Принцип работы теплового реле: подробное руководство

Электродвигатели и другое электрооборудование в процессе эксплуатации могут испытывать высокие нагрузки, вызывающие их перегрев. Частые перегревы обмоток силовых установок приводят к разрушению изоляционных материалов и значительному сокращению срока службы, поэтому в конструкции таких устройств предусматривают защитное тепловое реле (ТР). Именно для таких случаев разработано тепловое реле, которое защищает мотор, быстро отключая питание, предотвращая возгорание деталей или выход механизма из строя.

Схема теплового реле

Что такое тепловое реле?

Тепловое реле - это устройство, предназначенное для защиты электродвигателей от перегрузок и обрыва фаз. Тепловые реле (расцепители) - важные элементы системы защиты электродвигателей и других приборов, защищая практически от любых перегрузок. К тому же реле не подвержены ложным отключениям нагрузки в случае кратковременных скачков тока, что выгодно отличает их от входных автоматов. Оно контролирует ток нагрузки двигателя и автоматически отключает питание при достижении определенного уровня перегрузки.

Принцип работы теплового реле

В основе работы тепловых реле лежит закон физики, сформулированный учеными Джоулем и Ленцем еще в 19 веке и определяющий зависимость выделенного тепла от силы тока на конкретных участках электрической цепи. Принцип действия тепловых реле основан на изгибании биметаллического элемента при его нагреве.

Биметаллическая пластина - основа работы теплового реле. Она изготавливается из двух сплавов, обладающих разными коэффициентами термического расширения. Обычно это инвар (низкий Кр) и хромоникелевая сталь (более высокий Кр). Между собой их сваривают или соединяют прокаткой. Один из этих металлов нагревается быстрее, другой - медленнее.

При перегрузке по току часть пластины с высоким Кр прогибается ко второй части пластины, которая имеет меньший Кр. Такое движение влияет через толкатель на группу контактов. Таким образом, в случае превышения тока определенного значения биметаллический элемент нагревается и изгибается, приводя в действие контакт реле. Очевидно, что при увеличении тока уменьшается время срабатывания реле.

Когда ток протекает через электрическое оборудование, он вырабатывает тепло. Чем дольше вырабатывается ток, тем больше увеличивается его мощность и, соответственно, устройство больше нагревается. При этом у каждого механизма есть своя предельная точка, превышение которой приводит к поломке. Для таких случаев и придумали тепловое реле, которое защищает аппарат от поломок и разрушений. Если индуцированный температурой ток превышает оптимальные характеристики прибора - реле срабатывает. Оно отключает основной источник питания либо с помощью электрической блокировки, либо через механическую.

Основные компоненты теплового реле:

• Биметаллическая пластина: Две разного рода пластины, крепко сваренные между собой. Они сделаны из металла противоположных видов, поэтому нагреваются с разной скоростью, что провоцирует изгиб полосы и затем в работу вступают контактные провода.
• Нагревательный элемент: Отвечает за нагрев и прогиб биметаллической пластины, пропуская через себя ток, превышающий номинальный.
• Регулятор тока установки: С его помощью устанавливают максимальное значение тока, выше которого ТР обесточивает цепь.
• Электрические контакты: Их подключают к обмоткам магнитного пускателя теплового реле. Обычно в ТР имеются два контакта - нормально замкнутый и нормально разомкнутый. При силовом воздействии биметаллической пластинки контакты меняют свое положение на противоположное.

Типы тепловых реле

На рынке электротехнического оборудования представлен большой выбор модулей тепловой защиты для электрических силовых агрегатов.

• РТЛ: Серия электромеханических приборов, которые обеспечивают надежную тепловую защиту трехфазных электродвигателей и других силовых установок от критической перегрузки по токам потребления. Помимо этого, реле этого типа защищают электроустановки при нарушении баланса питающих фаз, отсрочке по времени пуска устройств, а также при наличии механических проблем с ротором: заклинивании вала и других неисправностей.
• РТТ: Трехфазные устройства, предназначенные для защиты электродвигателей с короткозамкнутым ротором от токовой перегрузки, перекоса между питающими фазами и в случае механических повреждениях ротора, а также от задержки пускового момента.
• РТИ: Трехфазная разновидность теплового реле, которое защищает электродвигатель от тепловых повреждений обмотки в случае критического превышения значений тока потребления, от асимметрии питающих фаз, задержки пускового момента и в случае механических повреждений движущихся частей ротора. Функционирует совместно с автоматическими выключателями или предохранителями.
• ТРН: Двухфазные устройства электротепловой защиты электрических двигателей, обеспечивающие контроль продолжительности пуска и тока в нормальных рабочих режимах. Контакты возвращаются в исходное состояние после аварийного срабатывания только вручную. Используется в электросетях постоянного тока. Служат для контроля пуска электрических установок и рабочего режима двигателя. Тепловое реле ТРН имеет всего два входящих подключения. Неподключенный провод фазы в этом случае пускают непосредственно от пускателя к двигателю.
• РТК: Тепловые реле, с помощью которых можно контролировать лишь один параметр - температуру металлического корпуса электрических установок. Для этого используются специальные щупы. Предназначен для использования в цепях автоматики, контролирует температурный режим в корпусе электрического оборудования.
• Твердотельные: Вид тепловых реле, в конструкции которых отсутствуют какие-либо подвижные элементы. Работа устройства не зависит от температуры окружающей среды и других характеристик воздуха, что актуально для взрывоопасных цехов и производств химической промышленности.
• РТЭ: Защитные тепловые реле, которые по своему принципу работы напоминают плавкие предохранители. Устройства изготовлены из металлического сплава с низкой температурой плавления. Материал плавится при критической температуре и разрывает цепь, питающую оборудование.

