Надежность и длительность работы любой системы с электрическим двигателем зависят от множества факторов. Важным аспектом, влияющим на срок службы мотора, являются токовые перегрузки. Для их предотвращения используется тепловое реле, которое выполняет защитную функцию для основного рабочего элемента электромашины.
В данной статье мы подробно расскажем, как выбрать устройство, которое способно предсказать развитие аварийных ситуаций при превышении допустимых токовых значений. Здесь описан принцип работы, приведены виды и их особенности, а также даны рекомендации по подключению и правильной настройке устройства.
Краткое содержание статьи
Зачем необходимы защитные устройства?
Даже если электропривод тщательно спроектирован и используется в соответствии с основными правилами, всегда существует вероятность возникновения неисправностей.
Среди аварийных ситуаций можно выделить однофазные и многофазные короткие замыкания, перегрев электрооборудования, заклинивание ротора, разрушение подшипников и обрыв фазы.
Работая при повышенных нагрузках, электрический двигатель потребляет значительное количество электроэнергии. При регулярных превышениях номинального тока устройство начинает интенсивно нагреваться.
Это приводит к быстрому износу изоляции, что значительно сокращает срок эксплуатации электромеханических систем. Чтобы избежать таких проблем, в электрическую цепь устанавливается реле тепловой защиты. Его главная задача – поддержание нормального рабочего режима для потребителей.
Устройство отключает электродвигатель с определенной задержкой или мгновенно, предотвращая повреждение изоляции и отдельных компонентов электроустановки.
Токовое реле постоянно осуществляет защиту электрического двигателя от обрыва фазы и перегрузок, а также от тормозящих процессов ротора. Это основные факторы, способствующие возникновению аварийных условий.
Чтобы избежать снижения сопротивления изоляции, применяются устройства защитного отключения, а для предотвращения нарушения охлаждения — специальные аппараты с тепловой защитой.
Структура и принцип действия теплового реле
Конструкция стандартного электротеплового реле состоит из компактного устройства, включающего в себя чувствительную биметаллическую пластину, нагревательный элемент, рычажную систему с пружинами и электрические контакты.
Биметаллическая пластина изготавливается из двух различных металлов, как правило, это инвар и хромоникелевый сплав, соединенные в процессе сварки. Один из металлов обладает более высоким коэффициентом расширения, поэтому они нагреваются с разной скоростью.
При перегрузке током незафиксированная часть пластины деформируется в сторону металла с меньшим коэффициентом теплового расширения, что создает давление на контакты защитного устройства и приводит к отключению электроустановки при перегреве.
Большинство механических тепловых реле имеют две группы контактов. Одна пара является нормально разомкнутыми, а другая постоянно замкнутыми. При срабатывании защитного механизма меняется состояние контактов: первые замыкаются, а вторые – размыкаются.
В электронных реле имеются датчики и чувствительные элементы, которые реагируют на отклонения тока. Микропроцессор таких устройств настроен на определенные параметры, которые задают моменты, когда требуется отключить электропитание.
Ток контролируется встроенным трансформатором, после чего поступающая информация обрабатывается электроникой. Если текущий ток превышает установленный предел, сигнал мгновенно передается на выключатель.
Размыкая внешний контакт, реле с электронным управлением отключает нагрузку. Само тепловое реле для электродвигателя размещается на контакторе.
Биметаллическая пластина может нагреваться напрямую от воздействия пиковой нагрузочной токовой величины или косвенно с помощью отдельного термодатчика. Часто эти методы комбинируются в одном аппарате, что позволяет достигнуть лучших рабочих характеристик.
После остывания пластина возвращается в изначальное состояние. Контакты автоматически замыкаются или требуется вручную привести их в замкнутое положение.
Основные характеристики токового реле
Ключевая особенность реле тепловой защиты — зависимость периода срабатывания от протекающего тока: чем выше ток, тем быстрее происходит реакция. Это говорит о некоторой инерционности релейного элемента.
Перемещение носителей заряда через электроприбор, циркуляционный насос и электрокотлы вызывает выделение тепла. При номинальной нагрузке его допустимая продолжительность близка к бесконечности.
