Тепловое реле: виды, основные параметры и сфера использования

Тепловые реле являются электрическими устройствами, предотвращающими нагревание различных электрических потребителей от критических показателей температуры.

Как устроено тепловое реле

Приборы этого класса могут работать на разных принципах, но для защиты электродвигателей чаще всего используются приборы с биметаллическими датчиками. Такой датчик представляет собой две пластины из материалов с различным коэффициентом температурного расширения (КТР) и скрепленных между собой горячим прокатом, сваркой, заклепками и т.п. Если такую пластину нагреть, то она изогнется в сторону металла с меньшим КТР. Предположим, одним концом пластина закреплена неподвижно, а вторая связана с парой контактов.

Принцип работы простейшего биметаллического теплового реле

Принцип работы простейшего биметаллического теплового реле

Если пластину нагреть, то она изогнется и замкнет контакты. В тепловом реле нагревательный элемент включен в цепь питающей нагрузку шины. На рисунке выше нагреватель условно обозначен в виде обмотки вокруг пластины. Таким образом, пока ток через реле не достигает критического значения, пластина не выгибается достаточно сильно, чтобы контакты сработали. Но стоит току хоть немного превысить это значение, как контакты рано или поздно сработают.

Критическое значение зависит от толщины, материала и формы нагревателя. Кроме того, регулировку срабатывания в определенном диапазоне токов можно производить и регулирующими механическими элементами, входящими в состав любого токового реле.

Конструкция токового реле

Конструкция токового реле

На рисунке цифрами обозначены:

  1. механический регулятор тока срабатывания;
  2. компенсатор;
  3. биметаллическая пластина;
  4. толкатель;
  5. нагревательный элемент;
  6. защелка;
  7. расцепитель;
  8. нормально замкнутые контакты реле;
  9. пружина.

Рассмотрим его работу. Нагревательный элемент 5 включен в цепь, питающую двигатель. Пока ток Iн, протекающий через него, в номинале, пластина 3 не изгибается. Как только ток превысит определенное значение, пластина выгнется и толкателем 4 выбьет защелку 6 из фиксатора. Пружина 9 вытолкнет расцепитель 7 и контакты 8 разомкнутся, посылая команду на исполнительное устройство, которое отключит электродвигатель. В качестве исполнительного устройства обычно используется пускатель, которым двигатель подключается к питающей сети.

Регулятор 1 служит для изменения тока срабатывания в тех или иных пределах, компенсатор 2 – тоже биметаллическая пластина, но выгибающаяся в обратную сторону и не имеющая подогревателя. Он служит для компенсации температуры окружающей среды, в которой работает тепловое реле.

Как же правильно подобрать тепловое реле и выставить уставку на правильный ток защиты от перегрузки электродвигателя?

Задаете вопрос, почему сработало тепловое реле? Сначала необходимо узнать ток полной нагрузки электродвигателя и скорее всего у Вас неправильно выставлена уставка номинального тока теплового расцепителя!

Ток полной нагрузки при заданном напряжении, указывается на паспортной табличке, он является нормативным для настройки реле перегрузки. Из-за переменного напряжения во всем мире электродвигатели  предназначены для использования как с частотой 50 Гц, так и с частотой 60 Гц в широком диапазоне напряжений.

Поэтому диапазон тока указан на паспортной табличке электродвигателя. Точную допустимую нагрузку по току можно рассчитать, зная напряжение.

Области использования прибора

Электротепловые реле предназначены для предотвращения выхода из строя электромоторов от перегрузок по показателям рабочего тока, в результате которых происходит превышение нормативных показателей рабочей температуры последних. Любой электрический двигатель 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 мотора в целом.

Тепловое реле 2

Устройство электротепловой защиты отключит электрический двигатель и не допустит аварии и выхода из строя электромотора. Термореле защиты от перегрузок применяются и в других сферах народного хозяйства, быту и производстве, но основное их предназначение — это защита электрических силовых установок от увеличения тока нагрузки до критических значений. Без этого прибора безопасно эксплуатировать электрические двигатели невозможно!

