Тепловое реле: устройство и принцип действия, характеристики, схема подключения к магнитному пускателю

Зачем нужны защитные аппараты?

Даже если привод правильно сконструирован и используется без нарушения основных правил эксплуатации, всегда есть вероятность выхода из строя.

К аварийным режимам относятся однофазные и многофазные короткие замыкания, тепловая перегрузка электрооборудования, блокировка ротора и разрушение подшипникового узла, выпадение фазы.

Электродвигатель, работающий в режиме повышенных нагрузок, потребляет огромное количество электроэнергии. А при регулярном превышении номинального напряжения оборудование интенсивно нагревается.

В результате изоляция быстро изнашивается, что приводит к значительному сокращению срока службы электромеханических установок. Для исключения подобных ситуаций в электрическую цепь подключается реле тепловой защиты. Их основная функция заключается в обеспечении нормальной работы потребителей.

Отключают двигатель с некоторой выдержкой времени, а в некоторых случаях и сразу, во избежание разрушения изоляции или повреждения отдельных частей электроустановки.

Реле тока постоянно защищает электродвигатель от фазовых ошибок и технологических перегрузок, а также торможения ротора. Это основные причины возникновения аварийных режимов

Для предотвращения снижения сопротивления изоляции включаются устройства защитного отключения, но если стоит задача не допустить прерывания охлаждения, подключаются специальные встроенные устройства тепловой защиты.

Устройство и принцип работы ТР

Конструктивно типовое электротепловое реле представляет собой небольшое устройство, состоящее из чувствительной биметаллической пластины, нагревательной катушки, рычажно-пружинной системы и электрических контактов.

Биметаллическая пластина изготавливается из двух разных металлов, обычно из инвара и хромоникелевой стали, прочно соединенных сваркой. Один металл имеет более высокий коэффициент теплового расширения, чем другой, поэтому они нагреваются с разной скоростью.

При перегрузке по току незакрепленная часть пластины изгибается в сторону материала с меньшим коэффициентом теплового расширения. Это воздействует на систему контактов защитного устройства и активирует отключение электроустановки в случае перегрева.

Большинство моделей механических тепловых реле имеют две группы контактов. Одна пара нормально разомкнута, другая постоянно закрыта. При срабатывании защитного устройства состояние контактов меняется. Первый закрывается, а второй открывается.

В электронных ТР используются специальные датчики и чувствительные щупы, реагирующие на увеличение тока. Микропроцессор этих защитных устройств запрограммирован параметрами, определяющими ситуации, когда необходимо отключить электропитание

Ток определяется встроенным трансформатором, после чего электроника обрабатывает полученные данные. Если текущее значение в данный момент больше уставки, импульс немедленно передается непосредственно на автоматический выключатель.

Размыкая внешний контактор, электронное реле блокирует нагрузку. Тепловое реле самого электродвигателя смонтировано на контакторе.

Биметаллическую пластину можно нагревать напрямую — за счет воздействия пикового тока нагрузки на металлическую полосу — или косвенно с помощью отдельной термопары. Часто эти принципы объединяются в одном устройстве тепловой защиты. При комбинированном отоплении агрегат имеет лучшую производительность.

После охлаждения пластина возвращается в исходное состояние. Переключающие контакты закрываются автоматически или должны замыкаться принудительно

Базовые характеристики токового реле

Основной характеристикой термозащитного выключателя является ярко выраженная зависимость времени срабатывания от протекающего через него тока – чем больше значение, тем быстрее он сработает. Это свидетельствует о некоторой инерционности релейного элемента.

Направленное движение частиц носителей заряда через любой электроприбор, циркуляционный насос и электрокотел приводит к выделению тепла. При номинальном токе его допустимая продолжительность стремится к бесконечности.

А при значениях, превышающих номинальные, температура в оборудовании повышается, что приводит к преждевременному износу изоляции.

Обрыв цепи моментально блокирует дальнейшее повышение температурных показателей. Это дает возможность предотвратить перегрев двигателя и предотвратить аварийный выход из строя электроустановки

Номинальная нагрузка самого двигателя является ключевым фактором при выборе агрегата. Показатель в пределах 1,2-1,3 указывает на успешную работу при перегрузке по току 30% в течение временного промежутка 1200 секунд.

