Tepelné relé: princip činnosti, druhy, schéma zapojení + nastavení a značení

Trvanlivost a spolehlivost v provozu jakéhokoli zařízení s elektrickým motorem závisí na různých faktorech. Nicméně ve značné míře ovlivňují životnost motoru proudová přetížení. Aby se jim předešlo, připojuje se tepelné relé, které chrání hlavní pracovní orgán elektrického stroje.

Řekneme vám, jak vybrat zařízení, které předvídá vznik havarijních situací s překročením maximálně přípustných hodnot proudu. V námi představeném článku je popsán princip činnosti, uvedeny druhy a jejich charakteristiky. Jsou dány rady pro připojení a správné nastavení.

Proč jsou potřebné ochranné přístroje?

I když je elektrický pohon správně navržen a používán bez porušení základních pravidel provozu, vždy zůstává pravděpodobnost vzniku poruch.

Mezi havarijní režimy provozu patří jednofázové a vícefázové zkraty, tepelná přetížení elektrického zařízení, zablokování rotoru a zničení ložiskového uzlu, přerušení fáze.

Při provozu v režimu zvýšeného zatížení spotřebovává elektrický motor obrovské množství elektrické energie. A při pravidelném překračování hodnot jmenovitého napětí se zařízení intenzivně zahřívá.

V důsledku toho se rychle opotřebovává izolace, což vede k výraznému snížení provozní životnosti elektromechanických zařízení. Aby se zabránilo takovým situacím, do obvodu elektrického proudu se připojuje relé tepelné ochrany. Jejich hlavní funkcí je zajistit normální provozní režim spotřebičů.

Odpínají motor s určitým časovým zpožděním, a v některých případech – okamžitě, aby zabránily zničení izolace nebo poškození jednotlivých částí elektrického zařízení.

Proudové relé neustále chrání elektrický motor před přerušením fáze a technologickými přetíženími, stejně jako před zablokováním rotoru. To jsou hlavní příčiny, kvůli kterým vznikají havarijní režimy.

S cílem zabránit snížení odporu izolace se používají zařízení ochranného vypnutí, a pokud je úkolem zabránit narušení chlazení, připojují se speciální přístroje vestavěné tepelné ochrany.

Zařízení a princip činnosti TR

Konstrukčně je standardní elektrotepelné relé malý přístroj, který se skládá z citlivé bimetalové destičky, topné spirály, pákově-pružinového systému a elektrických kontaktů.

Bimetalový pásek se vyrábí ze dvou různých kovů, obvykle invaru a chromniklové oceli, které jsou pevně spojeny svařováním. Jeden kov má větší teplotní součinitel roztažnosti než druhý, proto se zahřívají různou rychlostí.

Při proudovém přetížení se nefixovaná část pásku ohýbá směrem k materiálu s nižší hodnotou součinitele tepelné roztažnosti. To působí silou na kontaktní systém v ochranném zařízení a aktivuje vypnutí elektrického zařízení při přehřátí.

Většina modelů mechanických tepelných relé má dvě skupiny kontaktů. Jeden pár je normálně rozpojený, druhý je trvale sepnutý. Když ochranné zařízení zareaguje, stav kontaktů se změní. První se sepnou a druhé se rozpojí.

V elektronických tepelných relé se používají speciální senzory a citlivé sondy, reagující na zvýšení proudu. V mikroprocesoru těchto ochranných zařízení jsou naprogramovány parametry, které určují situace, kdy je nutné odpojit napájení.

Proud detekuje integrovaný transformátor, poté elektronika zpracuje získaná data. Pokud je aktuální hodnota proudu větší než nastavená hodnota, impuls je okamžitě přenesen přímo na vypínač.

Rozpojením vnějšího stykače relé s elektronickým mechanismem blokuje zátěž. Samotné tepelné relé pro elektromotor se instaluje na stykač.

Bimetalový pásek může být zahříván přímo – vlivem špičkového zatěžovacího proudu na kovový pásek, nebo nepřímo pomocí samostatného termočlánku. Tyto principy se často kombinují v jednom zařízení tepelné ochrany. Při kombinovaném ohřevu má přístroj lepší provozní charakteristiky.

Po ochlazení se pásek vrátí do původního stavu. Spínací kontakty se automaticky sepnou, nebo je třeba je násilně uvést do sepnutého stavu.

Základní charakteristiky proudového relé

Hlavní charakteristikou spínače tepelné ochrany je výrazná závislost doby sepnutí na protékajícím proudu – čím větší hodnota, tím rychleji sepne. To svědčí o určité setrvačnosti reléového prvku.

Směrový pohyb částic-nosičů náboje přes jakékoli elektrické zařízení, cirkulační čerpadlo a elektrokotel, generuje teplo. Při jmenovitém proudu jeho přípustná doba trvání směřuje k nekonečnu.

