Phasenwächter und Netzüberwachungsrelais: Phasenfolge, Ausfall, Asymmetrie

Phasenwächter und Netzüberwachungsrelais erkennen falsche Phasenfolge, Phasenausfall, Asymmetrie, Unter- und Überspannung. Hier steht, was die einzelnen Fehler bewirken, wie man Asymmetrie und Verzögerung einstellt und welches Gerät wofür passt.

Was ein Phasenwächter macht

Ein Phasenwächter, auch Phasenüberwachungsrelais oder Netzüberwachungsrelais genannt, misst die drei Außenleiter eines Drehstromnetzes und meldet, wenn mit dem Netz etwas nicht stimmt. Ist alles in Ordnung, ist sein Relais angezogen. Bei einem Fehler fällt es ab und schaltet über einen Wechsler die Steuerspannung eines Schützes ab oder meldet den Fehler an die Steuerung. Der Phasenwächter schaltet die Last also nicht selbst, sondern greift in den Steuerstromkreis ein.

Je nach Gerät werden diese Fehler erkannt:

• Phasenfolge (Drehfeld): Die Außenleiter sind vertauscht, ein Drehstrommotor würde falsch herum laufen.
• Phasenausfall: Ein Außenleiter fehlt, etwa durch eine ausgelöste Sicherung oder eine lose Klemme.
• Asymmetrie: Die drei Spannungen sind unterschiedlich hoch.
• Unter- und Überspannung: Die Spannung verlässt ein eingestelltes Fenster.
• N-Leiter: Der Neutralleiter ist unterbrochen (nur bei Geräten mit N-Anschluss).

Im Sortiment stehen über 100 Phasenüberwachungsgeräte und 65 Spannungsüberwachungsgeräte von Siemens, ABB und Phoenix Contact, zusammengefasst unter Steuerungs- und Überwachungsrelais.

Die Fehlerarten im Einzelnen

Phasenfolge: Drehrichtung schützen

Ein Drehstrommotor läuft rechtsherum, wenn L1, L2 und L3 in der richtigen Reihenfolge anliegen. Sind zwei Außenleiter vertauscht, dreht er andersherum. Bei vielen Antrieben ist das ärgerlich, bei manchen teuer: Pumpen fördern nicht, Verdichter und Lüfter können Schaden nehmen, Förderbänder und Hubwerke laufen in die falsche Richtung. Vertauschte Phasen entstehen bei der Erstinstallation, nach Umbauten im Netz, bei mobilen Anschlüssen über CEE-Stecker oder beim Wechsel auf Notstrom. Ein Phasenfolgerelais gibt den Motor nur bei rechtsdrehendem Feld frei.

Hinter einem Frequenzumrichter spielt die Drehrichtung des Netzes keine Rolle, weil der Umrichter das Drehfeld für den Motor selbst erzeugt.

Phasenausfall: Zweiphasenlauf verhindern

Fällt ein Außenleiter aus, läuft ein Motor unter Last auf zwei Phasen weiter, nimmt mehr Strom auf und erwärmt sich. Anlaufen kann er so meist nicht mehr. Der Motorschutzschalter erkennt den Zustand über den Strom und schaltet ab, aber erst nach einiger Zeit; wie er richtig eingestellt wird, steht im Ratgeber Motorschutzschalter einstellen. Der Phasenwächter erkennt den Ausfall schon an der Spannung und verhindert auch das Einschalten auf ein unvollständiges Netz.

Eine Einschränkung nennt Siemens selbst: Ein laufender Motor erzeugt auf der ausgefallenen Phase eine Spannung zurück. Ein Gerät, das nur die Höhe der Spannung misst, sieht dann womöglich keinen Ausfall. Sicherer erkennen Geräte mit Asymmetrie- oder Phasenwinkelauswertung diesen Fall.

Asymmetrie: ungleiche Spannungen

Asymmetrie heißt, dass die drei Leiterspannungen nicht gleich hoch sind, etwa durch ungleich verteilte einphasige Lasten oder einen schlechten Kontakt. Schon eine kleine Spannungsunsymmetrie führt in einem Drehstrommotor zu deutlich ungleichen Strömen und damit zu zusätzlicher Erwärmung; die Auswirkungen beschreibt DIN EN IEC 60034-26. Im öffentlichen Netz liegt die Unsymmetrie nach EN 50160 im Normalfall unter 2 %.

Die Schwelle ist je nach Gerät fest oder einstellbar. Beispiele aus dem Sortiment:

Die Schwelle muss deutlich über der normalen Netzunsymmetrie liegen, sonst schaltet das Relais ohne echten Fehler ab. Maßgeblich ist die Vorgabe des Motor- oder Maschinenherstellers.

Unter-, Überspannung und Spannungsfenster

Spannungsüberwachungsrelais prüfen, ob die Spannung innerhalb eines eingestellten Fensters liegt. Unterspannung lässt Schütze flattern und Motoren mit hohem Strom laufen, Überspannung belastet Netzteile und Elektronik. Es gibt sie dreiphasig, einphasig und für Gleichspannung, zum Beispiel zur Überwachung einer 24-V-Versorgung. Zwei Einstellungen gehören dazu:

• Hysterese: Das Relais zieht erst wieder an, wenn die Spannung ein Stück in den Gutbereich zurückgekehrt ist. So schaltet es nicht ständig hin und her, wenn die Spannung an der Grenze pendelt.
• Auslöseverzögerung: Kurze Einbrüche, etwa beim Anlauf eines großen Motors, führen nicht sofort zum Abschalten. Typische Bereiche liegen bei 0,1 bis 10 s, bei manchen Geräten bis 30 s.

