Долговечность и надежность работы любой установки с электродвигателем зависят от множества факторов. Однако на продолжительность функционирования мотора существенно воздействуют токовые перегрузки. Для их предотвращения устанавливается тепловое реле, которое защищает основной рабочий механизм электромашины.
В данной статье мы обсудим, как правильно выбрать устройство, способное предсказать возникновение аварийных ситуаций, связанных с превышением допустимых значений тока. Мы рассмотрим принцип работы таких реле, их разновидности и характеристики, а также дадим рекомендации по подключению и правильной настройке.
Краткое содержание статьи
Зачем нужны защитные аппараты?
Даже в случае правильного проектирования электропривода и соблюдения основных правил эксплуатации, всегда существует риск возникновения неисправностей.
К аварийным ситуациям относятся однофазные и многофазные короткие замыкания, тепловые перегрузки оборудования, заклинивание ротора и повреждение подшипников, а также обрыв фазы.
При работе под увеличенными нагрузками электрический двигатель потребляет значительное количество электроэнергии. Регулярное превышение номинального напряжения приводит к интенсивному нагреву оборудования.
В результате этого изоляция быстро изнашивается, что значительно сокращает срок службы электромеханических установок. Чтобы избежать таких проблем, в электрическую цепь подключают реле тепловой защиты, основная функция которого – поддержание нормального режима работы потребителей.
Оно отключает двигатель с установленной задержкой, а в некоторых случаях – мгновенно, чтобы предотвратить разрушение изоляции или повреждение отдельных компонентов электроустановки.
Токовое реле обеспечивает защиту электрического двигателя от обрыва фазы и перегрузок, а также от торможения ротора. Именно это является основными факторами, которые могут привести к аварийным режимам.
Для предотвращения снижения сопротивления изоляции используются устройства защитного отключения, а для борьбы с риском нарушения охлаждения подключаются специальные аппараты с встроенной тепловой защитой.
Устройство и принцип работы ТР
Конструктивно стандартное электротепловое реле представляет собой небольшой прибор, состоящий из чувствительной биметаллической пластины, нагревательной спирали, системы рычага и пружин, а также электрических контактов.
Биметаллическая пластина изготавливается из двух разных металлов, как правило, инвара и хромоникелевой стали, которые объединяются сваркой. Один металл отличается большим температурным коэффициентом расширения, чем другой, поэтому они нагреваются с различной скоростью.
В случае токовой перегрузки гибкая часть пластины изгибается к металлическому материалу с меньшим коэффициентом теплового расширения. Это приводит к механическому воздействию на контактную систему в защитном устройстве, активируя отключение электроустановки при перегреве.
Большинство механических тепловых реле имеют две группы контактов: одни нормально разомкнуты, другие постоянно замкнуты. При срабатывании защитного устройства их состояние меняется — первые замыкаются, а вторые размыкаются.
В электронных реле защиты используются специальные датчики и чувствительные элементы, реагирующие на рост тока. В микропроцессоре таких устройств заложены параметры, которые определяют, когда необходимо отключить подачу электричества.
Ток измеряется с помощью встроенного трансформатора, после чего информация обрабатывается электронной системой. Если текущий ток превышает установленное значение, импульс сразу же передаётся на выключатель.
Размыкая внешний контактор, реле с электронным механизмом блокирует нагрузку. Тепловое реле для электродвигателя устанавливается на контакторе.
Биметаллическая пластина может нагреваться непосредственно – из-за влияния пикового тока нагрузки на металлическую полосу, или косвенно, благодаря использованию отдельного термоэлемента. Часто эти подходы объединяются в одном устройстве тепловой защиты. При комбинированном нагреве прибор демонстрирует лучшие рабочие характеристики.
После остывания пластина возвращается в исходное состояние. Контакты автоматически замыкаются или же это необходимо делать вручную.
Базовые характеристики токового реле
Главной характеристикой коммутатора тепловой защиты является четкая зависимость времени срабатывания от проходящего через него тока — чем выше ток, тем быстрее срабатывает устройство. Это говорит о наличии определенной инерционности релейного элемента.
Перемещение частиц-носителей заряда через любой электроприбор, циркуляционный насос и электрокотел генерирует тепло. При номинальных токах их допустимое время действия стремится к бесконечности.