Při hodnotách překračujících jmenovité údaje se v zařízení zvyšuje teplota, což vede k předčasnému opotřebení izolace.

Přerušení obvodu okamžitě blokuje další růst teplotních ukazatelů. To umožňuje předejít přehřátí motoru a zabránit havarijnímu selhání elektrického zařízení.

Jmenovité zatížení samotného motoru je klíčovým faktorem určujícím výběr přístroje. Hodnota v rozmezí 1,2-1,3 označuje úspěšnou aktivaci při proudovém přetížení 30% v časovém úseku 1200 sekund.

Doba trvání přetížení může negativně ovlivnit stav elektrického zařízení – při krátkodobém působení 5–10 minut se zahřívá pouze vinutí motoru, které má malou hmotnost. Při dlouhodobém se zahřívá celý motor, což může vést k vážným poruchám. Nebo může být dokonce nutné vyměnit spálené zařízení za nové.

Aby byl objekt co nejlépe chráněn před přetížením, je třeba pro něj konkrétně použít tepelné ochranné relé, jehož doba aktivace bude odpovídat maximálně přípustným hodnotám přetížení konkrétního elektromotoru.

V praxi není účelné sestavovat relé pro kontrolu napětí pro každý typ motoru. Jeden reléový prvek se používá k ochraně motorů různých konstrukčních provedení. Přitom není možné zaručit spolehlivou ochranu v celém pracovním rozsahu omezeném minimálním a maximálním zatížením.

Zvýšení hodnot proudu nevede okamžitě k nebezpečnému havarijnímu stavu zařízení. Než se rotor a stator zahřejí na mezní teplotu, uplyne určitý čas.

Proto není naléhavá potřeba, aby ochranné zařízení reagovalo na každé, byť nepatrné zvýšení proudu. Relé by mělo odpojit elektromotor pouze v případech, kdy hrozí rychlé opotřebení izolační vrstvy.

Druhy relé tepelné ochrany

Existuje několik druhů relé pro ochranu elektrických motorů před přerušením fází a proudovým přetížením. Všechna se liší konstrukčními vlastnostmi, typem používaných MP a použitím v různých motorech.

TRP. Jednopólový spínací přístroj s kombinovaným systémem ohřevu. Určený k ochraně asynchronních třífázových elektromotorů před proudovým přetížením. TRP se používá v elektrických sítích stejnosměrného proudu s základním napětím za normálních provozních podmínek nejvýše 440 V. Vyznačuje se odolností proti vibracím a nárazům.

RTL. Zajišťují motorům ochranu v těchto případech:

• při výpadku jedné ze tří fází;
• asymetrii proudů a přetížení;
• prodlouženého startu;
• zablokování výkonného mechanismu.

Lze je instalovat se svorkami KRL odděleně od magnetických spouštěčů nebo montovat přímo na PML. Instalují se na lišty standardního typu, stupeň krytí – IP20.

RTT. Chrání asynchronní třífázové stroje s rotorem nakrátko před prodlouženým rozběhem mechanismu, dlouhodobým přetížením a nesymetrií, tedy fázovým posunem.

RTT mohou být použity jako komponenty v různých řídicích obvodech elektrických pohonů a také pro integraci do startérů řady PMA

TRN. Dvoufázové spínače, které kontrolují start elektroinstalace a provozní režim motoru. Prakticky nezávisí na okolní teplotě, mají pouze systém ručního návratu kontaktů do výchozího stavu. Lze je použít v sítích stejnosměrného proudu.

RTI. Elektrická přepínací zařízení s konstantní, byť malou spotřebou elektrické energie. Montují se na stykače řady KMI. Pracují spolu s pojistkami/automatickými jističi.

Polovodičová proudová relé. Představují malá elektronická zařízení pro tři fáze, v jejichž konstrukci nejsou žádné pohyblivé části.

Fungují na principu výpočtu průměrných teplot motoru, přičemž provádějí neustálé monitorování provozního a rozběhového proudu. Vyznačují se odolností vůči změnám okolního prostředí, a proto se používají v nebezpečných zónách s výbušnou atmosférou.

RTK. Startovací spínače pro kontrolu teploty v krytu elektrického zařízení. Používají se v automatizačních obvodech, kde tepelná relé slouží jako komponenty.

Aby byla zajištěna spolehlivá práce elektrického zařízení, musí mít reléový prvek vlastnosti jako citlivost a rychlost, a také selektivitu.

Je důležité si uvědomit, že žádný z výše uvedených typů přístrojů není vhodný k ochraně obvodů před zkratem.

Zařízení tepelné ochrany pouze předcházejí havarijním režimům, které vznikají při nestandardním provozu mechanismu nebo přetížení.

