Tepelné relé: princíp činnosti, typy, schéma zapojenia + nastavenie a značenie

Trvácnosť a spoľahlivosť v prevádzke akéhokoľvek zariadenia s elektrickým motorom závisí od rôznych faktorov. Avšak vo významnej miere ovplyvňujú životnosť motora prúdové preťaženia. Aby sa im predišlo, pripája sa tepelné relé, ktoré chráni hlavný pracovný orgán elektrického stroja.

Povieme vám, ako vybrať zariadenie, ktoré predpovedá vznik núdzových situácií s prekročením maximálne prípustných hodnôt prúdu. V nami prezentovanom článku je opísaný princíp činnosti, uvedené sú druhy a ich charakteristiky. Sú poskytnuté rady k pripojeniu a správnemu nastaveniu.

Prečo sú potrebné ochranné prístroje?

Aj keď je elektrický pohon správne navrhnutý a používaný bez porušenia základných pravidiel prevádzky, vždy existuje pravdepodobnosť vzniku porúch.

K núdzovým prevádzkovým režimom patria jednofázové a viacfázové skraty, tepelné preťaženia elektrického zariadenia, zablokovanie rotora a zničenie ložiskového uzla, prerušenie fázy.

Pri fungovaní v režime zvýšeného zaťaženia spotrebúva elektrický motor obrovské množstvo elektrickej energie. A pri pravidelnom prekračovaní hodnôt menovitého napätia sa zariadenie intenzívne zahrieva.

V dôsledku toho sa rýchlo opotrebúva izolácia, čo vedie k výraznému zníženiu prevádzkovej životnosti elektromechanických zariadení. Aby sa vylúčili takéto situácie, do obvodu elektrického prúdu sa pripája relé tepelnej ochrany. Ich hlavnou funkciou je zabezpečiť normálny režim prevádzky spotrebičov.

Odpojujú motor s určitým časovým oneskorením av niektorých prípadoch – okamžite, aby sa zabránilo zničeniu izolácie alebo poškodeniu jednotlivých častí elektrického zariadenia.

Prúdové relé neustále chráni elektrický motor pred prerušením fázy a technologickými preťaženiami, ako aj pred blokovaním rotora. To sú hlavné príčiny, pre ktoré vznikajú núdzové režimy.

S cieľom zabrániť zníženiu izolačného odporu sa používajú zariadenia ochranného vypnutia, a ak je úlohou zabrániť poruche chladenia, pripájajú sa špeciálne prístroje vstavanej tepelnej ochrany.

Zariadenie a princíp činnosti TR

Konštrukčne predstavuje štandardné elektrotepelné relé malý prístroj, ktorý pozostáva z citlivej bimetalovej platne, vyhrievacej špirály, pákovo-pružinového systému a elektrických kontaktov.

Bimetalová platňa sa vyrába z dvoch rozdielných kovov, spravidla z invaru a chromniklovej ocele, pevne spojených v procese zvárania. Jeden kov má väčší koeficient tepelnej rozťažnosti ako druhý, preto sa zahrievajú rôznou rýchlosťou.

Pri prúdovom preťažení sa nefixovaná časť platne ohýba smerom k materiálu s nižšou hodnotou koeficientu tepelnej rozťažnosti. To pôsobí silou na systém kontaktov v ochrannom zariadení a aktivuje vypnutie elektrického zariadenia pri prehriatí.

Vo väčšine modelov mechanických tepelných relé sú dve skupiny kontaktov. Jeden pár je normálne otvorený, druhý je trvalo zatvorený. Keď dôjde k aktivácii ochranného zariadenia, kontakty zmenia stav. Prvé sa zatvoria, druhé sa otvoria.

V elektronických TR sa používajú špeciálne senzory a citlivé sondy, ktoré reagujú na zvýšenie prúdu. V mikroprocesore takýchto ochranných zariadení sú naprogramované parametre, ktoré určujú situácie, kedy je potrebné odpojiť napájanie.

Prúd detekuje integrovaný transformátor, potom elektronika spracuje získané údaje. Ak je aktuálna hodnota prúdu väčšia ako nastavená hodnota, impulz sa okamžite prenáša priamo na vypínač.

