Tepelné relé pro elektromotor: princip činnosti, konstrukce, jak vybrat

Během provozu energetického zařízení na něj neustále působí proudové přetížení, která snižují životnost. Ochranou v takových situacích slouží tepelné relé pro elektromotor, které odpojuje elektrické napájení při vzniku nestandardních okolností.

Navrhujeme, abyste se seznámili s konstrukcí, principem činnosti, druhy a nuancemi zapojení ochranného zařízení. Kromě toho vám řekneme, jaké parametry a charakteristiky je třeba zohlednit při výběru tepelného relé.

Konstrukční provedení tepelných relé

Tepelná relé všech typů mají obdobné uspořádání. Nejdůležitějším prvkem každého z nich je citlivá bimetalová destička.

Hodnota spínacího proudu je ovlivněna teplotními ukazateli prostředí, ve kterém relé pracuje. Růst teploty zkracuje dobu sepnutí.

Aby se tento vliv minimalizoval, vývojáři zařízení volí co nejvyšší teplotu bimetalu. Ze stejného důvodu jsou některá relé vybavena přídavnou kompenzační destičkou.

Zařízení se skládá z pouzdra, nichromového ohřívače, bimetalové destičky, západky, šroubu, páky, pohyblivého kontaktu a tlačítka návratu (+)

Pokud jsou v konstrukci relé zahrnuty nichromové ohřívače, jejich připojení se provádí podle paralelního, sériového nebo paralelně-sériového schématu s destičkou.

Hodnota proudu v bimetalové destičce se reguluje pomocí bočníků. Všechny součásti jsou namontovány v pouzdře. Bimetalový prvek tvaru U je upevněn na ose.

Válcová pružina se opírá o jeden konec destičky. Druhým koncem je umístěna na vyvážené izolační podložce. Otáčí se kolem osy a je oporou pro kontaktní můstek vybavený stříbrnými kontakty.

Pro koordinaci nastavovacího proudu je bimetalová destička svým levým koncem spojena s jeho mechanismem. Seřízení probíhá působením na primární deformaci destičky.

Pokud se velikost přetěžovacích proudů rovná nebo je větší než nastavená hodnota, izolační podložka se otáčí působením destičky. Při jejím překlopení dojde k odpojení rozpínacího kontaktu zařízení.

Tepelné relé TRT v řezu. Hlavními prvky jsou: tělo (1), nastavovací mechanismus (2), tlačítko (3), osa (4), stříbrné kontakty (5), kontaktní můstek (6), izolační destička (7), pružina (8), bimetalová destička (9), osa (10)

Relé se automaticky vrací do původní polohy. Proces samonávratu trvá nejvýše 3 minuty od okamžiku aktivace ochrany. Je možný i ruční návrat, k tomu slouží speciální tlačítko Reset.

Při jeho použití přístroj zaujme výchozí polohu za 1 minutu. Pro aktivaci tlačítka jím otáčí proti směru hodinových ručiček, dokud se nezvedne nad tělo. Nastavovací proud je obvykle uveden na štítku.

Princip činnosti zařízení

Při plnění ochranné funkce automatický vypínač rozpojuje silové napájecí obvody. Tepelné relé se od něj liší tím, že při překročení zátěže pouze vydá řídicí signál. Při této ochraně se malé proudy spínají v jednom řídicím obvodu.

V obvodu před termorelé je magnetický spouštěč. Když se obvody rozpojí v nouzovém režimu, odpadá nutnost duplikovat činnost stykače. Nespotřebovává se tedy materiál na výrobu silových kontaktních skupin.

Nejoblíbenější jsou přístroje vybavené bimetalovými destičkami. Samotná destička se skládá ze dvou podobných prvků.

Jeden z nich má výrazný teplotní koeficient, a druhý o něco nižší. Tyto dvě části k sobě těsně přiléhají.

Jelikož součásti bimetalové destičky jsou vyrobeny z dvojice různých kovů s různými koeficienty roztažnosti, zpracovávání tepla způsobuje, že se ohýbá a ovlivňuje kontakty.