Длительность перегрузки может негативно сказаться на состоянии электрооборудования — при кратковременном воздействии в течение 5-10 минут нагревается только обмотка двигателя, имеющая небольшую массу.

А при длительном нагреве нагревается весь двигатель, что чревато серьезными повреждениями. Или даже может возникнуть необходимость замены сгоревшего оборудования на новое.

Чтобы максимально защитить объект от перегрузки, необходимо использовать специально для него реле тепловой защиты, время срабатывания которого будет соответствовать максимально допустимым показателям перегрузки конкретного электродвигателя.

На практике нецелесообразно собирать реле контроля напряжения для каждого типа двигателя. Один релейный элемент используется для защиты двигателей различной конструкции. В то же время невозможно гарантировать надежную защиту во всем интервале работы, ограниченном минимальной и максимальной нагрузками.

Увеличение токовых показателей не приводит сразу к возникновению опасной аварийной ситуации для оборудования. Ротору и статору потребуется некоторое время, чтобы достичь предельной температуры

Поэтому совсем не обязательно, чтобы устройство защиты реагировало на каждое, даже небольшое увеличение тока. Реле должно отключать двигатель только в тех случаях, когда существует риск быстрого износа изоляционного слоя.

Виды реле тепловой защиты

Существует несколько типов реле для защиты электродвигателей от обрыва фазы и перегрузки по току. Все они отличаются конструктивными особенностями, типом применяемых МП и применением их в разных двигателях.

ГТО. Однополюсный коммутационный блок с комбинированной системой отопления. Предназначен для защиты асинхронных трехфазных электродвигателей от перегрузки по току. ТРП применяется в сетях постоянного тока с базовым напряжением не более 440 В при нормальных условиях эксплуатации, устойчив к вибрациям и ударам.

РТЛ. Обеспечьте защиту двигателя в таких случаях:

• при выходе из строя одной из трех фаз;
• асимметрия токов и перегрузки;
• отложенный старт;
• блокировка привода.

Их можно устанавливать с клеммами КРЛ отдельно от магнитных пускателей или монтировать непосредственно на ПМЛ. Устанавливается на рейки стандартного типа, класс защиты — IP20.

РТТ. Они защищают асинхронные трехфазные машины с короткозамкнутым ротором от длительного запуска механизма, длительной перегрузки и несимметрии, то есть перекоса фаз.

РТТ могут использоваться как компоненты в различных электрических схемах управления, а также для интеграции в пускатели серии РМА

РНН. Двухфазные выключатели, управляющие пуском электроустановки и режимом работы двигателя. Они практически не зависят от температуры окружающей среды, имеют только систему ручного возврата контактов в исходное состояние. Их можно использовать в сетях постоянного тока.

РТИ. Электрические коммутационные блоки с постоянным, хотя и низким, потреблением тока. Устанавливаются на контакторы серии КМИ. Работает совместно с предохранителями/автоматическими выключателями.

Твердотельные силовые реле. Представляют собой небольшие электронные устройства на три фазы, в конструкции которых нет движущихся частей.

Они работают по принципу расчета средних значений температур двигателя, для этого постоянно контролируют рабочий и пусковой ток. Они невосприимчивы к изменениям окружающей среды, поэтому используются во взрывоопасных зонах.

РТК. Пусковые выключатели для контроля температуры в электрическом шкафу. Применяются в схемах автоматики, где в качестве компонентов выступают тепловые реле.

Для обеспечения надежной работы электрооборудования релейный элемент должен обладать такими характеристиками, как чувствительность и быстродействие, а также избирательность

Важно помнить, что ни одно из вышеперечисленных устройств не подходит для защиты цепей от коротких замыканий.

Устройства тепловой защиты лишь предотвращают аварийные режимы, возникающие при ненормальной работе механизма или перегрузке.

Электрооборудование может сгореть еще до того, как реле начнет срабатывать. Для комплексной защиты их необходимо дополнить плавкими предохранителями или модульными компактными автоматическими выключателями.