Однако при превышении номинальных значений температура в аппарате возрастает, что может привести к быстрому износу изоляции.
Обрыв цепи мгновенно останавливает дальнейший рост температуры, что позволяет избежать перегрева двигателя и предотвращает аварийный выход из строя оборудования.
Номинальная мощность самого мотора является важным параметром, влияющим на выбор соответствующего реле. Параметр в диапазоне 1,2-1,3 указывает на успешное срабатывание при перегрузке в 30% в течение 1200 секунд.
Длительность перегрузки может отрицательно сказаться на состоянии электрооборудования: при кратковременном воздействии в течение 5-10 минут нагревается только обмотка с малой массой. Долговременные перегревы вращают весь мотор, что может привести к серьезным сбоям или необходимости замены всего устройства на новое.
Чтобы максимально защитить оборудование от перегрузок, следует использовать реле тепловой защиты, время срабатывания которого соответствует предельным показателям перегрузки специфического электродвигателя.
Практически нет смысла разрабатывать реле для контроля напряжения под каждый тип мотора. Один и тот же релейный элемент может использоваться для защиты различных двигателей. Однако обеспечить надежную защиту во всем рабочем диапазоне, ограниченном минимумом и максимумом нагрузки, невозможно.
Повышение параметров тока не всегда приводит к аварийной ситуации. Перед тем как ротор и статор достигнут критической температуры, проходит определённое время.
Поэтому нет необходимости, чтобы защитные устройства реагировали на каждое, даже малозначительное увеличение тока. Реле должно отключать электродвигатель только в тех случаях, когда существует риск быстрого износа изоляционного слоя.
Типы тепловых реле
Существует множество видов реле, предназначенных для защиты электрических двигателей от обрывов фаз и токовых перегрузок. Они отличаются конструктивными характеристиками, типом используемых моторных пушек и применением в различных моторах.
ТРП. Однополюсное переключательное устройство с комбинированной системой нагрева. Оно предназначено для защиты асинхронных трехфазных электромоторов от перегрузок. Применяется в электросетях с постоянным током с напряжением до 440 В. Обладает высокой устойчивостью к вибрациям и механическим ударам.
РТЛ. Эти реле обеспечивают защиту двигателей в следующих случаях:
- при отсутствии одной из трех фаз;
- асимметрии токов и перегрузках;
- затрудненном запуске;
- заклинивании исполнительного механизма.
Их можно установить отдельно от магнитных пускателей или монтировать на ПМЛ. Они устанавливаются на стандартные рельсы, защитный класс – IP20.
РТТ. Эти устройства предназначены для защиты асинхронных трехфазных машин с короткозамкнутым ротором от затрудненного старта, длительных перегрузок и ассиметрии, т.е. перекоса фаз.
РТТ можно использовать как компоненты в различных схемах управления электроприводами и для интеграции в пускатели серии ПМА.
ТРН. Это двухфазные коммутаторы, которые контролируют запуск электроустановки и режим работы двигателя. Они практически не зависят от температуры окружающей среды и имеют систему ручного возврата контактов. Подходят для использования в постоянных токовых сетях.
РТИ. Эти электрические переключательные аппараты имеют постоянное, хотя и небольшое потребление электроэнергии. Устанавливаются на контакторах серии КМИ, работают совместно с предохранителями или автоматическими выключателями.
Твердотельные токовые реле. Это компактные электронные устройства на три фазы, не содержащие подвижных частей.
Они работают по принципу вычисления средних температур двигателя, постоянно отслеживая рабочий и пусковой ток. Не подвержены влиянию внешних условий и применяются в взрывоопасных зонах.
РТК. Пусковые переключатели для контроля температуры в корпусе электрооборудования, используются в автоматических схемах, где тепловые реле находятся в роли составных частей.
Для гарантии надежной работы электрооборудования релейный элемент должен обладать такими характеристиками, как чувствительность, быстрота реакции и селективность.
Важно понимать, что ни один из перечисленных выше приборов не подходит для защиты цепей от короткого замыкания.