Takové pevné spojení je zajištěno svařováním nebo válcováním za tepla. Vzhledem k tomu, že destička je upevněna nepohyblivě, při zahřátí se ohýbá směrem k prvku s nižším teplotním koeficientem. Tento princip je základem pro výrobu tepelných relé.

Při jejich výrobě se používá chromniklová ocel a nemagnetická ocel s vysokým teplotním koeficientem. Jako materiál s nízkou hodnotou tohoto parametru se používá invar – slitina niklu a železa.

Podle takového schématu funguje tepelné relé. Volný konec bimetalové destičky při jejím prohnutí působí na kontakty termorelé (+)

Bimetalovou destičku zahřívají zatěžovací proudy. Nejčastěji protékají speciálním ohřívačem. Existuje i kombinovaný ohřev, při kterém kromě tepla z ohřívače bimetal zahřívá i proud, který jím prochází.

Jak připojit tepelné relé

Sepnutý kontakt (normálně připojený), pomocí kterého se připojuje tepelný modul k magnetickému spouštěči, se označuje NC nebo NZ, což znamená normálně sepnutý. Písmenovou kombinací NO se označuje normálně rozepnutý kontakt.

V jednoduchém obvodu se používá k vyslání signálu, který indikuje aktivaci ochrany motoru v důsledku překročení prahové teploty.

Při začlenění do složitých řídicích obvodů je schopen vytvořit v nouzovém režimu signál pro vyřazení dopravníku z provozního stavu.

Tepelné relé se umísťují za stykače, ale před elektromotor. Připojení normálně připojeného kontaktu k tlačítku „Stop” na ovládacím panelu se provádí v sériovém zapojení (+).

Označení svorek stykačů diktuje GOST: normálně sepnutý — 95-96, normálně rozepnutý — 97-98. K prvnímu páru se připojuje spouštěč, druhý pár se používá pro signalizační obvody. Vzhledem k tomu, že motor a tepelné relé je třeba chránit před zkratem, musí obvod obsahovat ochranný jistič.

Schéma přístroje zahrnuje tlačítka „Test” a „Stop” nebo „Reset”. Prvním se kontroluje funkčnost, druhým se ručně vypíná ochrana.

Pomocí přepínače otočného náťahu se po aktivaci ochrany opět spouští elektromotor. Na skleněný kryt výrobku se nanáší označení a plombuje.

Pokud vycházíme z typu připojení, lze rozlišit dvě velké skupiny tepelných relé:

• první skupina – zařízení montovaná za magnetickým spouštěčem a ta, která se připojují pomocí propojek;
• druhá skupina – přístroje instalované přímo na stykač spouštěče.

V posledním případě při spuštění připadá hlavní zatížení na stykač. Tepelný modul je zde vybaven měděnými kontakty, které jsou přímo připojeny ke vstupům spouštěče.

Schéma tepelného relé. Jsou na něm uvedena označení řídicích prvků a vývodů. U různých modelů se tato označení mohou lišit (+).

K TR se připojují vodiče od motoru. Samotné relé v takovém schématu představuje mezilehlý uzel, který analyzuje proud protékající tranzitem k motoru od magnetického spouštěče.

Nuance při instalaci přístroje

Na rychlost aktivace tepelného modulu mohou mít vliv nejen proudová přetížení, ale také hodnoty vnější teploty. Ochrana se aktivuje i bez přetížení.

Stává se také, že vlivem nuceného větrání je motor vystaven tepelnému přetížení, ale ochrana se neaktivuje.

Aby se předešlo těmto jevům, je třeba dodržovat doporučení odborníků:

1. Při výběru relé se orientujte na maximální přípustnou teplotu aktivace.
2. Ochranu montujte ve stejné místnosti jako chráněný objekt.
3. Pro instalaci vybírejte místa bez zdrojů tepla nebo ventilačních zařízení.
4. Tepelný modul je třeba nastavovat s ohledem na skutečnou teplotu okolí.
5. Nejlepší variantou je přítomnost vestavěné termokompenzace v konstrukci relé.