Однако при значениях, превышающих номиналы, температура оборудования увеличивается, что приводит к преждевременному износу изоляции.
Обрыв цепи мгновенно останавливает дальнейший рост температуры. Это позволяет предупредить перегрев двигателя и избежать аварийного выхода из строя электрического оборудования.
Номинальная нагрузка самого мотора – ключевой фактор, который влияет на выбор прибора. Параметр в диапазоне 1,2-1,3 указывает на успешное срабатывание при токовой перегрузке в 30% за 1200 секунд.
Продолжительность перегрузки может негативно повлиять на состояние электрооборудования. При кратковременном воздействии в 5-10 минут нагревается только обмотка мотора, имеющая небольшой объем. При длительных перегрузках нагревается весь двигатель, что может привести к серьезным повреждениям и, возможно, необходимости замены вышедшего из строя оборудования новым.
Чтобы максимально защитить объект от перегрузки, необходимо использовать реле тепловой защиты, время срабатывания которого будет адаптировано к допустимым показателям перегрузки конкретного электродвигателя.
На практике нецелесообразно создавать реле контроля напряжения для каждого типа мотора. Один релейный элемент может защищать двигатели разного конструктивного исполнения. Однако гарантировать надежную защиту на всем диапазоне рабочих нагрузок невозможно.
Рост токовых параметров не всегда сразу вызывает риск аварийного состояния оборудования. Прежде чем ротор и статор нагреются до предельного значения, потребуется некоторое время.
Таким образом, нет необходимости, чтобы защитное устройство реагировало на каждое, даже небольшое, повышение тока. Реле должно отключать электродвигатель только в тех случаях, когда существует опасность быстрого износа изоляционного слоя.
Виды реле тепловой защиты
Существует несколько видов реле, предназначенных для защиты электрических двигателей от обрывов фаз и токовых перегрузок. Все они различаются по конструктивным особенностям, типам используемых материалов и совместимости с различными моторами.
ТРП. Однополюсное коммутирующее устройство с комбинированной системой нагрева. Оно предназначено для защиты асинхронных трехфазных электродвигателей от токовых перегрузок. ТРП используется в постоянных электрических сетях с основным напряжением не более 440 В и отличается устойчивостью к вибрациям и механическим ударам.
РТЛ. Обеспечивают защиту двигателям в следующих ситуациях:
- при обрыве одной из трех фаз;
- асимметрии токов и перегрузках;
- затянутом пуске;
- заклинивании исполнительного механизма.
Их можно устанавливать отдельно от магнитных пускателей с клеммами КРЛ или напрямую монтировать на ПМЛ. Они устанавливаются на стандартные рейки, класс защиты – IP20.
РТТ. Предназначены для защиты асинхронных трехфазных машин с короткозамкнутым ротором от затянутого пуска, длительных перегрузок и асимметрии, то есть смещения фаз.
РТТ могут использоваться как составные части в различных схемах управления электроприводами, а также для интеграции в пускатели серии ПМА.
ТРН. Двухфазные коммутаторы, контролирующие пуск электроустановки и режим работы мотора. Практически не подвержены влиянию температуры окружающей среды и имеют только систему ручного возврата контактов в исходное состояние. Могут применяться в цепях постоянного тока.
РТИ. Электрические переключающие устройства с фиксированным, хоть и невысоким потреблением электроэнергии. Устанавливаются на контакторах серии КМИ и работают совместно с предохранителями или автоматическими выключателями.
Твердотельные токовые реле. Являются небольшими электронными устройствами для трех фаз, в конструкции которых отсутствуют движущиеся части.
Они работают по принципу расчета средних температур двигателя, постоянно контролируя рабочий и пусковой ток. Эти устройства не реагируют на изменения в окружающей среде, поэтому их можно использовать в зонах с высоким риском взрыва.
РТК. Пусковые коммутаторы для контроля температуры внутренней части электрооборудования. Применяются в автоматических схемах, где тепловые реле выполняют роли составных элементов.
Для обеспечения надежной работы электрического оборудования релейный элемент должен обладать такой чувствительностью и быстродействием, а также селективностью.