N-Leiter-Überwachung

Reißt in einem Netz mit Neutralleiter der N-Leiter, verschiebt sich der Sternpunkt: Einphasige Verbraucher an schwach belasteten Außenleitern bekommen dann deutlich mehr als 230 V. Geräte mit N-Anschluss und Neutralleiterüberwachung, etwa der Siemens 3UG5616, erkennen diesen Fehler.

Arbeitsstrom oder Ruhestrom

Die meisten Netzüberwachungsrelais arbeiten nach dem Ruhestromprinzip: Im fehlerfreien Zustand ist das Relais angezogen. Fällt das Netz oder die Versorgung des Relais aus, fällt es ab, und der Fehler wird gemeldet. Beim Arbeitsstromprinzip zieht das Relais erst im Fehlerfall an; ein Ausfall der Versorgung bleibt dann unbemerkt. Bei einigen Geräten, etwa dem Siemens 3UG5616, ist das Prinzip einstellbar.

Viele Phasenwächter versorgen sich aus der gemessenen Spannung und brauchen keinen eigenen Anschluss A1/A2. Andere, zum Beispiel der Phoenix Contact EMD-FL-3V-400, haben eine getrennte Weitbereichsversorgung von 24 bis 240 V. Die Meldung erfolgt über einen oder zwei Wechsler, die nach EN 50005 meist mit 11-12-14 bzw. 21-22-24 bezeichnet sind. Wenn der Ausgang an eine Steuerung geht, statt direkt ein Schütz zu schalten, entkoppelt ein Koppelrelais, siehe Ratgeber Koppelrelais.

Wichtig: Diese Geräte sind keine Sicherheitsbauteile. Siemens gibt die 3UG5 ausdrücklich als nicht geeignet für Sicherheitsfunktionen an. Wo eine falsche Drehrichtung Personen gefährden kann, gehört die Absicherung in das Sicherheitskonzept der Maschine.

Auswahl in fünf Punkten

1. Fehlerarten: Nur Drehrichtung, Drehrichtung plus Phasenausfall oder die volle Netzüberwachung mit Asymmetrie, Spannungsfenster und N-Leiter.
2. Netzspannung: 3 × 400 V ist Standard, Weitbereichsgeräte decken 160 bis 690 V ab. Für N-Leiter-Überwachung muss das Gerät einen N-Anschluss haben.
3. Einstellbarkeit: Feste Schwellen für einfache Anwendungen, einstellbare Asymmetrie, Hysterese und Verzögerung, wo Anläufe oder ein schwaches Netz Fehlauslösungen verursachen würden.
4. Ausgang: ein oder zwei Wechsler; zwei, wenn gleichzeitig ein Schütz geschaltet und eine Meldung ausgegeben werden soll.
5. Bauform: 17,5 bis 22,5 mm breite Geräte für die Hutschiene im Schaltschrank oder 18 mm breite Reiheneinbaugeräte für den Verteiler wie die Siemens 5TT34.

Phasenwächter messen Spannungen. Wer den Strom eines Verbrauchers überwachen will, braucht einen Stromwandler, siehe Ratgeber Stromwandler. Wie Motoren angelassen und geschützt werden, erklärt der Ratgeber Motorstarter. Eine verzögerte Freigabe nach Netzwiederkehr übernimmt ein Zeitrelais, siehe Ratgeber Zeitrelais.

Beispiele aus dem Sortiment

• Siemens 5TT3423 – Drehrichtungswächter für den Verteiler, Phasenfolge, 400 V, 1 Wechsler, 18 mm
• Siemens 5TT3421 – Phasenwächter für den Verteiler, Phasenausfall, 400 V, 1 Wechsler, 18 mm
• Siemens 3UG5511-1AR20 – Phasenfolge, 160–690 V AC, 1 Wechsler, 22,5 mm
• Siemens 3UG5512-1AR20 – Phasenfolge, Phasenausfall, Asymmetrie, 160–690 V AC
• Siemens 3UG5616-1CR20 – volle Netzüberwachung mit Spannungsfenster und N-Leiter, Ruhestrom einstellbar, 2 Wechsler, Verzögerung bis 30 s
• Siemens 3UG5532-1AW30 – einphasige Unter- und Überspannung, 10–760 V AC/DC
• Phoenix Contact EMD-SL-PH-690 – Phasenfolge, Phasenausfall, Unterspannung, Asymmetrie 25 %, 2 Wechsler
• Phoenix Contact EMD-BL-PH-480 – Phasenüberwachung mit einstellbarer Asymmetrie 5–25 %
• Phoenix Contact MACX-MR-PH-690 – Asymmetrie 2–30 %, bis 690 V
• Phoenix Contact EMD-FL-3V-400 – 3N 400/230 V, Spannungsfenster, Asymmetrie, Phasenfolge und -ausfall, separate Versorgung
• Phoenix Contact EMD-BL-V-230 – einphasige Spannungsüberwachung, 17,5 mm
• ABB CM-PFE.2 – Phasenfolge, 200–500 V AC, 1 Wechsler
• ABB CM-PBE – Phasenausfall, L-N 220–240 V AC
• ABB CM-PSS.31S – Dreiphasenüberwachung 3 × 380 V, 2 Wechsler, Verzögerung bis 30 s
• ABB CM-ESS.1S – einphasige Spannungsüberwachung 3–600 V
• K-Electric 103040 – Netzüberwachungsrelais 200–500 V AC, Asymmetrie 4–40 %, 2 Wechsler

Quellen: DIN EN IEC 60034-26 (Auswirkungen von Spannungsunsymmetrien auf Drehstrom-Induktionsmotoren); EN 50160 (Merkmale der Spannung in öffentlichen Netzen); EN 50005 (Anschlussbezeichnungen); Herstellerangaben zu den Artikeln in unserem Sortiment, Stand 31.10.2026.