Rozopínaním externého kontaktora relé s elektronickým mechanizmom blokuje záťaž. Samotné tepelné relé pre elektromotor sa inštaluje na kontaktor.

Bimetalová platňa môže byť zahrievaná priamo – pôsobením špičkového zaťažovacieho prúdu na kovový pás alebo nepriamo pomocou samostatného termočlánku. Často sa tieto princípy kombinujú v jednom zariadení tepelnej ochrany. Pri kombinovanom ohreve má prístroj lepšie pracovné charakteristiky.

Po vychladnutí sa platňa vráti do pôvodného stavu. Spínacie kontakty sa automaticky zatvoria, alebo je potrebné ich nútene uviesť do zatvoreného stavu.

Základné charakteristiky prúdového relé

Hlavnou charakteristikou spínača tepelnej ochrany je výrazná závislosť doby odozvy od pretekajúceho prúdu – čím väčšia hodnota, tým rýchlejšie sa aktivuje. To svedčí o určitej zotrvačnosti reléového prvku.

Smerový pohyb častíc-nosičov náboja cez akýkoľvek elektrický spotrebič, cirkulačné čerpadlo a elektrický kotol, generuje teplo. Pri menovitom prúde sa jeho prípustná doba trvania blíži k nekonečnu.

Pri hodnotách presahujúcich menovité parametre sa v zariadení zvyšuje teplota, čo vedie k predčasnému opotrebovaniu izolácie.

Prerušenie obvodu okamžite blokuje ďalší rast teplotných ukazovateľov. To umožňuje predísť prehriatiu motora a zabrániť havarijnému zlyhaniu elektrickej inštalácie.

Menovité zaťaženie samotného motora je kľúčovým faktorom, ktorý určuje výber prístroja. Ukazovateľ v intervale 1,2-1,3 označuje úspešné vybavenie pri prúdovom preťažení 30% v časovom úseku 1200 sekúnd.

Trvanie preťaženia môže negatívne ovplyvniť stav elektrického zariadenia – pri krátkodobom pôsobení 5-10 minút sa zahrieva len vinutie motora, ktoré má malú hmotnosť. Pri dlhodobom pôsobení sa zahrieva celý motor, čo môže viesť k vážnym poruchám. Alebo môže byť dokonca potrebná výmena zhoreného zariadenia za nové.

Aby sa čo najviac chránil objekt pred preťažením, malo by sa preň konkrétne použiť tepelné ochranné relé, ktorého doba vybavenia bude zodpovedať maximálne prípustným hodnotám preťaženia konkrétneho elektromotora.

V praxi nie je účelné zostavovať relé na kontrolu napätia pre každý typ motora. Jeden reléový prvok sa používa na ochranu motorov rôzneho konštrukčného prevedenia. Pritom nie je možné zaručiť spoľahlivú ochranu v celom pracovnom intervale ohraničenom minimálnym a maximálnym zaťažením.

Zvýšenie hodnôt prúdu nevedie okamžite k nebezpečnému havarijnému stavu zariadenia. Kým sa rotor a stator zohrejú na hraničnú teplotu, uplynie určitý čas.

Preto nie je nevyhnutné, aby ochranné zariadenie reagovalo na každé, aj nepatrné zvýšenie prúdu. Relé by malo odpojiť elektromotor len v prípadoch, keď hrozí rýchle opotrebovanie izolačnej vrstvy.

Druhy relé tepelnej ochrany

Existuje niekoľko druhov relé na ochranu elektrických motorov pred prerušením fáz a prúdovým preťažením. Všetky sa líšia konštrukčnými vlastnosťami, typom použitých MP a použitím v rôznych motoroch.

TRP. Jednopólový spínací prístroj s kombinovaným systémom ohrevu. Je určený na ochranu asynchrónnych trojfázových elektromotorov pred prúdovým preťažením. TRP sa používa v elektrických sieťach jednosmerného prúdu so základným napätím pri normálnej prevádzke najviac 440 V. Vyznačuje sa odolnosťou voči vibráciám a nárazom.

RTL. Zabezpečujú motorom ochranu v týchto prípadoch:

• pri výpadku jednej z troch fáz;
• asymetrii prúdov a preťažení;
• predĺženého štartu;
• zablokovania výkonného mechanizmu.