Следует также помнить, что ни один из вышеупомянутых приборов не предназначен для защиты цепей от короткого замыкания.
Устройства тепловой защиты обеспечивают предотвращение аварийных режимов, возникающих при неисправной работе механизма или перегрузках.
Электрооборудование может выйти из строя еще до срабатывания реле. Для полноценной защиты их необходимо дополнить предохранителями или компактными автоматическими выключателями модульной конструкции.
Подключение, регулировка и маркировка
Коммутационное устройство для защиты от перегрузки, в отличие от электрического автомата, не размыкает силовую цепь напрямую. Вместо этого оно генерирует сигнал для временного отключения оборудования в случае аварии. В нормальном состоянии его контакт функционирует как кнопка «стоп» контактора и подключается по последовательному принципу.
Схема подключения оборудования
При проектировании реле не обязательно дублировать все функции силовых контактов при его срабатывании, так как это устройство соединяется напрямую с мотором. Это позволяет значительно сэкономить на материалах для силовых контактов. В управляющей цепи проще провести малый ток, чем отключать три фазы, которые требуют большего тока.
Во многих схемах подключения теплового реле к объекту используется контакт, который постоянно замкнут. Он последовательно соединяется с кнопкой «стоп» на пульте управления и обозначается как НЗ – нормально замкнутый или NC – normal connected.
Контакт, который размыкается, может быть использован для активации тепловой защиты в такой схеме. Схемы подключения электромоторов с реле тепловой защиты могут значительно отличаться в зависимости от наличия дополнительных устройств или специфики технологии.
В стандартной простой схеме ТР подключается к выходу низковольтного пускателя, используемого для электрического мотора. Дополнительные контакты устройства обязательно соединяются последовательно с катушкой пускателя.
Это обеспечивает надежную защиту электрооборудования от перегрузок. В случае, если ток превышает допустимые пределы, релейный элемент разомкнет цепь и мгновенно отключит мотор и объект от электросети.
Установка и подключение теплового реле обычно выполняются вместе с магнитным пускателем, предназначенным для управления запуском электрического привода. Однако существуют варианты, которые монтируются на DIN-рейку или специализированные панели.
Особенности настройки релейных устройств
Одним из ключевых требований к устройствам, защищающим электродвигатели, является их точная реакция при возникновении аварийных состояний работы мотора. Очень важно правильно выбрать и настроить устройство, так как ложные срабатывания недопустимы.
Электротепловое реле, которое идеально подходит для конкретного типа двигателя по всем техническим параметрам, сможет надежно защитить каждую фазу от перегрузок, предотвратить длительный запуск оборудования и избежать аварийных ситуаций, связанных с заклиниванием ротора.
Среди заслуг использования токовых защитных элементов стоит выделить высокую скорость срабатывания и широкий диапазон настройки, а также легкость монтажа. Для обеспечения своевременного отключения электромотора при перегрузке реле тепловой защиты следует настраивать на специальной платформе или стенде.
Такой подход исключает возможные ошибки, связанные с природным разбросом номинальных токов в НЭ. Для проверки защитного устройства используется метод с имитацией нагрузок на стенде.
Через термоэлемент пропускается ток пониженского напряжения, чтобы создать реальную тепловую нагрузку. После этого с помощью таймера оценивается точное время срабатывания.
На этапе настройки базовых параметров необходимо стремиться к следующим значениям:
- при 1,5-кратном токе реле должно отключать мотор через 150 секунд;
- при 5…6-кратном токе оно должно отключить мотор через 10 секунд.
Если время срабатывания отличается от нормы, релейный элемент следует отрегулировать с помощью контрольного винта.
Для тщательной работы обязательно требуется настроить устройство под максимальный допустимый электрический ток двигателя и температурный режим воздуха.
Эти действия необходимы, если номинальные токи НЭ и мотора не совпадают, а также если температура внешней среды превышает номинальную (+40 °C) на более чем 10 градусов по шкале Цельсия.
Ток срабатывания электротеплового реле снижается с ростом температуры вокруг устройства, так как нагрев биметаллической пластины зависит от этого параметра. При значительных отличиях необходимо либо отрегулировать ТР, либо выбрать более подходящий термоэлемент.