Устройства тепловой защиты предотвращают только аварийные режимы, возникающие при неисправностях механизма или перегрузках.
Электрические устройства могут выйти из строя до активации реле. Чтобы обеспечить полную защиту, рекомендуется использовать предохранители или компактные автоматические выключатели модульного типа в дополнение к ним.
Монтаж, настройка и маркировка
Устройство для защиты от перегрузок, в отличие от электрических автоматов, не разрывает силовую цепь, а лишь сигнализирует о необходимости временного отключения при возникновении аварийной ситуации. Рабочий контакт у него выполняет функцию кнопки «стоп» и настраивается в последовательном соединении.
Схема подключения устройств
В реле не обязательно дублировать все функции силовых контактов, так как оно подключается непосредственно к магнитному пускателю. Такая схема позволяет значительно сократить затраты на материалы. Достаточно легче включить малый ток в управляющей цепи, чем одновременно отключить три фазы высоких токов.
В большинстве схем, соединяющих тепловое реле с объектом, используется постоянно замкнутый контакт, который последовательно соединяют с кнопкой «стоп» на пульте управления. Такой контакт обозначают НЗ (нормально замкнутый) или NC (normal connected).
При данной схеме разомкнутый контакт может служить для включения тепловой защиты. Схемы подключения электродвигателей с реле могут сильно различаться в зависимости от наличия дополнительных устройств и технических параметров.
В стандартной простой схеме ТР подключают к выходу низковольтного пускателя на электродвигатель. Дополнительные контакты обязательно соединяют последовательно с катушкой пускателя, что гарантирует защиту электрооборудования от перегрузки.
Если ток превышает допустимые значения, релейный элемент откроет цепь и мгновенно отключит магнитный пускатель и двигатель от электросети.
Подключение и установка теплового реле часто происходит одновременно с магнитным пускателем, предназначенным для управления и запуска электрического привода. Однако существуют модели, которые монтируются на DIN-рейку или специальную панель.
Особенности настройки релейных элементов
Один из ключевых аспектов при выборе защитных устройств для электродвигателей – это их корректное функционирование в аварийных ситуациях. Важно правильно подобрать и настроить прибор, избегая ложных срабатываний.
Электротепловое реле, оптимально соответствующее определенному типу двигателя по всем его характеристикам, сможет надежно защитить от перегрузок в каждой фазе, предотвратит долгий запуск устройства и избегает аварий, связанных с заклиниванием ротора.
К числу достоинств токовых защитных элементов относится высокая скорость реакции и широкий диапазон срабатывания, а также простота установки. Чтобы обеспечить быструю отключение электродвигателя при перегрузке, реле тепловой защиты необходимо настраивать на специальном стенде.
Это поможет избежать ошибок, вызванных естественным разбросом номинальных токов в НЭ. Для тестирования защитного устройства на стенде применяют метод фиктивных нагрузок.
Через термоэлемент пропускают электрический ток с пониженным напряжением, имитируя действительные тепловые нагрузки. Затем по таймеру точно определяют момент срабатывания.
Настраивая базовые параметры, следует стремиться к следующим значениям:
- при токе в 1,5 раза превышающем номинальный – отключение должно происходить через 150 секунд;
- при токе в 5…6 раз превышающем номинальный – отключение должно произойти через 10 секунд.
Если время срабатывания выходит за пределы нормы, релейный элемент настраивают с помощью контрольного винта.
При установке необходимо настроить прибор на максимальный допустимый ток двигателя и температуру окружающего воздуха.
Это нужно делать в тех обстоятельствах, когда значения номинального тока НЭ и двигателя отличаются, а также если температура окружающей среды ниже нормальной (+40 °C) больше чем на 10 градусов по Цельсию.
Ток срабатывания электротеплового реле уменьшается с повышением температуры окружающей среды, так как нагрев биметаллической полосы зависит от этого фактора. При значительных отклонениях корректировку ТР следует произвести или подобрать более подходящий термоэлемент.
