При использовании энергетического оборудования на него постоянно воздействуют токовые перегрузки, которые значительно сокращают срок службы. В таких обстоятельствах для защиты служит тепловое реле, которое отключает подачу электроэнергии в случае возникновения необычных условий.
Давайте исследуем конструкцию, принцип функционирования, различные типы и особенности подключения этого защитного устройства. Также рассмотрим, на какие параметры и характеристики стоит обратить внимание при выборе теплового реле.
Краткое содержание статьи
Конструктивное исполнение тепловых реле
Все типы тепловых реле имеют схожую конструкцию. Наиболее важным компонентом любого из них является чувствительная биметаллическая пластина.
Текущая величина срабатывания реле зависит от температуры среды, в которой оно функционирует. При повышении температуры время срабатывания уменьшается.
Чтобы минимизировать это влияние, разработчики стремятся использовать биметаллические пластины с высокой температурой. Кроме того, некоторые устройства оснащаются дополнительной компенсационной пластиной.
Прибор состоит из корпуса, нихромового нагревателя, биметаллической пластины, защелки, винта, рычага, подвижного контакта и кнопки возврата (+).
Если реле оснащено нимромовыми нагревателями, то их подключение осуществляется по параллельной, последовательной или комбинированной схеме с пластиной.
Чтобы регулировать ток в биметаллическом элементе, используют шунты. Все детали смонтированы в корпусе, а биметаллический элемент U-образной формы закреплён на оси.
Цилиндрическая пружина упирается в один из концов пластины, а другой её конец опирается на изоляционную подставку. Пластица вращается вокруг своей оси и служит опорой для контакта с серебряными элементами.
Для регулировки установочного тока биметаллическая пластина своим левым концом соединена с механизмом. Регулировка выполняется путем воздействия на первичную деформацию пластины.
Когда величина токов перегрузки достигает или превышает установленное значение, изоляционная подставка вращается под действием пластины. В результате этого происходит отключение размыкающего контакта реле.
В разрезе теплового реле ТРТ основными компонентами являются: корпус (1), механизм установки (2), кнопка (3), ось (4), серебряные контакты (5), контактный мостик (6), изоляционная подставка (7), пружина (8), биметаллическая пластина (9), ось (10).
Реле автоматически возвращается в начальное положение, и этот процесс занимает не более трёх минут с момента активации защиты. Также предусмотрен ручной возврат при помощи специальной кнопки Reset.
При использовании этой кнопки устройство занимает своё исходное положение за одну минуту. Чтобы активировать кнопку, её поворачивают против часовой стрелки до тех пор, пока она не поднимется над корпусом. Ток настройки обычно указан на щитке.
Принцип работы приспособления
Выполняя защитные функции, автоматический выключатель разрывает силовые цепи питания. В отличие от него, тепловое реле при превышении нагрузки просто выдаёт управляющий сигнал. Таким образом, токи небольшого значения соединяются в одной управляемой цепи.
Перед термореле устанавливается магнитный пускатель. Когда цепи размыкаются в экстренной ситуации, отпадает необходимость в дублировании работы контактора, что позволяет избежать ненужных затрат на изготовление силовых контактных групп.
Наибольшей популярностью пользуются устройства с биметаллическими пластинами, каждая из которых состоит из двух различных металлов.
Один металл характеризуется высоким температурным коэффициентом, тогда как другой — немного меньшим. Эти два компонента тщательно соединены между собой.
Поскольку составные части биметаллической пластины изготовлены из разных металлов с различными коэффициентами расширения, их нагрев приводит к изгибу и взаимодействию с контактами.
Плотная связь обеспечивается путём сварки или горячей прокатки. Из-за неподвижного крепления пластицы, её изгиб происходит в сторону элемента с меньшим температурным коэффициентом, что и положено в основу принципа работы тепловых реле.
При производстве таких реле обычно используются хромоникелевое и немагнитное сталь с высокими значениями температурного коэффициента, в качестве материала с низким значением данного параметра выступает инвар — сплав никеля и железа.
Таким образом, тепловое реле функционирует по вышеописанному принципу: незакреплённый конец биметаллической пластины при изгибе воздействует на контакты термореле (+).
Пластины из биметалла нагреваются за счёт токов нагрузки, которые обычно проходят через специальный нагреватель. Существуют и комбинированные способы нагрева, когда кроме тепла от нагревателя, биметалл также нагревается за счёт тока, проходящего через него.
Как подключить тепловое реле
Замкнутый контакт (normal connected), через который производится подключение теплового модуля к магнитному пускателю, обозначается как NC или НЗ, что расшифровывается как нормально замкнутый. Для нормально разомкнутого контакта используется обозначение NO.
В простых схемах он применяется для подачи сигнала, который свидетельствует о срабатывании защиты двигателя в случае превышения температуры.