Другие типы тепловых реле:

• ТРП. Однополюсный коммутационный аппарат, имеющий комбинированный вариант нагрева. Используется в сетях постоянного тока, в которых напряжение не превышает 400 В, для защиты асинхронных двигателей. Устойчив к ударным и вибрационным нагрузкам.

Основные характеристики тепловых реле

В маркировке указывается большинство важных характеристик ТР. Для правильного выбора подходящей модели теплового реле следует учитывать следующие параметры:

• Мощность защищаемого электромотора.
• Номинальный ток защиты. Выбирается в соответствии с номинальным током нагрузки. Номинальный ток термореле должен быть в полтора раза выше Iном защищаемого двигателя.
• Интервал регулирования установки тока срабатывания.
• Номинальный ток, при котором тепловое реле не срабатывает. Его превышение не вызывает незамедлительного отключения цепи.
• Номинальное напряжение. При выходе напряжения за допустимые пределы термореле выйдет из строя.
• Условия эксплуатации. Категория размещения тепловых реле определяется согласно требованиям ГОСТ 15150.
• Номенклатура и число вспомогательных контактов управления. Некоторые ТР имеют дополнительные контакты, управляющие функционированием самого теплореле и обслуживаемой нагрузки.
• Мощность коммутации. Важное свойство ТР, которое характеризует выходную мощность нагрузки.
• Граница (порог) срабатывания. Это коэффициент, величина которого зависит от величины Iном. Чаще всего этот коэффициент находится в пределах 1,1-1,5.
• Чувствительность к асимметрии фаз. Этот параметр равен отношению фазы с перекосом к фазе, по которой проходит Iном.
• Класс отключения. Характеризует усредненный период срабатывания устройства.

Подключение теплового реле

Подсоединение ТР к силовым установкам осуществляется в соответствии с инструкцией производителя. В большинстве случаев ТР к защищаемому устройству подключают через нормально замкнутый контакт, который последовательно соединяют с клавишей «стоп». Разомкнутый контакт включает теплозащиту при выходе тока за допустимые значения.

Тепловое реле устанавливают и подключают вместе с магнитным пускателем, выполняющим функции включения электрического привода. При подключении потребителя в сеть 220 В или 380 В все фазы после магнитного пускателя пропускают через тепловое реле, а затем уже подсоединяют к электродвигателю.

Схема подключения теплового реле к пускателю

Для эффективного выполнения функции отключения электродвигателя или другого обслуживаемого аппарата необходимо правильно отрегулировать настройки ТР таким образом, чтобы вероятность ложных срабатываний была исключена. С помощью таймера определяют время срабатывания.

Даже если реле ТРН имеет лишь пару входящих подключений, фаз все равно 3. Отключенные фазные провода выводятся с пускателя к мотору в обход устройства. Изменения тока будут происходить пропорционально в каждой фазе, в результате чего достаточно контроля только двух из них.

Настройка теплового реле

Правильная настройка теплового реле позволяет избежать множества проблем, связанных с перегрузками и повреждениями оборудования. Установка реле производится в шкафу электрооборудования на DIN-рейку шириной 35мм в соответствии с его габаритными размерами, приведенными в приложении, провести электромонтаж согласно схеме. Конструкция шкафа должна обеспечивать защиту прибора от попадания в него влаги, грязи и посторонних предметов. Подключение цепей питания производится через винтовые клеммы, без разбора корпуса в соответствии с маркировкой. Подключение устройства рекомендуется производить через автоматический выключатель с номинальным током срабатывания 0.5А.

При превышении одного из показаний температуры на любом из датчиков порога, установленного в уставках (температуры расцепления, температуры тревоги, температуры вентиляции), происходит срабатывание соответствующего реле через заданное время включения. При снижении температуры на заданный дифференциал от заданной температуры происходит возврат реле.