Elektrické zařízení může shořet dříve, než relé začne reagovat. Pro komplexní ochranu je třeba je doplnit pojistkami nebo kompaktními jističi modulové konstrukce.

Připojení, nastavení a značení

Přepínací přístroj pro přetížení, na rozdíl od elektrického jističe, nepřerušuje přímo silový obvod, ale pouze vysílá signál k dočasnému vypnutí objektu při havarijním režimu. Normálně sepnutý kontakt u něj funguje jako tlačítko „stop“ stykače a připojuje se v sériovém zapojení.

Schéma připojení zařízení

V konstrukci relé není nutné opakovat všechny funkce silových kontaktů při úspěšném sepnutí, protože se připojuje přímo k MP. Takové provedení umožňuje výrazně ušetřit materiály pro silové kontakty. Mnohem snazší je v řídicím obvodu připojit malý proud, než okamžitě odpojit tři fáze s velkým proudem.

V mnoha schématech připojení tepelného relé k objektu se používá trvale sepnutý kontakt. Ten se sériově spojí s tlačítkem „stop“ ovládacího panelu a označuje se normálně zavřený (NZ) nebo normal connected (NC).

Rozepnutý kontakt v tomto schématu může být použit k inicializaci sepnutí tepelné ochrany. Schémata připojení elektromotorů, ve kterých je zapojeno relé tepelné ochrany, se mohou výrazně lišit v závislosti na přítomnosti dalších zařízení nebo technických vlastnostech.

Ve standardním jednoduchém schématu se tepelné relé (TR) připojuje k výstupu nízkonapěťového spouštěče elektromotoru. Přídavné kontakty přístroje se povinně spojují sériově s cívkou spouštěče.

To zajistí spolehlivou ochranu proti přetížení elektrického zařízení. V případě nepřípustného překročení mezních hodnot proudu reléový prvek rozepne obvod, čímž okamžitě odpojí MP a motor od napájení.

Připojení a instalace tepelného relé se obvykle provádí společně s magnetickým spouštěčem, určeným pro spínání a spouštění elektrického pohonu. Existují však typy, které se montují na DIN lištu nebo speciální panel.

Jemnosti nastavení reléových prvků

Jedním z hlavních požadavků na zařízení ochrany elektromotorů je jasná činnost přístrojů při vzniku nouzových režimů motoru. Je velmi důležité jej správně vybrat a nastavit, protože falešná sepnutí jsou zcela nepřípustná.

Elektrotepelné relé, které optimálně vyhovuje konkrétnímu typu motoru ve všech technických parametrech, je schopno zajistit spolehlivou ochranu proti přetížení v každé fázi, zabránit prodlouženému startu zařízení a předejít havarijním situacím se zablokováním rotoru.

Mezi výhody použití proudových ochranných prvků je třeba také uvést poměrně vysokou rychlost a široký rozsah sepnutí, snadnost montáže. Aby bylo zajištěno včasné odpojení elektromotoru při přetížení, je nutné relé tepelné ochrany nastavit na speciální platformě/stendě.

V takovém případě je vyloučena nepřesnost způsobená přirozeným nerovnoměrným rozptylem jmenovitých proudů v topných prvcích (TE). Pro kontrolu ochranného zařízení na stendě se používá metoda fiktivních zátěží.

Termočlánkem se prochází elektrický proud o sníženém napětí, aby se simulovalo reálné tepelné zatížení. Poté se pomocí časovače bezchybně určí přesný čas sepnutí.

Při nastavování základních parametrů je třeba usilovat o následující hodnoty:

• při 1,5násobném proudu musí zařízení odpojit motor za 150 s;
• při 5–6násobném proudu musí odpojit motor za 10 s.

Pokud doba sepnutí neodpovídá normě, je nutné reléový prvek seřídit pomocí seřizovacího šroubu.

Pro správnou funkci je nezbytné nastavit přístroj na nejvyšší přípustný proud motoru a teplotu vzduchu

To se provádí v případech, kdy se hodnoty jmenovitého proudu termočlánku a motoru liší, a také pokud je teplota okolí nižší než jmenovitá (+40 °C) o více než 10 stupňů Celsia.

Sepínací proud elektronického tepelného spínače klesá s rostoucí teplotou okolí daného objektu, protože ohřev bimetalového pásku závisí na tomto parametru. Při výrazných odchylkách je nutné dodatečně seřídit tepelné relé nebo zvolit vhodnější termočlánek.

Prudké výkyvy teplotních ukazatelů silně ovlivňují funkčnost proudového relé. Proto je velmi důležité zvolit termočlánek schopný efektivně plnit hlavní funkce s ohledem na reálné hodnoty.

