Термично реле: принцип на работа, видове, схема за свързване + регулиране и маркировка

Дълготрайността и надеждността при експлоатация на всяка инсталация с електрически двигател зависи от различни фактори. Въпреки това, в значителна степен на експлоатационния живот на мотора влияят токовите претоварвания. За да ги предотвратят, свързват термично реле, което защитава основния работен орган на електромашината.

Ние ще ви разкажем как да изберете устройство, което предсказва настъпването на аварийни ситуации с превишаване на максимално допустимите показатели на тока. В представената от нас статия е описан принципът на действие, приведени са разновидностите и техните характеристики. Дадени са съвети за свързване и правилна настройка.

Защо са необходими защитните апарати?

Дори ако електрозадвижването е правилно проектирано и се използва без нарушаване на основните правила за експлоатация, винаги остава вероятност за възникване на неизправности.

Към аварийните режими на работа се отнасят еднофазни и многофазни къси съединения, термични претоварвания на електрооборудването, заклинване на ротора и разрушаване на лагерния възел, прекъсване на фаза.

Работейки в режим на повишени натоварвания, електрическият двигател изразходва огромно количество електроенергия. А при редовно превишаване на показателите на номиналното напрежение оборудването интензивно се нагрява.

В резултат на това изолацията бързо се износва, което води до значително намаляване на експлоатационния живот на електромеханичните инсталации. За да се изключат подобни ситуации, във веригата на електрическия ток се свързват релета за термична защита. Тяхната основна функция е да осигурят нормален режим на работа на консуматорите.

Те изключват мотора с определено закъснение във времето, а в някои случаи – мигновено, за да предотвратят разрушаване на изолацията или повреда на отделни части на електроустановката.

Токовото реле постоянно защитава електрическия двигател от прекъсване на фаза и технологични претоварвания, както и от спиране на ротора. Това са главните причини, поради които възникват аварийни режими.

С цел да не се допусне понижаване на съпротивлението на изолацията се използват устройства за защитно изключване, а ако задачата е да се предотврати нарушение на охлаждането, се свързват специални апарати за вградена термична защита.

Устройство и принцип на работа на ТР

Конструктивно стандартното електротермично реле представлява малък апарат, който се състои от чувствителна биметална пластина, нагревателна спирала, лостово-пружинна система и електрически контакти.

Биметалната пластина се изработва от два разнородни метала, обикновено инвар и хромоникелова стомана, здраво съединени заедно в процеса на заваряване. Единият метал притежава по-голям температурен коефициент на разширение от другия, затова се нагряват с различна скорост.

При токово претоварване незакрепената част на пластината се огъва към материала с по-малка стойност на коефициента на топлинно разширение. Това оказва силово въздействие върху системата от контакти в защитното устройство и активира изключването на електроинсталацията при прегряване.

В повечето модели на механични топлинни релета има две групи контакти. Едната двойка е нормално разтворена, другата е постоянно затворена. Когато защитното устройство задейства, в контактите се променя състоянието. Първите се затварят, а вторите стават разтворени.

В електронните ТР се използват специални сензори и чувствителни сонди, реагиращи на повишаване на тока. В микропроцесора на такива защитни устройства са програмирани параметри, определящи ситуациите, когато е необходимо да се изключи подаването на електрозахранване.

Токът се детектира от интегриран трансформатор, след което електрониката обработва получените данни. Ако стойността на тока в текущия момент е по-голяма от зададената стойност (уставка), импулсът моментално се предава директно на изключвателя.

Разтваряйки външния контактор, релето с електронен механизъм блокира товара. Самото топлинно реле за електродвигател се монтира на контактора.

Биметалната пластина може да бъде нагрята директно – чрез въздействие на пиковия ток на товара върху металната лента, или индиректно, с помощта на отделен термоелемент. Често тези принципи се обединяват в един апарат за топлинна защита. При комбинирано нагряване уредът има по-добри работни характеристики.

След охлаждане пластината се връща в първоначалното си състояние. Комутиращите контакти автоматично се затварят или е необходимо да се приведат принудително в затворено състояние.

Базови характеристики на токовото реле

Основна характеристика на комутатора за топлинна защита е изразената зависимост на времето на задействане от протичащия през него ток — колкото по-голяма е стойността, толкова по-бързо той ще задейства. Това свидетелства за определена инерционност на релейния елемент.