Dodatečnou funkcí tepelného relé je ochrana při přerušení fáze nebo celé napájecí sítě. U třífázových motorů je tato vlastnost obzvláště důležitá.

Proud v tepelném relé prochází sériově přes jeho topný modul a dále k motoru. Přístroj je spojen s cívkou spouštěče pomocí pomocných kontaktů (+).

Při poruše v jedné fázi převezmou zbývající dvě fáze proud vyšší velikosti. V důsledku toho rychle dojde k přehřátí a následně k odpojení. Při neefektivní činnosti relé může dojít k poškození jak motoru, tak elektroinstalace.

Existující typy zařízení

Třída tepelných relé zahrnuje několik typů: TRN, RTL, TRP, RTI, RTT. Použití každého z nich je dáno konstrukčními zvláštnostmi.

Dvoufázové proudové relé (TRN) se používá především k elektrické ochraně asynchronních motorů s kotvou nakrátko. Zpravidla pracují v sítích s nominálním napětím do 500 V, frekvencí 50 Hz.

Relé je vybaveno ručním mechanismem ovládání kontaktů. Rozměry TRN umožňují jejich vestavbu do kompletních zařízení uzavřeného i otevřeného typu stanic, které koordinují činnost pohonů. Neplní funkci ochrany proti zkratu a samy ji potřebují.

Relé TRP mají mechanismus odolný proti vibracím, nárazuvzdorné pouzdro. Jsou vyvinuta pro ochranu třífázových asynchronních motorů pracujících v podmínkách velkého mechanického zatížení.

Jsou dimenzovány na maximální proud 600 A a napětí max. 500 V, v obvodech se stejnosměrným proudem na 440 V. Automatika není citlivá na vnější teplotu a spíná tehdy, když hodnota překročí 200 °C.

Zařízení RTL jsou třífázová, kromě ochrany motoru proti přetížení chrání rotor před zablokováním. Zajišťují ochranu před poškozením v případě nesouměrnosti fází nebo při prodlouženém rozběhu.

Pracují samostatně se svorkovnicemi KRL a v provedení s magnetickým spouštěčem PML. Pracovní proudový rozsah je od 0,10 do 86 A.

Stykač v páru s tepelným relé. Když zařízení sepne, normálně sepnutý a normálně rozepnutý kontakt synchronně změní svou polohu.

RTT – zařízení chrání asynchronní motory před proudovými rázy, nesouměrností fází, zablokováním a jinými neobvyklými situacemi. Používá se jak jako samostatný přístroj, tak jako vestavba do spouštěčů PMA, PME.

Třífázové zařízení RTI má stejné funkce jako předchozí, ale používá se v provedení se spouštěči KTM a KMI.

Jak vybrat tepelné relé

Motor potřebuje relé pro ochranu, pokud z technologických důvodů existuje potenciální hrozba jeho přetížení. Druhý případ – nutnost omezení doby startu při sníženém napětí.

Tyto požadavky jsou obsaženy v příslušném návodu. Je v něm uvedeno přání vybavit ochranné zařízení časovým zpožděním. Vše se realizuje pomocí tepelných relé.

Základní charakteristiky zařízení

Základními údaji zařízení chránícího motor jsou:

1. Rychlost kontaktů v závislosti na parametrech proudu – časově-proudový ukazatel.
2. Pracovní proud, při kterém tepelné relé sepne.
3. Mezní proudová nastavení. U všech přístrojů od různých výrobců se tento parametr mírně liší. Překročení nominální hodnoty o 20 % způsobí sepnutí přístroje asi za 25 minut.
4. Jmenovitá hodnota proudu pracovního bimetalového pásku. Tím se myslí hodnota, při jejímž překročení relé neodpojí okamžitě.
5. Proudový rozsah, ve kterém relé sepne.

Informace o tepelném relé lze získat rozluštěním jeho označení. Symbol označující typ provedení se může lišit.