Резкие колебания температуры существенно влияют на результативность токового реле. Поэтому важно выбирать НЭ, способный стабильно выполнять функции с учетом реальных значений.
ТР рекомендуется устанавливать в помещении, где находится защищенное электрооборудование. Их не следует монтировать вблизи источников тепла, таких как калориферы или печи.
На реле с температурной компенсацией эти требования не действуют. Токовые настройки защитного устройства можно изменять в пределах 0,75-1,25х от номинального значения тока термоэлемента, и производить настройку нужно постепенно.
Сначала вычисляется поправка E1 без учета температурной компенсации:
- Iном – номинальный ток нагрузки двигателя,
- Iнэ – номинальный ток рабочего нагревательного элемента в реле,
- c – цена деления шкалы, то есть эксцентрик (c=0,055 для защищенных пускателей, c=0,05 для открытых).
Далее определяют поправку E2, отвечающую за температуру окружающей среды:
где ta (ambient temperature) – температура внешней среды в градусах Цельсия.
На последнем этапе вычисляется общая поправка:
Суммарная поправка E может быть как положительной, так и отрицательной. Если получается дробное значение, его следует округлить до целого числа в сторону уменьшения или увеличения, в зависимости от характера токовой нагрузки.
Для настройки реле эксцентрик устанавливается на высчитанное значение суммарной поправки. Высокая температура срабатывания уменьшает зависимость работы защитного устройства от внешних факторов.
Реле тепловой защиты позволяет плавно регулировать величину срабатывающего тока в пределах ±25% от значения номинального тока электромеханической установки.
Эта регулировка осуществляется с помощью специального рычага, который изменяет начальный изгиб биметаллической пластины. Настройка срабатывающего тока на более широком диапазоне производится заменой термоэлементов.
В современных устройствах защиты от перегрузки присутствует тестовая кнопка, позволяющая проверить работоспособность без специального стенда. Также есть кнопка для сброса всех настроек, которую можно обнулить как автоматически, так и вручную. Кроме того, оборудование оснащено индикатором состояния электроприбора.
Маркировка электротепловых реле
Выбор защитных устройств зависит от мощности электрического двигателя. Большинство ключевых характеристик зашифровано в условном обозначении.
Так выглядит маркировка тепловых реле завода КЭАЗ. При выборе важно обратить внимание на значение номинального тока модели, чтобы оно подходило.
При этом следует основное внимание обратить на следующие моменты:
- Диапазон значений токов уставки (указан в скобках) у различных производителей различается минимально.
- Буквенные обозначения типа исполнения могут варьироваться.
- Климатическое исполнение часто представлено в виде диапазона. Например, УХЛ3О4 следует интерпретировать как УХЛ3-О4.
Сегодня на рынке имеются различные варианты данного устройства: реле для переменного и постоянного тока, моностабильные и бистабильные модели, устройства с задержкой при включении и отключении, реле тепловой защиты с ускоряющими элементами, ТР без удерживающей обмотки, с одной обмоткой или несколькими.
Данные характеристики не всегда указаны в маркировке устройств, однако они обязательно должны содержаться в техническом паспорте электротехнических изделий.
О разновидностях и маркировке электромагнитных реле можно узнать из следующей статьи, которую мы настоятельно рекомендуем прочитать.
Выводы и полезное видео по теме
Устройство и принцип работы токового реле для эффективной защиты электродвигателя на примере реле РТТ 32П:
Правильная защита от перегрузки и обрывов фаз – это залог долгосрочной и надежной работы электрического мотора. Ознакомьтесь с видео, в котором показано, как реагирует релейный элемент в случае аварийной ситуации:
Информация о том, как подключить устройство тепловой защиты к МП, основные схемы электротеплового реле:
Реле тепловой защиты от перегрузок – функциональный элемент любой системы управления электрическим приводом. Оно реагирует на ток, проходящий к двигателю, и активируется, когда температура электромеханической установки достигает строгих пределов. Это позволяет максимально увеличить срок службы экологически безопасных электродвигателей.
Пожалуйста, оставляйте свои комментарии в блоке ниже. Поделитесь опытом выбора и настройки теплового реле для вашего электромотора. Делитесь полезной информацией, задавайте вопросы и добавляйте фотографии, относящиеся к теме статьи.