Насоченото движение на заредените частици-носители през всяко електрическо устройство, циркулационна помпа и електрически котел, генерира топлина. При номинален ток допустимата му продължителност клони към безкрайност.

А при стойности, надвишаващи номиналните показатели, в оборудването се повишава температурата, което води до преждевременно износване на изолацията.

Прекъсването на веригата моментално блокира по-нататъшното нарастване на температурните показатели. Това дава възможност да се предотврати прегряването на двигателя и да се избегне аварийното излизане от строя на електрическата инсталация.

Номиналният товар на самия мотор е ключов фактор, определящ избора на уреда. Показател в интервала 1,2-1,3 означава успешно задействане при токово претоварване от 30% за времеви интервал от 1200 секунди.

Продължителността на претоварването може да се отрази негативно на състоянието на електрооборудването — при кратковременно въздействие от 5-10 минути се нагрява само намотката на мотора, която има малка маса. А при продължително въздействие се нагрява целият двигател, което води до сериозни повреди. Или дори може да се наложи замяна на изгорялото оборудване с ново.

За да се предпази максимално обектът от претоварване, трябва конкретно за него да се използва реле за термична защита, чието време за задействане да съответства на максимално допустимите показатели на претоварване на конкретния електродвигател.

На практика е нецелесъобразно да се използва отделно реле за контрол на напрежението за всеки тип мотор. Един релеен елемент се използва за защита на двигатели с различно конструктивно изпълнение. При това е невъзможно да се гарантира надеждна защита в целия работен интервал, ограничен от минималния и максималния товар.

Повишаването на показателите на тока не води веднага до опасно аварийно състояние на оборудването. Преди роторът и статорът да се нагреят до пределна температура, ще измине известно време.

Затова няма крайна необходимост защитното устройство да реагира на всяко, дори незначително повишение на тока. Релето трябва да изключва електродвигателя само в случаите, когато има опасност от бързо износване на изолационния слой.

Видове релета за термична защита

Съществуват няколко вида релета за защита на електрически двигатели от прекъсване на фази и токови претоварвания. Всички те се различават по конструкционни особености, тип на използваните МП и приложение в различни мотори.

ТРП. Еднополюсен комутационен апарат с комбинирана система на нагряване. Предназначен е за защита на асинхронни трифазни електромотори от токови претоварвания. ТРП се прилага в мрежи с постоянен ток с базисно напрежение при нормална работа не повече от 440 V. Отличава се с устойчивост на вибрации и удари.

РТЛ. Осигуряват защита на двигателите в следните случаи:

• при отпадане на една от трите фази;
• асиметрия на токове и претоварвания;
• продължителен пуск;
• заклинване на изпълнителния механизъм.

Могат да се инсталират с клеми КРЛ отделно от магнитните пускатели или да се монтират директно на ПМЛ. Инсталират се на релси от стандартен тип, клас на защита – IP20.

РТТ. Защитават асинхронните трифазни машини с късосъединен ротор от продължителен старт на механизма, продължителни претоварвания и асиметрия, т.е. изкривяване на фазите.

РТТ могат да се използват като съставни части в различни схеми за управление на електрозадвижвания, както и за интегриране в пускатели от серия ПМА

ТРН. Двуфазни комутатори, които контролират старта на електроинсталацията и режима на работа на мотора. Практически не зависят от температурата на външната среда, имат само система за ръчно връщане на контактите в начално състояние. Могат да се използват в мрежи с постоянен ток.

РТИ. Електрически превключващи апарати с постоянно, макар и малко потребление на електроенергия. Монтират се на контактори от серия КМИ. Работят заедно с предпазители/автоматични прекъсвачи.

Твърдотелни токови релета. Представляват малки електронни устройства за три фази, в чиято конструкция няма подвижни части.

Функционират по принципа на изчисляване на средните стойности на температурите на двигателя, като за това осъществяват постоянен мониторинг на работния и стартовия ток. Отличават се с нечувствителност към промените в околната среда, поради което се използват във взривоопасни зони.

РТК. Стартови комутатори за контрол на температурата в корпуса на електрооборудването. Използват се в схеми за автоматика, където термичните релета действат като съставни части.

За да се осигури надеждна работа на електрооборудването, релейният елемент трябва да притежава качества като чувствителност и бързодействие, както и селективност

Важно е да се помни, че нито един от разгледаните по-горе видове уреди не е подходящ за защита на вериги от късо съединение.

Устройствата за топлинна защита само предотвратяват аварийни режими, които възникват при необичайна работа на механизма или при претоварване.