При использовании в сложных схемах управления он может формировать аварийный сигнал о выключении конвейера.
Тепловое реле размещается после контакторов, но перед электродвигателем. Подключение контакта normal connected к кнопке «Стоп» на панели управления производится по последовательной схеме (+).
Обозначения клемм контакторов устанавливаются в соответствии с ГОСТ: нормально замкнутый — 95-96, нормально разомкнутый — 97-98. К первой паре подключают пускатель, вторая используется для сигнализации. Для защиты двигателя и теплового реле от короткого замыкания необходимо использовать автомат защиты.
Схема устройства включает кнопки «Тест» и «Стоп» или «Сброс». Первая кнопка предназначена для проверки работоспособности, вторая — для ручного отключения защиты.
С помощью переключателя поворотного взвода, после включения защиты, осуществляется повторный запуск электродвигателя. На стеклянной крышке устройства наносится маркировка и пломба.
В зависимости от способа подключения тепловые реле делятся на две основные группы:
- первая группа — устройства, которые устанавливаются за магнитным пускателем и те, что подключаются с применением перемычек;
- вторая группа — приборы, которые устанавливаются прямо на контактор пускателя.
Во втором случае при запуске основная нагрузка ложится на контактор. В данном случае тепловой модуль оснащён медными контактами, которые напрямую подключаются к пускателю.
Схема теплового реле включает в себя обозначения управляющих элементов и выводов. У различных моделей эти обозначения могут отличаться (+).
К ТР подключаются провода от двигателя. В такой схеме само реле представляет собой промежуточное звено, анализирующее ток, который проходит от магнитного пускателя к мотору.
Нюансы при установке прибора
На скорость срабатывания теплового модуля могут влиять не только токовые перегрузки, но и температура окружающей среды. Защита также может сработать даже без перегрузок.
Иногда бывает так, что при работе под принудительной вентиляцией двигатель подвергается тепловым перегрузкам, но защита не срабатывает.
Чтобы избежать подобных ситуаций, следует придерживаться рекомендаций специалистов:
- Выбирая реле, обращайте внимание на максимально допустимую срабатывающую температуру.
- Устанавливайте защиту в том же помещении, где находится защищаемый объект.
- Выбирайте места установки, где отсутствуют источники тепла или вентиляционные устройства.
- Настраивайте тепловое реле с учётом реальной температуры окружающей среды.
- Оптимальный вариант — наличие встроенной термокомпенсации в конструкции реле.
Дополнительной функцией термореле является защита от обрыва фазы или полного отключения сети. Особо важна эта функция для трёхфазных моторов.
Ток в тепловом реле проходит последовательно через нагревательный модуль и далее к двигателю. С обмоткой пускателя устройство соединяется дополнительными контактами (+).
При возникновении неполадок в одной фазе две другие принимают на себя повышенный ток. В результате быстро происходит перегрев, а далее — отключение. Неэффективная работа реле может привести к поломке как двигателя, так и проводки.
Существующие типы устройств
Класс тепловых реле включает несколько категорий: ТРН, РТЛ, ТРП, РТИ, РТТ. Применение каждой категории обусловлено особенностями их конструкции.
Тепловое реле двухфазное (ТРН) чаще всего используется для электрической защиты асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором. Обычно они функционируют от сети с напряжением до 500 В и частотой 50 Гц.
Реле имеет ручной механизм управления контактами. Его размеры позволяют встраивать в составные устройства как открытого, так и закрытого типа, которые координируют работу приводов. Однако, оно не обеспечивает защиту от короткого замыкания и само нуждается в таком защите.
Реле ТРП предназначены для эксплуатации с трехфазными асинхронными двигателями в условиях высокой механической нагрузки. Они обладают механической устойчивостью к вибрациям и ударопрочной конструкцией.
Эти устройства рассчитаны на максимальный ток 600 А и напряжение до 500 В, а в цепях постоянного тока — до 440 В. Автоматика реле нечувствительна к внешней температуре и срабатывает при превышении 200 °C.
Устройства РТЛ также трехфазные, помимо защиты двигателя от перегрузок, предотвращают заклинивание ротора. Они защищают от повреждений в случае фазного перекоса или длительного запуска.
Работают автономно с клеммниками КРЛ или в сочетании с магнитным пускателем ПМЛ. Рабочий ток составляет от 0,10 до 86 А.
Контактор, работающий в тандеме с тепловым реле. При активации устройства нормально замкнутые и нормально разомкнутые контакты одновременно переключаются в противоположное состояние.
РТТ — устройство, обеспечивающее защиту асинхронных двигателей от скачков токов, фазового перекоса, блокировок и других аварийных ситуаций. Его можно использовать как отдельный прибор или интегрировать в пускатели ПМА и ПМЕ.
Трехфазное изделие РТИ обладает аналогичными функциями, однако применяется с пускателями КТМ и КМИ.