Подключение, регулировка и маркировка

Выключатель перегрузки, в отличие от электрической машины, не разрывает цепь напрямую, а только подает сигнал на временное отключение объекта в аварийном режиме. Нормально замкнутый контакт действует как кнопка остановки контактора и подключается последовательно.

Тонкости регулировки релейных элементов

Одним из основных требований к устройствам защиты двигателя является точная работа устройств при аварийной работе двигателя. Очень важно правильно его подобрать и отрегулировать настройки, так как ложные срабатывания абсолютно недопустимы.

Электротепловое реле, оптимально подходящее по всем техническим параметрам к определенному типу двигателя, способно обеспечить надежную защиту от перегрузки по каждой фазе, предотвратить длительный пуск установки и предотвратить аварийные ситуации с заклиниванием ротора

Среди преимуществ использования элементов токовой защиты также следует отметить достаточно высокое быстродействие и широкий диапазон срабатывания, простоту монтажа.

Для обеспечения своевременного отключения электродвигателя при перегрузке реле тепловой защиты должно быть установлено на специальной платформе/скамье.

При этом устраняется неточность из-за естественной неравномерности распространения токов маркировки в НО. Для проверки устройства защиты на стенде используется метод фиктивных нагрузок.

Электрический ток пониженного напряжения пропускают через термопару, чтобы имитировать реальную тепловую нагрузку. После этого таймер точно определяет точное время срабатывания.

При настройке основных параметров следует стремиться к следующим показателям:

• при 1,5-кратном токе устройство должно отключить двигатель через 150 с;
• при 5…6-кратном токе он должен отключить двигатель через 10 с.

Если время срабатывания неправильное, релейный элемент необходимо отрегулировать с помощью контрольного винта.

Для корректной работы необходимо настроить прибор на максимально допустимый электрический ток двигателя и температуру воздуха

Это делается в тех случаях, когда значения номинального тока НО и двигателя различны, а также если температура окружающей среды ниже номинальной (+40 ºC) более чем на 10 градусов Цельсия.

Рабочий ток электротермовыключателя уменьшается с повышением температуры вокруг рассматриваемого объекта, так как от этого параметра зависит нагрев биметаллической полосы. При наличии существенных различий необходимо дополнительно отрегулировать ТП или подобрать более подходящую термопару.

Резкие колебания температурных показателей сильно влияют на работоспособность реле тока. Поэтому очень важно выбрать НЭ, способный эффективно выполнять основные функции, учитывая реальные значения.

ТР рекомендуется размещать в одном помещении с защищаемой электроустановкой. Их нельзя устанавливать вблизи теплогенераторов, обогревателей и других источников тепла

Эти ограничения не относятся к реле с температурной компенсацией. Уставка тока устройства защиты может регулироваться в пределах 0,75-1,25х от значений номинального тока термопары. Настройка осуществляется поэтапно.

Во-первых, поправка Е1 рассчитывается без температурной компенсации:

E1=(Inom-Ine)/s×Ine,

Где

• Iном – номинальный ток нагрузки двигателя,
• Инертный ток на рабочий нагревательный элемент в реле,
• с — значение деления шкалы, т е эксцентрика (с=0,055 для защищенных пускателей, с=0,05 для разомкнутых).

Следующим шагом является определение поправки Е2 на температуру окружающей среды:

Е2=(та-30)/10,

Где ta (температура окружающей среды) – температура окружающей среды в градусах Цельсия.

Последним шагом является нахождение полной поправки:

Е=Е1+Е2.

Суммарная поправка Е может быть со знаком «+» или «-». Если результат представляет собой дробное значение, его необходимо округлить до ближайшего целого числа в большую или меньшую сторону по модулю, в зависимости от характера рассматриваемой нагрузки.

Для регулировки реле эксцентрик переводится на полученное значение суммарной коррекции. Высокая температура срабатывания снижает зависимость устройства защиты от внешних индикаторов.

Реле тепловой защиты позволяет вручную плавно регулировать ток срабатывания устройства в пределах ± 25% от значения номинального тока электромеханической установки

Регулировка этих показателей осуществляется специальным рычагом, движение которого изменяет первый изгиб биметаллической пластины. Регулировка рабочего тока в более широком диапазоне осуществляется заменой термопар.