Метки

5АЗМВ
DIALux
Ex
PLC
Аттестация
Боты диэлектрические
Взрывобезопасность
Галоши
Двухсторонний выключатель
Заземление
Изолированный инструмент
Инструктаж
Испытания
Кабель
Клещи изолирующие
Ковры резиновые
Контактор
Лестницы
Оперативные переговоры
Оперативный журнал
Освещение
ПРА
Перчатки диэлектрические
Проверка знаний по электробезопасности
Прогрузка ТРН
Ревизия контактов
Ремонт ПМЕ
СИЗ
СТДП
Тепловое реле ТРН
УЗО
Указатель напряжения
Фото АД 5000 кВт
Штанга изолирующая
Электробезопасность
Электродвигатель
Электроизмерительные клещи
Энергосбережение
виды ремонтов
график ППР
двухстороннее управление освещением
кабельная муфта
настройка ТРН
прием в эксплуатацию
трансформаторы

Основные характеристики

Каждое ТР имеет индивидуальные технические характеристики (ТХ). Реле нужно выбирать согласно характеристикам по нагрузке и условиям применения при работе электродвигателя или другого потребителя электроэнергии:

  1. Значение Iн.
  2. Диапазон регулировки I срабатывания.
  3. Напряжение.
  4. Дополнительное управление работой ТР.
  5. Мощность.
  6. Граница срабатывания.
  7. Чувствительность к фазному перекосу.
  8. Класс отключения.

Номинальное значение тока — значение I, на которое рассчитано ТР. Выбирается по значению Iн потребителя, к которому непосредственно подключается. Кроме того, нужно выбирать с запасом по Iн и руководствоваться следующей формулой: Iнр = 1.5 * Iнд, где Iнр — Iн ТР, который должен быть больше номинального тока двигателя (Iнд) в 1.5 раза.

Граница регулировки I срабатывания является одним из важных параметров устройства термозащиты. Обозначение этого параметра является диапазоном регулировки значения Iн. Напряжение — значение силового напряжения, на которое рассчитаны контакты реле; при превышении допустимой величины произойдет выход из строя устройства.

Некоторые виды реле снабжены отдельными контактами для управления работой устройства и потребителя. Мощность — это один из основных параметров ТР, которое определяет выходную мощность подключенного потребителя или группы потребителей.

Граница срабатывания или порог срабатывания является коэффициентом, зависящим от номинального тока. В основном его значение находится в диапазоне от 1,1 до 1,5.

Чувствительность к фазному перекосу (асимметрии фаз) показывает процентное соотношение фазы с перекосом к фазе, по которой протекает номинальный ток необходимой величины.

Класс отключения — параметр, представляющий среднее время срабатывания ТР в зависимости от кратности тока уставки.

Основной характеристикой, по которой нужно выбирать ТР, является зависимость времени срабатывания от тока нагрузки.

Принцип работы и схема подключения теплового реле

Что делать, если паспортные данные не известны?

В том случае, когда на таблице частично читаются данные, размещаем таблицу с паспортными данными асинхронных двигателей широко распространенных в народном хозяйстве (тип АИР). С помощью нее возможно определить In.

Тепловые реле. виды и устройство. работа и применение

Кстати, недавно мы рассмотрели , с чем настоятельно рекомендуем вам ознакомиться!

В зависимости от токовой нагрузки будет различаться и время срабатывания защиты, при 125% должно быть порядка 20 минут. В диаграмме ниже указана векторная кривая зависимости кратности тока от In и времени срабатывания.

Тепловые реле. виды и устройство. работа и применение

Для защиты электродвигателей переменного и постоянного тока от сильного перегрева, который возникает из-за долговременной перегрузки, применяется тепловое реле перегрузки.

Принцип действия данного устройства состоит в том, что при длительном, сильном перегреве, биметаллические пластины, находящиеся внутри реле разогреваются, возникает деформация, которая и воздействует на блок-контакты. После чего блок-контакты, при помощи , полностью отключают электропитание потребителя.

Чтобы обеспечить гарантированную защиту электродвигателя не только от перегрузки тока, но и от перегрева необходимо осуществить оптимальную подборку теплового реле. В таком случае полностью исключается , заклинивание ротора, продолжительный затяжной пуск.