Електрооборудването може да изгори още преди задействането на релето. За комплексна защита те трябва да бъдат допълнени с предпазители или компактни автоматични прекъсвачи с модулна конструкция.

Свързване, регулиране и маркировка

Комутационният прибор за претоварване, за разлика от електрическия автомат, не прекъсва силовата верига директно, а само подава сигнал за временно изключване на обекта при аварийен режим. Нормално включеният контакт при него работи като бутон „стоп“ на контактора и се свързва по последователна схема.

Схема за свързване на устройствата

В конструкцията на релето не е необходимо да се повтарят абсолютно всички функции на силовите контакти при успешно задействане, тъй като то се свързва директно към МП. Такова изпълнение позволява значително да се спестят материали за силовите контакти. Много по-лесно е в управляващата верига да се свърже малък ток, отколкото веднага да се изключат три фази с голям ток.

В много схеми за свързване на топлинното реле към обекта използват постоянно затворен контакт. Той се свързва последователно с бутона „стоп“ на пулта за управление и се обозначава като НЗ – нормално затворен, или NC – normal connected.

Разтвореният контакт при такава схема може да бъде използван за инициализиране на задействането на топлинната защита. Схемите за свързване на електромотори, в които е включено реле за топлинна защита, могат значително да се различават в зависимост от наличието на допълнителни устройства или технически особености.

В стандартната проста схема ТР (топлинно реле) се свързва към изхода на нисковолтовия пускател на електрическия двигател. Допълнителните контакти на прибора задължително се свързват последователно с бобината на пускателя.

Това ще осигури надеждна защита от претоварвания на електрооборудването. В случай на недопустимо превишаване на граничните стойности на тока релейният елемент ще разтвори веригата, моментално изключвайки МП и двигателя от електрозахранването.

Свързването и инсталирането на топлинното реле обикновено се извършват заедно с магнитния пускател, предназначен за комутация и пускане на електрическия задвижващ механизъм. Има обаче видове, които се монтират на DIN-рейка или специален панел.

Тънкости при регулиране на релейните елементи

Едно от основните изисквания към устройствата за защита на електродвигатели е ясното действие на апаратите при възникване на аварийни режими на работа на мотора. Много е важно то да бъде правилно избрано и настроено, тъй като фалшивите задействания са абсолютно недопустими.

Електротермичното реле, което оптимално подхожда на конкретния тип двигател по всички технически параметри, е способно да осигури надеждна защита от претоварвания по всяка фаза, да предотврати продължителния старт на инсталацията, да не допусне аварийни ситуации със заклещване на ротора.

Сред предимствата на използването на токови защитни елементи също трябва да се отбележат доста високата скорост и широкият диапазон на задействане, удобството на монтаж. За да се осигури навременно изключване на електромотора при претоварване, релето за термична защита трябва да се настройва на специална платформа/стенд.

В такъв случай се изключва неточността поради естественото неравномерно разсейване на номиналните токове в НЕ. За проверка на защитното устройство на стенда се прилага методът на фиктивни товари.

През термоелемента пропускат електрически ток с понижено напрежение, за да симулират реалното топлинно натоварване. След това по таймер безгрешно определят точното време на задействане.

При настройване на базовите параметри трябва да се стремите към следните показатели:

• при 1,5-кратен ток устройството трябва да изключи двигателя след 150 с;
• при 5…6-кратен ток то трябва да изключи мотора след 10 с.

Ако времето на задействане не отговаря на нормата, релейният елемент трябва да се регулира посредством контролния винт.

За коректна работа задължително трябва да се настрои уредът на най-големия допустим електрически ток на двигателя и температурата на въздуха

Това се прави в случаите, когато стойностите на номиналния ток на НЕ и на мотора се различават, както и ако температурата на околната среда е под номиналната (+40 ºC) с повече от 10 градуса по скалата на Целзий.

Токът на задействане на електротермичния комутатор намалява с повишаване на температурата около разглеждания обект, тъй като нагряването на биметалната лента зависи от този параметър. При съществени разлики е необходимо допълнително да се регулира ТР или да се подбере по-подходящ термоелемент.

Резките колебания на температурните показатели силно влияят на работоспособността на токовото реле. Затова е много важно да се избира НЕ, способен ефективно да изпълнява основните функции с отчитане на реалните стойности.