Резкие изменения температуры особенно сильно влияют на работу токового реле, поэтому важно выбирать НЭ, способный выполнять свои функции, учитывая реальные показатели.
ТР рекомендуется устанавливать в одном помещении с защищаемой электрической установкой, избегая близости к теплогенераторам, нагревателям и другим источникам тепла.
Для реле с температурной компенсацией такие ограничения не актуальны. Токовая уставка защитного устройства может регулироваться в диапазоне 0,75-1,25 от номинального значения токов термоэлемента. Настройки выполняются поэтапно.
В первую очередь рассчитывают поправку E1 без температурной компенсации:
- Iном – номинальный ток нагрузки двигателя;
- Iнэ – номинальный ток рабочего нагревательного элемента в реле;
- c – деление шкалы (c=0,055 для защищенных пускателей, c=0,05 для открытых).
Следующий этап – расчет поправки E2 на температуру окружающей среды:
где ta (ambient temperature) – температура вокруг в градусах Цельсия.
Заключительный этап – определение суммарной поправки:
Суммарная поправка E может быть положительной и отрицательной. Если результат получается дробным, его надо округлить до целого, учитывая характер токовой нагрузки.
Для настройки реле эксцентрик следует установить на значение полученной суммарной поправки. Высокая температура срабатывания уменьшает зависимость функционирования защитного устройства от внешних условий.
Тепловое реле допускает ручную плавную регулировку тока срабатывания в пределах ±25% от номинального значения электромеханической установки.
Настройка осуществляется специальным рычагом, перемещение которого изменяет начальный изгиб биметаллической пластины. Расширенная настройка осуществляется путем замены термоэлементов.
В современных защитных аппаратах имеется тестовая кнопка для проверки работоспособности устройства без использования специального стенда. Также присутствует кнопка для сброса настроек. Обнуление может происходить как автоматически, так и вручную. Кроме того, в устройстве предусмотрен индикатор текущего статуса.
Маркировка электротепловых реле
При выборе защитных устройств учитываются показатели мощности электрического двигателя. Основные характеристики имею свою интерпретацию в маркировке.
Так выглядит обозначение тепловых реле от завода КЭАЗ. Важно при выборе обратить внимание на ток, который должен быть достаточным.
Рекомендуется учитывать следующие важные моменты:
- Различие в диапазонах установочных токов (указано в скобках) у разных производителей минимально.
- Буквенные обозначения конкретных вариантов исполнений могут быть разными.
- Климатические условия часто указаны в диапазоне. Например, УХЛ3О4 можно расшифровывать как УХЛ3-О4.
На сегодняшний день можно найти разнообразные версии устройства: реле для переменного и постоянного тока, моностабильные и бистабильные, устройства с задержкой при включении/выключении, реле тепловой защиты с ускоряющими механизмами, ТР без удерживающей обмотки или с несколькими.
Эти параметры не всегда указаны в маркировке, но обязательно должны содержаться в технической документации изделий.
С устройствами, их типами и маркировкой электромагнитного реле можно будет познакомиться в следующей статье, которой мы рекомендуем обратить внимание.
Заключение и полезное видео по теме
Устройство и принципы работы токового реле, обеспечивающего эффективную защиту электродвигателя, на примере модели РТТ 32П:
Правильная защита от перегрузок и обрывов фаз является залогом долгой и бесперебойной работы электрического мотора. Видео, демонстрирующее реакцию релейного элемента в случае аварийной работы механизма:
Инструкция по подключению устройства тепловой защиты к МП, принципиальные схемы электротеплового реле:
Реле тепловой защиты от перегрузок – это обязательный элемент любой системы управления электроприводом. Оно реагирует на ток, проходящий через двигатель, и срабатывает, когда температура электромеханической установки достигает критических значений. Это способствует максимальному продлению срока службы экологически безопасных электродвигателей.
Пожалуйста, оставляйте свои комментарии в блоке ниже. Расскажите, как вы выбирали и настраивали тепловое реле для своего электромотора. Делитесь полезной информацией, задавайте вопросы и публикуйте фотографии на тему статьи.