Всегда нужно помнить, что тепловое реле не обеспечивает защиту электродвигателя от короткого замыкания.

Почему не токовое?

Напрашивается вопрос – почему бы в качестве защиты не использовать токовое реле и зачем изобретать велосипед? Дело в том, что токовое реле, представляющее собой обычное электромагнитное реле, но срабатывающее по току в обмотке, не имеет задержки срабатывания.

Если ток превысит определенное значение, то реле тут же сработает. Тепловое же реле сработает не сразу, а через определенное время, необходимое для разогрева биметаллической пластины. Время это тем меньше, чем ток выше.

Что это дает? Предположим, нормальный ток потребления двигателем 10 А. В момент включения пусковой ток превышает номинальный в разы. Если поставить токовое реле с отсечкой, скажем в 15 А, то при пуске электродвигателя оно тут же сработает. Тепловое реле ввиду своей инерционности сработать не успеет, а когда двигатель раскрутится, ток нормализуется, тепловое реле остынет и выйдет на штатный режим работы.

Поставить токовое реле на 50 А? В этом случае двигатель запустится, но при таком токе отсечки реле практически перестанет выполнять свои функции. При перекосе фаз, затяжном пуске или чрезмерной нагрузке на валу ток через обмотки двигателя превысит критический для самого двигателя, но не достигнет необходимого для срабатывания токового реле. Через некоторое время двигатель перегреется и сгорит, а реле этого даже не заметит.

Ток же срабатывания теплового реле можно выбрать лишь немного превышающим номинальный для двигателя. Электромотору хватит времени запуститься в штатном режиме, но не хватит времени сгореть при перегрузке или перекосе фаз.Читайте также:

Где купить

Максимально быстро приобрести устройство можно в ближайшем специализированном магазине. Оптимальным же, по соотношению цена-качество, остаётся вариант покупки в Интернет-магазине АлиЭкспресс. Обязательное длительное ожидание посылок из Китая осталось в прошлом, ведь сейчас множество товаров находятся на промежуточных складах в странах назначения: например, при заказе вы можете выбрать опцию «Доставка из Российской Федерации»:

Влияние внешних климатических факторов на тепловые реле

Так как деформация биметаллической пластины зависит от ее фактического нагревания, время срабатывания реле находится в прямой зависимости также от температуры окружающей среды.

И при больших контрастах следует предусматривать в качестве дополнительной функции плавную регулировку. Также для снижения такого влияния следует подбирать реле с максимально возможной температурой срабатывания, а также располагать их в тех же помещениях, где находятся объекты, предназначенные для защиты.

Напоследок необходимо отметить, что тепловые реле не предназначены для предохранения оборудования от таких внештатных ситуаций, как короткое замыкание. В этом случае они сами нуждаются в специальной защите.

Виды тепловых реле

Существует множество видов, на которые делятся тепловые реле:

  1. Биметаллические — РТЛ (ksd, lrf, lrd, lr, iek и ptlr).
  2. Твердотельные.
  3. Реле для осуществления контроля температурного режима устройства. Основные обозначения являются следующими: РТК, NR, TF, ERB и DU.
  4. Реле плавления сплава.

Биметаллические ТР обладают примитивной конструкцией и являются простыми устройствами.

Принцип действия теплового реле твердотельного типа существенно отличается от биметаллического типа. Твердотельное реле — электронное устройство, которое еще называется шнайдером и выполнено на радиоэлементах без механических контактов.

К ним относятся РТР и РТИ ИЭК, которые вычисляют средние температуры электродвигателя путем мониторинга его пускового и Iн. Основной особенностью этих реле является способность противостоять искрам, т.е. они могут использоваться во взрывоопасных средах. Этот тип реле быстрее по времени срабатывания и легче регулируется.

РТК предназначены для контроля температурного режима электродвигателя или другого устройства при помощи термистора или теплового сопротивления (зонда). При возрастании температуры до критического режима его сопротивление резко возрастает. Согласно закону Ома, при росте R уменьшается ток и потребитель отключается, т.к. его величины недостаточно для нормальной работы потребителя. Этот тип реле применяется в холодильниках и морозильных камерах.