Препоръчително е ТР да се поставя в едно помещение със защитаваната електроинсталация. Те не трябва да се монтират близо до топлогенератори, нагревателни пещи и други източници на топлина

Към релето с температурна компенсация тези ограничения не се отнасят. Токовата настройка на защитния апарат може да се регулира в диапазон 0,75-1,25х от стойностите на номиналния ток на термоелемента. Настройката се извършва поетапно.

На първо място се изчислява корекцията E₁ без температурна компенсация:

E₁=(I_ном-I_не)/c×I_не,

Където

• I_ном – номинален ток на натоварване на двигателя,
• I_не – номинален ток на работния нагревателен елемент в релето,
• c – цена на делението на скалата, т.е. на ексцентрика (c=0,055 за защитени пускатели, c=0,05 за отворени).

Следваща стъпка – определяне на корекцията E₂ за температурата на околния въздух:

E₂=(t_a-30)/10,

Къде t_a (ambient temperature) – температура на външната среда в градуси Целзий.

Последен етап – намиране на сумарната поправка:

E=E₁+E₂.

Сумарната поправка E може да бъде със знак «+» или «-». Ако в резултат се получи дробна величина, тя задължително трябва да се закръгли до цяло в по-малката/по-голямата по модул страна, в зависимост от характера на токовия товар.

За да настроите релето, ексцентрикът се премества на получената стойност на сумарната поправка. Високата температура на задействане намалява зависимостта на работата на защитния апарат от външните показатели.

Релето за топлинна защита допуска ръчна плавна регулировка на големината на тока на задействане на устройството в граници ±25% от стойността на номиналния ток на електромеханичната инсталация.

Регулировката на тези показатели се осъществява със специален лост, чието преместване променя първоначалния огъв на биметалната пластина. Настройката на тока на задействане в по-широк диапазон се осъществява чрез замяна на термоелементите.

В съвременните комутационни апарати за защита от претоварване има тестов бутон, който позволява да се провери изправността на устройството без специален стенд. Също така има клавиш за нулиране на всички настройки. Могат да се нулират автоматично или ръчно. Освен това, изделието се комплектува с индикатор на текущото състояние на електроприбора.

Маркировка на електротермични релета

Защитните апарати се подбират в зависимост от големината на мощността на електрическия двигател. Основната част от ключовите характеристики е скрита в условното обозначение.

Така изглежда маркировката на топлинните релета на завода КЕАЗ. Важно при избора да се обърне внимание на стойността на номиналния ток на разглеждания модел, за да бъде достатъчна.

Следва да се акцентира вниманието върху отделни моменти:

1. Диапазонът на стойностите на токовете на уставка (посочен в скоби) при различните производители се различава минимално.
2. Буквените обозначения на конкретния тип изпълнение могат да се различават.
3. Климатичното изпълнение нерядко се подава във вид на диапазон. Например, УХЛ3О4 трябва да се чете така: УХЛ3-О4.

Днес могат да се купят най-различни вариации на прибора: релета за променлив и постоянен ток, моностабилни и бистабилни, апарати със закъснение при включване/изключване, релета за топлинна защита с ускоряващи елементи, ТР без задържаща намотка, с една намотка или с няколко.

Тези параметри не винаги са отразени в маркировката на устройствата, но задължително трябва да бъдат посочени в техпаспорта на електротехническите изделия.

С устройството, разновидностите и маркировката на електромагнитното реле ще ви запознае следващата статия, с която препоръчваме да се запознаете.

Изводи и полезно видео по темата

Устройство и принцип на функциониране на токовото реле за ефективна защита на електродвигателя на примера на устройството РТТ 32П:

Правилната защита от претоварване и прекъсване на фазите е гаранция за дълготрайна безотказна работа на електрическия мотор. Видео за това как реагира релейният елемент в случай на нестандартна работа на механизма:

Как да свържете устройството за топлинна защита към МП, принципни схеми на електротермичното реле:

Релето за топлинна защита от претоварване е задължителен функционален елемент на всяка система за управление на електрозадвижването. То реагира на тока, който преминава към двигателя, и се активира, когато температурата на електромеханичната инсталация достигне гранични стойности. Това дава възможност максимално да се удължи експлоатационният срок на екологично безопасните електродвигатели.

Пишете, моля, коментари в блока, намиращ се по-долу. Разкажете как избрахте и настроихте топлинното реле за вашия собствен електромотор. Споделяйте полезни сведения, задавайте въпроси, публикувайте снимки по темата на статията.