В современных коммутационных аппаратах для защиты от перегрузок имеется тестовая кнопка, позволяющая проверить исправность устройства без специального стенда. Также есть клавиша для сброса всех настроек. Вы можете сбросить их автоматически или вручную. Кроме того, изделие оснащено индикатором текущего состояния устройства.

Маркировка электротепловых реле

Устройства защиты подбираются в зависимости от мощности электродвигателя. Основная часть ключевых свойств скрыта внутри символа.

Вот так выглядит маркировка тепловых реле завода КЭАЗ. При выборе важно учитывать значение номинального тока соответствующей модели, чтобы оно было достаточным

Следует сосредоточиться на определенных моментах:

1. Диапазон установки значений тока (указан в скобках) у разных производителей отличается минимально.
2. Буквенные обозначения для того или иного вида исполнения могут различаться.
3. Климатические характеристики часто представляют в виде диапазона. Например, УХЛ3О4 следует читать так: УХЛ3-О4.

Сегодня можно купить ряд вариаций устройства: реле на переменный и постоянный ток, моностабильные и бистабильные, устройства с торможением при включении/выключении, реле тепловой защиты с ускоряющими элементами, ТР без удерживающей обмотки, с одной обмоткой и более.

Эти параметры не всегда фигурируют в маркировке приборов, но обязательно указываются в техпаспорте на электротехнические изделия.

С устройством, вариантами и маркировкой электромагнитного реле вас ознакомит следующая статья, которую мы рекомендуем вам прочитать.

Читайте также: Розетка с заземлением: виды, отличительные особенности и правила подключения

Области использования прибора

Электротепловые реле предназначены для предотвращения выхода из строя электродвигателей от перегрузок по рабочему току, в результате чего рабочая температура последних превышает нормативные значения. Любой электродвигатель имеет номинальный рабочий ток.

Критическое превышение этой технической характеристики в течение длительного времени приведет к перегреву обмоток силовой установки, разрушению изоляционного слоя и выходу из строя двигателя в целом.

Устройство электротермической защиты отключит электродвигатель и предотвратит аварию и отказ электродвигателя.

Тепловые реле защиты от перегрузок применяются и в других областях народного хозяйства, быта и производства, но основное их назначение – защита электростанций от повышения тока нагрузки до критических значений. Без этого устройства невозможна безопасная эксплуатация электродвигателей!

Конструкция и принцип работы прибора

Надежность работы силовых установок напрямую зависит от различных перегрузок, которым подвергается данный агрегат в процессе эксплуатации. Для каждого устройства существуют ограничения по току и их продолжительность, при которой оборудование работает в нормальном и безопасном режиме.

При номинальных значениях тока продолжительность работы электродвигателя или другой электроустановки ограничивается только механической прочностью вращающихся частей. Если это значение превышается в течение длительного времени, возникает аварийная ситуация.

Для обеспечения защиты электродвигателей и другого оборудования от перегрузок широко применяют устройства с биметаллическими элементами. Эти устройства работают в соответствии с законом физики, описанным учеными Джоулем и Ленце еще в 19 веке, который определяет зависимость выделяемого тепла от силы тока в определенном участке электрической цепи.

Именно этот закон определяет работу электротеплового реле (расцепителя). В конструкции устройства присутствует спираль, которая является источником тепла. Рядом с ним установлена ​​биметаллическая пластина, которая реагирует на излучаемое тепло.

Термопластины изготовлены из двух металлических сплавов с разной теплопроводностью, которые меняют геометрию при нагреве/охлаждении. Это свойство биметаллических элементов заложено в принципе действия теплового расцепителя.

При любом увеличении или уменьшении тока нагрузки рабочие пластины меняют свое пространственное расположение и механически воздействуют на толкатель, который размыкает или замыкает контактные группы теплового реле, подключенного к обмоткам магнитного пускателя (МП).

Стартер двигателя срабатывает и отключает нагрузку от электрической сети. Стандартная конструкция электротеплового реле показана на рисунке ниже.

На работу тепловых расцепителей с биметаллическими пластинами влияет температура окружающей среды, и дополнительно нагреваются рабочие элементы конструкции устройства. Для устранения этого явления все устройства этого типа снабжены дополнительными компенсирующими биметаллическими пластинами, изгибающимися в направлении, противоположном основным элементам.

