Zitat von Loxone
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Die Spezifikation für 220 V ist zum einen vermutlich für Wechselspannung und zum anderen eher der Parameter für die Isolationsfestigkeit. Das hat nichts mit der erlaubten Kontaktbelastung in kapazitiver und induktiver Hinsicht zu tun.
Grundsätzliches zum Reed-Kontakt:
Reed Kontakte sind prinzipbedingt sehr filigran mit kleinen Kontaktflächen und wegen der geringen bewegten Masse extrem schnell. Damit sind diese Kontakte durch die Bauweise nicht nur sehr anfällig gegenüber hohen Strömen bzw. Spannungen, sondern sie verursachen diese beim Schaltvorgang durch die hohe Schaltgeschwindigkeit in Verbindung mit der Last und den parasitären kapazitiven und induktiven Leitungsbelägen.
Schaltspiele und Lebensdauer:
Die ansich sehr hohe Anzahl von Schaltspielen bis 10^9 wird durch Kontaktbelastung durchaus erheblich limitiert.
Wesentlich für die Lebensdauer der Kontakte ist deren Belastung in den ersten 50 Nanosekunden nach dem Schaltvorgang. Die Spannung und der Strom die in diesem Zeitraum wirken muss bekannt sein.
Einer der bedeutensten Reed-Hersteller Meder gibt an, dass die Kontakte bei 50 V und 50 pF bereits erheblich in der Lebensdauer beeinträchtigt werden. Diese 50 V bei 50 pF entsprechen einer im elektrischen Feld des Kondensators gespeicherten Energie von gerade mal 62 nJ (nano Joule).
Auswirkung der Streukapazität / Belagskapazität der Leitung:
Der Punkt ist, dass - neben der Schaltung, die ich hier nicht beurteilen kann - die Leitung vom IO-Anschluss bis zum Reed-Kontakt bereits eine nennenswerte Streukapazität darstellt.
Bei einer normalen Fernmeldeleitung wie J-Y(ST)Y beträgt diese 100 nF/km.
(Entsprechend sind diese vom Reed-Hersteller angegebenen 50 pF dann gerade mal ein halber Meter Leitungslänge - bei dem die Kontakte schon stark beansprucht werden bei 50 V).
Dieser Leitungskondensator speichert Energie im elektrischen Feld zwischen den beiden Adern und wird durch die statische Gleichspannung (hier 24 V) aufgeladen.
Beim Schließen der Kontakte entlädt sich dieser Leitungskondensator über die Kontakte, limitiert nur durch den Widerstand (i.d.R. nur den der Kontakte von ca. 100 mOhm sowie dem Widerstand der Leitung).
Betrachtung der Kontaktbelastung bei 20 m und 24 VDC:
Nehmen wir an, die Leitungslänge beträgt 20 m und die Spannung mit der diese geladen ist beträgt 24 V und nehmen wir günstigenfalls weiterhin an, dass es nicht noch zusätzliche Kapazitäten in der IO-Schaltung selbst gibt und normaler Anschluss am Reed-Kontakt.
Die im Feld gespeicherte Energie beträgt hierbei bereits 576 nJ, also etwa 10 mal mehr als das was der Hersteller als bereits grenzwertig bezeichnet. Die elektrische Ladung beträgt hier ca. 48 nC (nano Coulomb).
Wie wirkt sich das nun aus?
Bei einer (stark vereinfachten Betrachtung *) führt diese elektrische Ladung von 48 nC zu folgenden Strömen:
1 ns nach dem Einschalten: 13 A (!)
10 ns nach dem Einschalten: 310 mA
Und diese hohen Ströme aus dem Leitungskondensator führen zu einer Beeinträchtigung der Kontakte durch Materialwanderung.
Betrachtung der Kontaktbelastung bei 2 m und 5 VDC:
Nehmen wir an, die Leitungslänge beträgt 5 m und die Spannung mit der diese geladen ist beträgt nur 5 V und nehmen wir günstigenfalls weiterhin an, dass es nicht noch zusätzliche Kapazitäten in der IO-Schaltung selbst gibt und normaler Anschluss am Reed-Kontakt.
Die im Feld gespeicherte Energie beträgt hier nur noch 2,5 nJ (also nur 1/200stel gegenüber 20 m und 24 V und 1/20 stel der grenzwertigen Belastung. Die elektrische Ladung beträgt hier nur noch ca. 1 nC (nano Coulomb).
Wie wirkt sich das nun aus?
Bei einer (stark vereinfachten Betrachtung *) führt diese elektrische Ladung von 48 nC zu folgenden Strömen:
1 ns nach dem Einschalten: 3 nA (= milliardstel Ampere)
(*)Diese Stromwerte treten so nicht ganz ein, weil bei der vereinfachten Betrachtung hier außer Acht gelassen wurde, dass die elektrische Welle sich nicht ganz so schnell über eine 20 m lange Leitung ausbreitet (bei etwa 2/3 der Lichtgeschwindigkeit bräuchte es bereits 100 ns Laufzeit für die Hälfte der 20 m [zwei mal 10 m mittlere Länge]) und mithin der Leitungskondensator auf der ganzen Länge nicht so schnell entladen werden kann. Allerdings ändert das nichts an dem Energiegehalt der über die Kontakte abgebaut wird. Zudem wurde das Kontaktprellen hier nicht berücksichtigt, dass zu mehreren Öffnungen / Schließungen führt. Die Zeiten von 1 nS und 10 nS sind willkürlich gewählt. Eigentlich müsste man Diagramme über den zeitlichen Verlauf erstellen, welche auch die Ausbreitungsgeschwindigkeit berücksichtigen und die damit auch noch einhergehenden induktiven Effekte.
Empfehlungen:
- Bei statischer Abfragsspannung sollte diese unterhalb 5 V sein (Meder schreibt, dass es oberhalb von 5 V bereits zur Funkenbildung kommt).
- Alternativ gepulste Spannung. Dadurch wird die Leitung ständig wieder entladen und es kommt seltener zum Effekt, dass der Reed die Leitung (und die IO-Schaltung) entlädt.
- Kurze Leitungswege. Eher nicht mehr als 2 bis 4 Meter.
- Vorwiderstände direkt am Reed in der Größenordnung von ein paar hundert Ohm bis ein paar kOhm, hängt von der IO-Schaltung ab. Dadurch wird die Entladung des parasitären Leitungskondensators verzögert und die kurzzeitigen Spitzenströme können nicht auftreten.
==> Loxone: Das letztere mit den Vorwiderständen dürfte das einfachste sein.
lg
Stefan
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