Как выбрать тепловое реле
Двигатель требует наличия реле защиты, когда потенциально существует риск его перегрузки по технологическим причинам. Также необходимо ограничение времени запуска при пониженном напряжении.
Эти моменты обсуждаются в соответствующей инструкции, где указано, что защитное устройство должно иметь временную выдержку. Все это обеспечивается с помощью тепловых реле.
Основные характеристики устройств
Ключевые характеристики защиты двигателя включают в себя:
- Скорость срабатывания контактов в зависимости от параметров тока — характеристика время-ток.
- Рабочий ток, при котором срабатывает тепловое реле.
- Граничные значения токовых настроек. Этот параметр может незначительно варьироваться в устройствах различных производителей. Превышение максимума на 20% приводит к активации реле примерно через 25 минут.
- Номинальное значение тока биметаллической пластины. Реле не отключается мгновенно при превышении этого значения.
- Диапазон токов, при которых реле срабатывает.
Информацию о тепловом реле можно получить, расшифровав его маркировку. Символ, указывающий на тип исполнения, может варьироваться.
Контактор в сочетании с тепловым реле. При активации устройства нормально замкнутые и нормально разомкнутые контакты переключаются синхронно (+)
Правила размещения отечественных тепловых реле указаны в ГОСТ 15150. На их функционирование влияют такие факторы, как высота над уровнем моря, вибрации, удары и ускорения.
Все эти аспекты производители учитывают в маркировке своих изделий. Некоторые из них также включают сведения о возможности эксплуатации в условиях наличия вредных веществ и взрывоопасных газов.
Выбор устройства по стандартам
Требования к тепловым реле изложены в инструкциях. Здесь также указано, что защита должна обеспечивать временную выдержку. Все пожелания реализуются с помощью специальных устройств.
Характеристики время-ток ТР и защищаемого двигателя. При токах короткого замыкания нагревательные элементы реле теряют термическую устойчивость (+)
Анализируя временные характеристики ТР, нужно учитывать, что срабатывание может происходить как при перегреве, так и в холодном состоянии.
Эффективная защита подразумевает, что график, показывающий оптимальную для безопасной работы зависимость времени от величины тока для реле и двигателя, должен отличаться. Первая кривая должна находиться ниже, чем вторая.
В таблице представлены технические параметры термореле типа РТЛ. С её помощью можно подобрать защитное устройство с нужными характеристиками для двигателя (+)
Правильный выбор защитного устройства основывается на рабочем номинальном токе, который связан с номинальным током нагрузки электродвигателя.
Как международные, так и отечественные стандарты требуют, чтобы номинальный ток двигателя совпадал с уставкой тока срабатывания термореле.
Это подразумевает, что прибор сработает при перегрузке от 20 до 30% или при Iср.х1,2 или 1,3 не позднее, чем через 20 минут.
На основании этого выбор должен производиться так, чтобы ток несрабатывания ТР превышал номинальный ток защищаемого объекта в среднем на 12%. Значение In указано в паспортных данных устройства и на табличке, прикрепленной к корпусу.
Исходя из этого, подбираются как ТР, так и соответствующий ему пускатель. Шкала реле обычно калибруется в амперах и равняется значению тока уставки.
Например, для асинхронного двигателя, подключенного к трехфазной сети 380 В и мощностью 1,5 кВт, рабочий номинальный ток составляет 2,8 А. Это значит, что для теплового реле пороговый ток будет равен: 1,2 * 2,8 = 3,36 А. В таблице нужно остановиться на модели РТЛ-1008, у которой диапазон регулировки составляет от 2,4 до 4 А.
Когда защита срабатывает, сначала устраняется причина остановки, а затем реле возвращается в исходное состояние с помощью кнопки возврата.
Если паспортные данные двигателя неизвестны, ток определяется с использованием специализированных приборов — токоизмерительных клещей или мультиметра с соответствующей функцией. Измерения проводятся по каждой фазе.
При выборе важно обратить внимание на напряжение, указанное на приборе. Если планируется использовать комплект ТР-пускатель, необходимо учитывать количество контактов.
При подключении к трехфазной сети требуется модуль с функцией защиты от перегрева проводников или фазового перекоса.
Выводы и полезное видео по теме
Схема надежной защиты двигателя:
Составляющие части теплового реле:
Принципы взаимодействия различных устройств при подключении теплового реле остаются неизменными. Для лучшего понимания схем необходимо уметь считывать маркировку. Идеально, работы по подключению следует доверять специалисту, имеющему разрешение на работу с высоким напряжением.
Есть вопросы или дополнения по выбору и использованию теплового реле? Вы можете оставить свои комментарии под этой публикацией, участвовать в обсуждениях и делиться собственным опытом. Форма для обратной связи находится в нижней части страницы.