Компенсатор является регулятором рабочего тока устройства. Для регулировки используется эксцентрик со шкалой, разделенной на две части. При повороте ручки компенсатора влево ток отключения уменьшается, а при ее перемещении вправо соответственно увеличивается.

Регулировка значений тока срабатывания происходит за счет увеличения/уменьшения зазора между толкателем и основной пластиной, за счет воздействия эксцентрика на дополнительную биметаллическую пластину.

Важно! При обрыве или отключении одной из фаз тока в трехфазной сети увеличивается ток нагрузки в оставшихся двух фазах, что приводит к срабатыванию электротеплового реле. Исходя из этого, можно сказать, что тепловой расцепитель – это защита электродвигателя от срабатывания в аварийной ситуации с обрывом фазы.

Виды термореле защиты

Следует отметить, что на современном рынке электротехнической продукции представлены различные типы модулей тепловой защиты для электроустановок. Каждое из этих устройств используется в конкретной ситуации и для определенного типа электрооборудования. К основным типам реле тепловой защиты относятся следующие конструкции.

1. РТЛ — электромеханическое устройство, обеспечивающее качественную тепловую защиту трехфазных электродвигателей и других силовых установок от критических перегрузок по потребляемой мощности.

Кроме того, этот тип теплового реле защищает электроустановку при перекосе фаз питания, длительном пуске устройства, а также при механических проблемах с ротором: остановке вала и так далее. Устройство монтируется на контакты ПМЛ (магнитный пускатель) или как самостоятельный элемент с зажимом КРЛ.

1. ПТТ представляет собой трехфазное устройство, предназначенное для защиты электродвигателей с короткозамкнутым ротором от перегрузки по току, перекоса между фазами питания и механических повреждений ротора, а также от замедления пускового момента. Имеет два варианта установки: как самостоятельный блок на щите или в сочетании с магнитными пускателями ПМЭ и ПМА.
2. РТИ — трехфазный вариант электротермического расцепителя, защищающий электродвигатель от теплового повреждения обмоток при критическом превышении тока потребления, от длительного пускового момента, асимметрии фаз питания и от механических повреждений подвижных частей электродвигателя ротор. Установка монтируется на магнитные контакторы КМТ или КМИ.
3. ТРН — двухфазное устройство электротермической защиты электродвигателей, обеспечивающее контроль продолжительности пуска и тока в нормальном режиме работы. Возврат контактов в исходное состояние после аварийной операции осуществляется только вручную.

Работа этого выпуска полностью независима от температуры окружающей среды, что немаловажно для жаркого климата и жарких производств.

1. РТК – электротермический расцепитель, с помощью которого можно контролировать единственный параметр – температуру металлического корпуса электроустановки. Контроль осуществляется с помощью специального щупа. При превышении критического значения температуры устройство отключает электроустановку от сети.
2. Твердотельное – тепловое реле, не имеющее в своей конструкции подвижных элементов. Работа разряда не зависит от температурного режима окружающей среды и других свойств атмосферного воздуха, важных для взрывоопасных производств. Обеспечивает контроль продолжительности разгона электродвигателей, оптимального тока нагрузки, обрыва фазных проводов и блокировки ротора.
3. RTE — это защитное тепловое реле, которое по сути является предохранителем. Устройство изготовлено из металлического сплава с низкой температурой плавления, который плавится при критических температурах и разрывает цепь питания электроустановки. Данное электротехническое изделие монтируется непосредственно в корпус электростанции в обычном месте.

Из приведенной выше информации видно, что сегодня существует несколько различных типов электротепловых реле. Все они используются для решения единой задачи — защиты электродвигателей и других электроэнергетических установок от перегрузок по току при повышении температур рабочих частей аппаратов до критических значений.

Где купить

Купить устройство можно в кратчайшие сроки в ближайшем специализированном магазине. Оптимальным вариантом, по соотношению цена-качество, является вариант покупки в интернет-магазине Алиэкспресс.