Stykač ve dvojici s tepelným relé. Když zařízení sepne, normálně zavřený a normálně otevřený kontakt synchronně změní svou polohu (+)

Umístění domácích tepelných relé je regulováno normou GOST 15150. Na jejich provoz mají vliv faktory jako nadmořská výška, vibrace, nárazy, zrychlení.

Všechny tyto nuance výrobci promítají do označení svých výrobků. Někteří z nich navíc zahrnují informace o možnosti provozu za přítomnosti škodlivých látek a výbušných plynů.

Výběr zařízení podle pravidel

Požadavky na tepelné relé jsou uvedeny v návodu. Zde je také stanoveno, že ochrana musí mít časové zpoždění. Všechny požadavky jsou realizovány pomocí speciálních přístrojů.

Časově-proudové charakteristiky TR a chráněného motoru. Při zkratových proudech se topné články relé stávají tepelně nestabilními (+)

Při analýze časově-proudových charakteristik TR je třeba vzít v úvahu, že sepnutí může nastat z přehřátého nebo studeného stavu.

Bezchybná ochrana předpokládá, že křivka znázorňující optimální závislost doby průtoku proudu na velikosti proudu pro relé a motor jsou různé. První musí být nižší než druhá.

V tabulce jsou uvedeny technické parametry tepelného relé typu RTL. Podle ní lze vybrat ochranné zařízení s potřebnými parametry podle výkonu motoru (+)

Správný výběr ochranného zařízení se provádí na základě parametru, jako je jmenovitý pracovní proud. Jeho hodnota souvisí se jmenovitým proudem zátěže elektromotoru.

Jak mezinárodní, tak i národní normy stanoví, že jmenovitý proud motoru je obdobný nastavení vypínacího proudu tepelného relé.

To znamená, že zapnutí přístroje do provozu nastává při přetížení 20 až 30% nebo při Isr x 1,2 nebo 1,3 nejpozději do 20 minut.

Na základě toho je třeba provést výběr tak, aby proud nesepnutí TR překračoval jmenovitý proud chráněného objektu v průměru o 12 %. Hodnota In je uvedena v pasu přístroje a na štítku připevněném na těle.

Na základě toho se vybírá jak TR, tak i jemu odpovídající spouštěč. Stupnice relé je kalibrována v ampérech a zpravidla odpovídá hodnotě nastavovacího proudu.

Jako příklad lze uvést výběr tepelného relé pro asynchronní motor připojený k síti 380 V, o výkonu 1,5 kW.

Jmenovitý pracovní proud pro něj je 2,8 A, tedy pro tepelné relé bude prahový proud roven: 1,2 * 2,8 = 3,36 A. Podle tabulky je třeba zvolit RTL-1008, jehož rozsah nastavení je v rozmezí od 2,4 do 4 A.

Při sepnutí ochrany se nejprve odstraní hlavní příčina zastavení a poté se „tepluška“ vrátí do původního stavu pomocí tlačítka návratu.

Když jsou údaje z pasu motoru neznámé, proud se určuje pomocí speciálních přístrojů – proudových kleští nebo multimetru s příslušnou funkcí. Měření se provádí na každé fázi.

Při výběru je důležité věnovat pozornost napětí uvedenému na přístroji. Pokud je plánováno použití tandemu TR-spouštěč, je třeba zohlednit počet kontaktů.

Při zapojení zařízení do třífázové sítě je nutný modul s ochrannou funkcí pro případy přerušení vodičů nebo nesymetrie fází.

Závěry a užitečné video k tématu

Schéma účinné ochrany motoru:

Součásti tepelného relé:

Princip vzájemného působení různých přístrojů v různých variantách zapojení tepelného relé je stejný. Pro lepší orientaci ve schématech je třeba umět “číst” označení zařízení. Ideálně by měl všechny práce na zapojení provádět odborník s oprávněním pracovat v podmínkách vysokého napětí.

Máte něco doplnit, nebo máte dotazy k výběru a použití tepelného relé? Můžete zanechat komentáře k publikaci, účastnit se diskusí a sdílet vlastní zkušenosti s používáním zařízení. Kontaktní formulář se nachází v dolním bloku.