Je možné ich inštalovať so svorkami KRL oddelene od magnetických spúšťačov alebo montovať priamo na PML. Inštalujú sa na lišty štandardného typu, trieda ochrany – IP20.

RTT. Chránia asynchrónne trojfázové motory so skratovaným rotorom pred oneskoreným štartom mechanizmu, dlhodobým preťažením a asymetriou, teda nesymetriou fáz.

RTT môžu byť použité ako súčiastky v rôznych schémach riadenia elektrických pohonov, ako aj na integráciu do štartérov série PMA

TRN. Dvojfázové spínače, ktoré kontrolujú štart elektrickej inštalácie a režim práce motora. Prakticky nezávisia od teploty okolia, majú iba systém manuálneho vrátenia kontaktov do počiatočného stavu. Možno ich použiť v sieťach jednosmerného prúdu.

RTI. Elektrické spínacie prístroje s konštantnou, hoci malou spotrebou elektrickej energie. Montujú sa na kontaktoroch série KMI. Pracujú spolu s poistkami/automatickými ističmi.

Polovodičové prúdové relé. Sú to malé elektronické zariadenia na tri fázy, v ktorých konštrukcii nie sú žiadne pohyblivé časti.

Fungujú na princípe výpočtu priemerných hodnôt teplôt motora, pričom vykonávajú nepretržité monitorovanie pracovného a štartovacieho prúdu. Vyznačujú sa odolnosťou voči zmenám okolitého prostredia, a preto sa používajú vo výbušných zónach.

RTK. Štartovacie spínače na kontrolu teploty v kryte elektrického zariadenia. Používajú sa v schémach automatizácie, kde tepelné relé vystupujú ako súčiastky.

Aby sa zabezpečila spoľahlivá prevádzka elektrického zariadenia, reléový prvok musí mať vlastnosti ako citlivosť a rýchlosť činnosti, ako aj selektivitu

Je dôležité si uvedomiť, že žiadny z vyššie uvedených typov prístrojov nie je vhodný na ochranu obvodov pred skratom.

Zariadenia tepelnej ochrany iba zabraňujú havarijným režimom, ktoré vznikajú pri neštandardnej prevádzke mechanizmu alebo preťažení.

Elektrické zariadenie môže zhorieť ešte pred začiatkom činnosti relé. Pre komplexnú ochranu je potrebné ich doplniť poistkami alebo kompaktnými automatickými ističmi modulárnej konštrukcie.

Pripojenie, nastavenie a značenie

Spínací prístroj preťaženia, na rozdiel od elektrického ističa, nerozpojuje silový obvod priamo, ale iba vysiela signál na dočasné vypnutie objektu pri havarijnom režime. Normálne zapnutý kontakt u neho funguje ako tlačidlo „stop“ kontaktorov a pripája sa podľa sériovej schémy.

Schéma pripojenia zariadení

V konštrukcii relé nie je potrebné opakovať absolútne všetky funkcie silových kontaktov pri úspešnom spustení, pretože je pripojené priamo k MP. Takáto konštrukcia umožňuje výrazne ušetriť materiály na silové kontakty. Oveľa jednoduchšie je v riadiacom obvode pripojiť malý prúd, než okamžite odpojiť tri fázy s veľkým.

V mnohých schémach pripojenia tepelného relé k objektu sa používa trvalo uzavretý kontakt. Je sériovo spojený s tlačidlom „stop“ na ovládacom paneli a označuje sa NZ – normálne uzavretý, alebo NC – normal connected.

Rozopnutý kontakt pri takejto schéme môže byť použitý na inicializáciu spustenia tepelnej ochrany. Schémy pripojenia elektromotorov, v ktorých je zapojené relé tepelnej ochrany, sa môžu výrazne líšiť v závislosti od prítomnosti ďalších zariadení alebo technických vlastností.

V štandardnej jednoduchej schéme sa tepelné relé pripája na výstup nízkonapäťového spúšťača na elektromotor. Prídavné kontakty prístroja sa povinne spájajú sériovo s cievkou spúšťača.

