elektromechanisch betätigt und über zusätzliche Ein- und Ausgangsschaltkreise angesteuert werden können.

Übereinstimmung
mit Utilization Category 3

Während bislang eine Übereinstimmung mit UC1 beziehungsweise UC2 ausreichte, »verlangen heute fast alle Smartmeter-Hersteller für bistabile Relais eine Übereinstimmung mit UC3 (Utilization Category 3)«, sagt der Omron-Manager. Die Anforderungen von UC3 schreiben vor, dass das Relais eine verbesserte Festigkeit gegenüber Kurzschluss- und Überströmen aufzuweisen hat. Um also neue Smartmeter-Generationen zu bedienen, erweitern Relaishersteller ihr Portfolio an bistabilen Relais um Bausteine, die noch flacher sind und potenziell hohe Eingangsströme schalten können. Überdies hat Omron einiges an Entwicklungsarbeit in die Verbesserung des Wirkungsgrads investiert: »Schlüsselkriterien wie Schaltkapazität, Schaltlebensdauer, Spulentyp, Potenzialtrennung der Lastseite und die physische Bauweise wirken sich erheblich auf die Gesamteffizienz aus«, betont Drumm.
Ein wichtiger Ansatz, das Smartmeter-Design zu vereinfachen, ist der Einsatz von Doppelkontakten, hält doch damit das Relais Überströmen besser stand und erhöht so die Sicherheit. Doppelkontakte reduzieren außerdem Leistungsverluste und wirken einem Temperaturanstieg im Bauelement selbst entgegen. Positiv im Hinblick auf Kontaktschweißen wirke sich zudem eine veränderte Ausrichtung des Spulenlayouts aus. Konstruktionsmerkmale wie diese gewährleisten nicht nur einen Überstromschutz gemäß UC3, sondern auch einen geringeren Energieverbrauch seitens des Smartmeters.

Manipulationssicherheit

Setzten in der Vergangenheit die Smartmeter-Hersteller auf Hebelschalter, um zu erkennen, ob das Gehäuse geöffnet wurde, führten immer raffiniertere Betrugsmethoden zu einem Umdenken in Sachen Manipulationsschutz: »Relais für Smartmeter sind heute oft mit einer Abschirmung ausgestattet, um die Auswirkungen eines externen Magnetfelds zu vermeiden«, erläutert der Omron-Manager. Um noch mehr Schutz vor unbefugten Eingriffen zu bieten, sei zu erwarten, dass in Bälde im Relais integrierte Sicherheitsfunktionen gang und gäbe würden.

Smartmeter als Chance

Ein rein elektronisches Halbleiter-Messgerät sei »noch weit entfernt«, bistabile Leistungsrelais würden bis auf weiteres eine zentrale Rolle in der Smartmeter-Entwicklung spielen. Damit das künftig so bleibe, »begegnen die Relaishersteller den diversen Herausforderungen dieser Anwendung mit immer effizienteren Designs«, versichert Drumm. Neuentwicklungen würden einerseits die stets strengeren internationalen Standards erfüllen und an-dererseits den Smartmeter-Herstellern dabei helfen, dem Dauerproblem Betrugs- und Manipulationsversuch effizient entgegenzuwirken.