Tepelné relé je doporučeno umístit ve stejné místnosti jako chráněné elektrické zařízení. Nesmí být montováno v blízkosti tepelných generátorů, topných pecí a jiných zdrojů tepla.

Relé s teplotní kompenzací se tato omezení netýkají. Proudovou nastavovací hodnotu ochranného přístroje lze regulovat v rozsahu 0,75–1,25násobku jmenovitého proudu termočlánku. Nastavení se provádí postupně.

Nejprve se vypočítá korekce E₁ bez teplotní kompenzace:

E₁=(I_nom-I_ne)/c×I_ne,

Kde

• I_nom – jmenovitý proud zátěže motoru,
• I_ne – jmenovitý proud pracovního topného článku v relé,
• c – hodnota dílku stupnice, tj. excentru (c=0,055 pro chráněné spouštěče, c=0,05 pro otevřené).

Další krok – stanovení korekce E₂ na teplotu okolního vzduchu:

E₂=(t_a-30)/10,

Kde t_a (ambient temperature) – teplota okolí ve stupních Celsia.

Poslední etapa – nalezení celkové korekce:

E=E₁+E₂.

Celková korekce E může být se znaménkem «+» nebo «-». Pokud je výsledkem desetinné číslo, musí se zaokrouhlit na celé číslo směrem dolů/nahoru podle absolutní hodnoty, v závislosti na charakteru proudové zátěže.

Pro nastavení relé se excentr přestaví na získanou hodnotu celkové korekce. Vysoká teplota sepnutí snižuje závislost činnosti ochranného přístroje na vnějších ukazatelích.

Tepelné ochranné relé umožňuje ruční plynulé nastavení hodnoty sepnutého proudu zařízení v rozmezí ±25 % od hodnoty jmenovitého proudu elektromechanického zařízení.

Regulace těchto ukazatelů se provádí speciální pákou, jejíž pohyb mění původní ohyb bimetalové desky. Nastavení sepnutého proudu v širším rozsahu se provádí výměnou termočlánků.

V moderních spínacích přístrojích pro ochranu proti přetížení je testovací tlačítko, které umožňuje zkontrolovat funkčnost zařízení bez speciálního stojanu. Dále je zde klávesa pro reset všech nastavení. Vynulovat je lze automaticky nebo ručně. Kromě toho je výrobek vybaven indikátorem aktuálního stavu elektrického spotřebiče.

Značení elektrotepelných relé

Ochranné přístroje se vybírají v závislosti na velikosti výkonu elektrického motoru. Hlavní část klíčových charakteristik je skryta v podmíněném označení.

Takto vypadá označení tepelných relé závodu KEAZ. Je důležité při výběru věnovat pozornost hodnotě jmenovitého proudu uvažovaného modelu, aby byla dostatečná.

Pozornost je třeba věnovat jednotlivým bodům:

1. Rozsah hodnot nastavovacích proudů (uveden v závorkách) se u různých výrobců liší minimálně.
2. Písmenová označení konkrétního typu provedení se mohou lišit.
3. Klimatické provedení je často uváděno ve formě rozsahu. Například UChL3O4 je třeba číst jako UChL3-O4.

Dnes lze koupit nejrůznější varianty přístroje: relé pro střídavý i stejnosměrný proud, monostabilní a bistabilní, přístroje se zpožděním při zapnutí/vypnutí, tepelná ochranná relé s urychlujícími prvky, TR bez přidržovacího vinutí, s jedním vinutím nebo několika.

Tyto parametry nejsou vždy zobrazeny v označení zařízení, ale musí být uvedeny v technickém pasu elektrotechnických výrobků.

Se zařízením, druhy a označením elektromagnetického relé seznámí následující článek, který doporučujeme k prostudování.

Závěry a užitečné video k tématu

Zařízení a princip fungování proudového relé pro účinnou ochranu elektromotoru na příkladu zařízení RTT 32P:

Správná ochrana proti přetížení a přerušení fází je zárukou dlouhodobého bezporuchového provozu elektromotoru. Video o tom, jak reaguje reléový prvek v případě nestandardního chodu mechanismu:

Jak připojit zařízení tepelné ochrany k MP, principiální schémata elektrotermického relé:

Tepelné ochranné relé proti přetížení je nezbytným funkčním prvkem každého systému řízení elektrického pohonu. Reaguje na proud, který prochází motorem, a aktivuje se, když teplota elektromechanického zařízení dosáhne mezních hodnot. To umožňuje maximálně prodloužit životnost ekologicky bezpečných elektromotorů.

Pište prosím komentáře do bloku níže. Popište, jak jste vybírali a nastavovali tepelné relé pro svůj vlastní elektromotor. Sdílejte užitečné informace, ptejte se a přidávejte fotografie k tématu článku.