To zabezpečí spoľahlivú ochranu proti preťaženiu elektrického zariadenia. V prípade neprípustného prekročenia limitných hodnôt prúdu reléový prvok rozopne obvod, okamžite odpojí MP a motor od napájania.

Pripojenie a inštaláciu tepelného relé zvyčajne vykonávajú spolu s magnetickým spúšťačom určeným na komutáciu a spúšťanie elektrického pohonu. Existujú však typy, ktoré sa montujú na DIN lištu alebo špeciálny panel.

Jemnosti nastavenia reléových prvkov

Jednou z hlavných požiadaviek na zariadenia na ochranu elektromotorov je jasná činnosť prístrojov pri vzniku núdzových režimov práce motora. Je veľmi dôležité správne ho vybrať a nastaviť parametre, pretože falošné spustenia sú absolútne neprípustné.

Elektrotepelné relé, ktoré optimálne vyhovuje konkrétnemu typu motora vo všetkých technických parametroch, je schopné zabezpečiť spoľahlivú ochranu proti preťaženiu v každej fáze, zabrániť dlhotrvajúcemu štartu zariadenia a predísť núdzovým situáciám so zablokovaním rotora.

Medzi výhody používania prúdových ochranných prvkov treba tiež uviesť pomerne vysokú rýchlosť a široký rozsah spustenia, pohodlie montáže. Aby sa zabezpečilo včasné odpojenie elektromotora pri preťažení, je potrebné nastaviť relé tepelnej ochrany na špeciálnej platforme/skúšobnom stave.

V takom prípade sa vylučuje nepresnosť spôsobená prirodzeným nerovnomerným rozptylom menovitých prúdov v HE (vyhrievacom prvku). Na kontrolu ochranného zariadenia na skúšobnom stave sa používa metóda fiktívnych záťaží.

Cez termoelement sa prepúšťa elektrický prúd zníženého napätia, aby sa simulovalo reálne tepelné zaťaženie. Následne sa pomocou časovača bezchybne určí presný čas spínania.

Pri nastavovaní základných parametrov by ste sa mali usilovať o takéto hodnoty:

• pri 1,5-násobnom prúde by malo zariadenie vypnúť motor za 150 s;
• pri 5…6-násobnom prúde by malo vypnúť motor za 10 s.

Ak čas spínania nezodpovedá norme, je potrebné nastaviť reléový prvok pomocou nastavovacej skrutky.

Pre správnu činnosť je nevyhnutné nastaviť prístroj na najvyšší prípustný elektrický prúd motora a teplotu vzduchu

Robí sa to v prípadoch, keď sa hodnoty menovitého prúdu termoelementu a motora líšia, ako aj keď je teplota okolia nižšia ako menovitá (+40 °C) o viac ako 10 stupňov Celzia.

Spínací prúd elektrotepelného spínača klesá so zvyšujúcou sa teplotou okolia, pretože zahrievanie bimetalového pásika závisí od tohto parametra. Pri výrazných odchýlkach je potrebné dodatočne nastaviť TR alebo vybrať vhodnejší termoelement.

Prudké výkyvy teplotných hodnôt výrazne ovplyvňujú funkčnosť prúdového relé. Preto je veľmi dôležité vybrať termoelement schopný efektívne vykonávať základné funkcie s ohľadom na reálne hodnoty.

TR sa odporúča umiestniť v rovnakej miestnosti ako chránené elektrické zariadenie. Nesmú sa montovať v blízkosti generátorov tepla, vykurovacích pecí a iných zdrojov tepla.

Tieto obmedzenia sa netýkajú relé s teplotnou kompenzáciou. Prúdové nastavenie ochranného prístroja je možné regulovať v rozsahu 0,75-1,25-násobku menovitého prúdu termoelementu. Nastavenie sa vykonáva postupne.

V prvom rade sa vypočíta korekcia E₁ bez teplotnej kompenzácie:

E₁=(I_nom-I_ne)/c×I_ne,

Kde

• I_nom – menovitý prúd zaťaženia motora,
• I_ne – menovitý prúd pracovného vyhrievacieho prvku v relé,
• c – hodnota dielika stupnice, teda excentra (c=0,055 pre chránené spúšťače, c=0,05 pre otvorené).