Конструкция теплового реле плавления сплава существенно отличается от остальных моделей и состоит из следующих элементов:

  1. Обмотка нагревателя.
  2. Сплав, обладающий низкой температурой плавления (эвтектический).
  3. Механизм разрыва цепи.

Эвтектический сплав плавится при низкой температуре и защищает цепь питания потребителя, разрывая контакт. Это реле встраивается в устройство и применяется в стиральных машинах и автомобильной технике.

Подбор теплового реле производится при анализе ТХ и условий эксплуатации устройства, которое необходимо защитить от перегрева.

vidi-teplovogo-rele

Схема подключения теплового реле

Чаще всего, подключение теплового реле осуществляется непосредственно к магнитному пускателю. Силовые контакты устройства позволяют выполнить его монтаж на МП без проводов. Также существуют модели тепловой защиты, которые можно установить как самостоятельный модуль на монтажную панель или DIN-рейку в электрический шкаф. На следующем рисунке представлена структурная схема подключения теплового реле в соответствии с действующим ГОСТом.

Тепловое реле 12

На следующем рисунке приведена схема управления электродвигателем, отключающим его от сети в случае возникновения аварийной ситуации: перегрузке по току или обрыву провода одной из фаз.

Тепловое реле 13

Для непосвященного человека все эти принципиальные схемы не значат ровно ничего, поэтому на следующей картинке будет представлена более доступная для понимания простым потребителем схема подключения электротеплового реле с фотографиями всех элементов, входящих в систему защиты электрических моторов от токовых перегрузок.

Тепловое реле 14

Коротко рассмотрим, как действует данная компоновка защиты электродвигателей. Входной автомат обеспечивает подачу одной фазы через нормально-замкнутую аварийную кнопку «Стоп» на разомкнутую кнопку «Пуск». При ее включении, напряжение питания попадается на обмотку магнитного пускателя, который последовательно включает электромотор. Все фазы питающей электросети, поступающие на электрический двигатель, проходят через обмотки реле с биметаллическими элементами. В случае увеличения тока нагрузки до максимальных значений срабатывает тепловая защита и силовая установка обесточивается.

Внимание! Электротепловое реле устанавливается в цепь питания после всех типов контакторов, но перед электродвигателем или другим электрическим оборудованием. Включение размыкающего цепь устройства выполняется кнопкой «Стоп». Все элементы системы защиты соединены последовательно.

Выбор для конкретного двигателя

Допустим, у нас есть двигатель АИР71В4У2. Его мощность 0.75 кВт. У нас есть трёхфазная сеть с линейным напряжением 380В. Двигатель рассчитан на 220В, если соединить обмотки треугольником и 380В, если звездой. Номинальный ток такого двигателя с обмотками соединенными по схеме звезды 1.94А. Отсюда следует, что нам нужно подобрать тепловое реле для двигателя с током в 1.94 А. Ток срабатывания теплового реле должен превышать номинальный ток двигателя в 1.2 – 1.3 раза. То есть: Iреле=IН*1.2…1.3

Пусть двигатель работает в составе механизма, в котором допускаются кратковременные, но значительные перегрузки, например для подъёма малых грузов. Тогда ток уставки выбираем в 1.3 раза больше номинального тока асинхронного электродвигателя.

Iреле=1.94*1.3=2.522

Т.е реле должно сработать при токе 2.5-2.6А. Нам подходят такие реле:

  • РТЛ-1007, с токовым диапазоном 1.5-2.6 А;
  • РТЛ-1008, токовый диапазон 2,4-4 А;
  • РТИ-1307, токовый диапазон 1,6…2,5 А;
  • РТИ-1308, токовый диапазон 2,5…4 А;
  • ТРН-25 3,2А (с помощью регулятора можно понизить или повысить ток на 25%).
Тепловое реле

Тепловое реле

Выбор электротеплового реле

Выбор термореле зависит от многих факторы его эксплуатации: температуры окружающей среды; где оно установлено; мощности подключенного оборудования; необходимых средств аварийного оповещения и так далее. Чаще всего, потребитель делает выбор, основываясь на следующих технических характеристиках прибора.