Обязательное длительное ожидание посылок из Китая ушло в прошлое, ведь сейчас многие товары находятся на промежуточных складах в странах назначения: например, при заказе можно выбрать вариант «Доставка из России»:

Схема подключения теплового реле

Чаще всего тепловое реле подключается непосредственно к магнитному пускателю. Разъемы питания устройства позволяют установить его на МП без проводов.

Существуют также модели с тепловой защитой, которые можно монтировать в виде отдельного модуля на монтажной плате или на DIN-рейке в электрическом шкафу. На следующем рисунке представлена ​​блок-схема подключения теплового реле по действующему ГОСТу.

На следующем рисунке показана схема управления электродвигателем, отключающая его от сети в аварийной ситуации: перегрузка по току или обрыв провода в одной из фаз.

Для непосвященного человека все эти принципиальные схемы абсолютно ничего не значат, поэтому на следующем изображении будет представлена ​​более доступная для понимания простого потребителя схема подключения электротеплового реле с фотографиями всех элементов, входящих в систему защиты электродвигателей от токовых перегрузок.

Давайте кратко рассмотрим, как работает эта схема защиты двигателя. Вводной автомат обеспечивает подачу одной фазы через нормально замкнутую аварийную кнопку «Стоп» на разомкнутую кнопку «Пуск». При включении напряжение питания падает на обмотку магнитного пускателя, который последовательно включает электродвигатель.

Все фазы питания электродвигателя проходят через обмотки реле с биметаллическими элементами. При увеличении тока нагрузки до максимальных значений срабатывает тепловая защита и силовая установка отключается.

Обратите внимание на следующее! Электротепловое реле устанавливается в цепи после всех типов контакторов, но перед электродвигателем или другим электрооборудованием. Включение автоматического выключателя осуществляется кнопкой «Стоп». Все элементы системы защиты соединены последовательно.

Выбор электротеплового реле

Выбор теплового реле зависит от многих факторов эксплуатации: температуры окружающей среды; где он установлен; мощность подключаемого оборудования; необходимые средства аварийного оповещения и так далее. Чаще всего потребитель делает выбор, исходя из следующих технических характеристик устройства.

1. Для однофазных сетей следует выбирать тепловое реле с функцией автоматического сброса и возврата контактов в исходное состояние через определенное время. Такое устройство сработает повторно, если состояние тревоги сохраняется, а перегрузка оборудования по току сохраняется.
2. Для теплого климата и горячих цехов следует использовать тепловые реле с компенсатором температуры воздуха. К ним относятся модели с обозначением TRV. Они способны нормально функционировать в широком диапазоне внешних температур.
3. Для критического оборудования с обрывом фазы следует использовать соответствующую тепловую защиту. Практически все модели тепловых реле способны отключать электроустановки при возникновении такой ситуации, так как обрыв одной фазы сильно увеличивает ток нагрузки на оставшихся двух.
4. Тепловые реле со световой индикацией чаще всего используются в промышленности, где необходимо быстро среагировать на внештатную ситуацию. Светодиоды состояния устройства позволяют оператору визуально контролировать рабочий процесс.

Цена реле тепловой защиты может колебаться в очень широком диапазоне. Стоимость устройства зависит от многих факторов: общих технических характеристик, наличия дополнительных функций, используемых при производстве материалов, а также известности производителя устройства.

Минимальная цена теплового реле составляет около 500 рублей, а максимальная может достигать нескольких тысяч. Реле известных производителей без ошибок дополнены паспортом с подробным описанием технических характеристик, а также полной инструкцией по подключению устройства к электроустановкам.

Преимущества устройства

По своей сути тепловое реле представляет собой автоматическое устройство для отключения электрооборудования от электросети. Однако, в отличие от простого автомата включения/выключения, электротепловое реле имеет ряд следующих существенных преимуществ:

• возможность регулировки времени и момента срабатывания в зависимости от тока перегрузки и продолжительности его воздействия на электрооборудование;
• различные варианты подключения: выносной монтаж в электрощитах или прямой монтаж на магнитных пускателях.

К другим достоинствам тепловых реле можно отнести малые габариты, вес и, конечно же, стоимость, а также простоту конструкции и высокую эксплуатационную надежность. Определенным недостатком устройства является необходимость периодических регулировок и поверок.