Ďalší krok – určenie korekcie E₂ na teplotu okolitého vzduchu:

E₂=(t_a-30)/10,

Kde t_a (ambient temperature) – teplota vonkajšieho prostredia v stupňoch Celzia.

Posledný krok – nájdenie celkovej korekcie:

E=E₁+E₂.

Celková korekcia E môže byť so znamienkom «+» alebo «-». Ak je výsledkom desatinná hodnota, musí sa zaokrúhliť na celé číslo smerom nadol alebo nahor podľa absolútnej hodnoty, v závislosti od charakteru prúdovej záťaže.

Na nastavenie relé sa excentrická vačka presunie na získanú hodnotu celkovej korekcie. Vysoká teplota spínania znižuje závislosť činnosti ochranného zariadenia od vonkajších ukazovateľov.

Relé tepelnej ochrany umožňuje ručné plynulé nastavenie hodnoty spínacieho prúdu zariadenia v rozsahu ±25 % od hodnoty menovitého prúdu elektromechanického zariadenia

Regulácia týchto ukazovateľov sa vykonáva špeciálnou pákou, ktorej pohyb mení počiatočný ohyb bimetalovej platničky. Nastavenie spínacieho prúdu v širšom rozsahu sa vykonáva výmenou termočlánkov.

V moderných spínacích prístrojoch ochrany proti preťaženiu je testovacie tlačidlo, ktoré umožňuje skontrolovať funkčnosť zariadenia bez špeciálneho stojana. Taktiež je kláves na resetovanie všetkých nastavení. Vynulovať ich možno automaticky alebo ručne. Okrem toho je výrobok vybavený indikátorom aktuálneho stavu elektrického prístroja.

Značenie elektrotepelných relé

Ochranné prístroje sa vyberajú v závislosti od veľkosti výkonu elektrického motora. Hlavná časť kľúčových charakteristík je skrytá v označení.

Takto vyzerá označovanie tepelných relé závodu KEAZ. Dôležité je pri výbere venovať pozornosť hodnote menovitého prúdu danej modelu, aby bola dostatočná

Pozornosť by sa mala venovať jednotlivým bodom:

1. Rozsah hodnôt nastavovacích prúdov (uvedený v zátvorkách) sa u rôznych výrobcov líši minimálne.
2. Písmenové označenia konkrétneho typu vyhotovenia sa môžu líšiť.
3. Klimatické vyhotovenie sa často uvádza vo forme rozsahu. Napríklad UHL3O4 treba čítať takto: UHL3-O4.

Dnes je možné kúpiť rôzne variácie prístroja: relé pre striedavý a jednosmerný prúd, monostabilné a bistabilné, prístroje s oneskorením pri zapnutí/vypnutí, relé tepelnej ochrany s urýchľovacími prvkami, TR bez prídržnej cievky, s jednou cievkou alebo s viacerými.

Tieto parametre nie sú vždy zobrazené v označení zariadení, ale musia byť uvedené v technickom pase elektrotechnických výrobkov.

So zariadením, druhmi a označovaním elektromagnetického relé vás oboznámi nasledujúci článok, ktorý odporúčame prečítať.

Závery a užitočné video k téme

Zariadenie a princíp fungovania prúdového relé na účinnú ochranu elektromotora na príklade zariadenia RTT 32P:

Správna ochrana proti preťaženiu a strate fázy je zárukou dlhodobej bezporuchovej prevádzky elektromotora. Video o tom, ako reaguje reléový prvok v prípade neštandardnej činnosti mechanizmu:

Ako pripojiť zariadenie tepelnej ochrany k MP, základné schémy elektrotepelného relé:

Relé tepelnej ochrany proti preťaženiu je povinným funkčným prvkom každého systému riadenia elektropohonu. Reaguje na prúd, ktorý prechádza na motor, a aktivuje sa, keď teplota elektromechanického zariadenia dosiahne hraničné hodnoty. To umožňuje maximálne predĺžiť životnosť ekologicky bezpečných elektromotorov.

Napíšte, prosím, komentáre do bloku nižšie. Porozprávajte, ako ste vyberali a nastavovali tepelné relé pre vlastný elektromotor. Zdieľajte užitočné informácie, pýtajte sa, umiestňujte fotografie k téme článku.