  1. Для однофазных сетей следует выбирать термореле с функцией автосброса и возврата контактов в исходное состояние через определенный промежуток времени. Такое устройство повторно сработает, если аварийная ситуация сохранилась и перегрузка оборудования по току продолжает присутствовать.
  2. Для жаркого климата и горячих цехов следует использовать тепловые реле с компенсатором температуры воздушной среды. К ним относятся модели с обозначением ТРВ. Они способны нормально функционировать в широком интервале внешних температур.
  3. Для оборудования, критичного к обрыву фаз, следует использовать соответствующую тепловую защиту. Практически все модели термореле способны отключать электроустановки в случае возникновения такой ситуации, так как обрыв одной фазы резко увеличивает ток нагрузки на двух оставшихся.
  4. Тепловые реле со световой индикацией чаще всего используются в промышленности, где необходимо оперативно реагировать на аварийную ситуацию. Светодиодные датчики 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 от популярности производителя прибора. Минимальная цена термореле около 500 рублей, а максимальная может доходить до нескольких тысяч. Реле от известных производителей, в обязательном порядке, комплектуются паспортом с подробным описанием технических характеристик, а также полной инструкцией по подключению прибора к электроустановкам.

Методы регулировки реле

Шаг первый – определить уставку теплового реле:

N1 = (Iн – Iнэ)/cIнэ

где Iн – номинальный ток нагрузки электродвигателя, Iнэ – номинальный ток нагревательного элемента теплового реле, с – коэффициент деления шкалы (например, с = 0,05).

Шаг второй – введение поправки на температуру окружающей среды:

N2 = (T – 30)/10

где Т – температура окружающей среды, °С.

Шаг третий:

N = N1 + N2

Шаг четвертый – выставить регулятор на нужное число делений N.

Поправка на температуру вводится, если температура окружающей среды слишком высокая или низкая. Если на температуру в помещении где установлено реле значительно влияет температура на улице, то поправку следует производить зимой и летом.

Преимущества устройства

По своей сути, тепловое реле является автоматическим устройством отключения электрооборудования от сети питания. Но в отличие от простого автомата включения/отключения электротепловое реле имеет ряд следующих существенных преимуществ:

  • возможность регулировки времени и момента срабатывания в зависимости от тока перегрузки и длительности его воздействия на электрооборудование;
  • разные варианты коммутации: дистанционный монтаж в электрических щитах или непосредственная установка на магнитных пускателях.

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

Проверка

Рассмотрим на примере реле типа ТРН. Чтобы убедиться в исправности реле нужно:

  • Проверить состояние корпуса, нет ли на нем трещин или сколов.
  • Проверить при подключенной нагрузке с номинальным током.
  • Разобрать реле и проверить целостность контактов, остутствие на них нагара,
  • Проверить, не согнуты ли нагреватели.
  • Проверить расстояние между биметаллом и нагревательными элементами. Оно должно быть одинаковым, если нет, то отрегулировать с помощью крепежных винтов.
  • Подать номинальный ток через один из нагревателей, установить в 1.5 раза больше номинального тока. В таком состоянии реле работает 145 с, затем постепенно поворачивают эксцентрик регулировки в положение «-5», до срабатывания реле.

После активного охлаждения в течение 15 минут проверяют второй нагревательный элемент таким же способом.

Использованная литература

  • Родштейн Л.П. «Электрические аппараты» 1989
  • Гуревич В.И. «Электрические реле. Устройство, принцип действия и применения. Настольная книга инженера» 2011
  • Фигурнов Е. П. «Релейная защита» 2004
  • Басс Э.И., Дорогунцев В.Г. «Релейная защита электроэнергетических систем» 2002
  • Кацман М.М. «Электрические машины»  2013
  • Агейкин Д.И. Костина Е.Н. Кузнецова Н.Н. «Датчики систем автоматического контроля и регулирования» 1959
Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Загрузка ...