Управление устройством осуществляется с помощью кнопок на лицевой панели. Перемещение по меню и изменение значений параметров осуществляется при помощи кнопок ВВЕРХ, ВНИЗ, ВЛЕВО, ВПРАВО. Длительное нажатие (удержание) кнопки ВПРАВО используется для ввода (принятия) значения ранее набранного параметра. В исходном состоянии состоянии на экране поочередно отображаются показания температуры измерительных датчиков и номер соответствующего канала. Короткое нажатие кнопки ВПРАВО открывает меню просмотра уставок и настроек, долгое нажатие кнопки ВПРАВО отрывает меню редактирования уставок и настроек.

Пароль может содержать только цифры «0» - «9», значение со всеми «0» отключает запрос пароля. Изменения разрядов пароля осуществляется нажатием кнопок ВВЕРХ и ВНИЗ, переход между разрядами - кнопками ВПРАВО или ВЛЕВО. Долгое нажатие кнопки ВПРАВО сохраняет введённый пароль, а долгое нажатие ВЛЕВО - выход без сохранения.

Установка реле контроля температуры - процесс, требующий соблюдения строгих мер безопасности для предотвращения электрических неисправностей и обеспечения надежной работы оборудования. Прежде всего, необходимо отключить питание на объекте, где будет производиться установка, чтобы исключить риск поражения электрическим током. При работе с реле следует использовать изолированные инструменты и надевать средства индивидуальной защиты, такие как перчатки и защитные очки. Важно также следить за тем, чтобы монтаж осуществлялся в соответствии с инструкциями производителя, а также действующими нормами и стандартами. Монтаж устройства должен производиться квалифицированным электротехническим персоналом, имеющим соответствующий допуск.

Факторы, влияющие на срабатывание реле

На срабатывание релейного элемента может повлиять повышенная температура окружающей среды. Биметаллическая пластина может нагреваться не только от прямого воздействия, но и от температуры окружающей среды. Если последняя растет, то уменьшается ток срабатывания реле. Когда в помещении температура намного больше или меньше номинальной, нужно дополнительно отрегулировать тепловой прибор (плавная регулировка). Или воспользоваться другим вариантом: приобрести нагревательный элемент, который будет учитывать реальный (актуальный) температурный режим. При выборе теплового реле учитывайте этот фактор и выбирайте максимально большую номинальную цифру тока. И конечно, желательно расположить прибор в том же месте, где находится объект для защиты.

Преимущества использования тепловых реле

Тепловые реле - это специальные устройства, которые отключают потребляющее электроэнергию оборудование при перегрузках. Они предотвращают поломку электромоторов из-за превышения нагрузки по показателям рабочего тока. Кроме того, реле обладают меньшими габаритами и массой, более доступной ценой, простой конструкцией и надежностью эксплуатации.

Выбор теплового реле для контактора

Выбор правильного теплового реле для контактора - важный шаг в обеспечении безопасной и эффективной работы электрического оборудования. Но прежде чем совершить покупку, необходимо разобраться в классификации тепловых реле и понять, зачем она нужна.

Тепловые реле для контакторов типа В6, В7: Эти реле известны своей высокой чувствительностью и точностью срабатывания.

Тепловые реле для контакторов типа AF9 ... AF38: Данная серия отличается высокой точностью регулировки и простотой интеграции в системы автоматизации.

Тепловые реле для контакторов типа AF 80 ... 96: Эти устройства обеспечивают эффективную защиту двигателей от перегрузок и обрыва фаз, гарантируя бесперебойную работу оборудования.

Тепловые реле для контакторов типа AF 40 ... 65: Разработаны специально для работы с контактами AF 40…65, обеспечивая оптимальную защиту двигателей от перегрузок и обрыва фаз.

Оптимизация затрат: Различные типы реле имеют разные цены и характеристики. Классификация тепловых реле играет важную роль в процессе выбора подходящего устройства для защиты электродвигателей.

Тепловые реле надежно защищают электродвигатель от перегрузок только в случае его эксплуатации в режиме S1 (продолжительный режим работы). Температурные условия мест, в которых установлены реле и защищаемый двигатель должны быть полностью идентичны.

Современные электродвигатели выполняются с изоляцией класса F и превышением температуры по классу В. Таким образом, даже при температуре окружающей среды 400С обеспечивается температурный запас 250С, благодаря чему электродвигатель может выдерживать кратковременные перегрузки без разрушения изоляции. Реле, подобранные согласно данным рекомендациям, обеспечивают надежную защиту двигателей при длительных перегрузках 15-20%.

Если же нагрузка двигателя неравномерная (в одни короткие периоды времени больше номинальной, в другие наоборот - меньше), во избежание ложных срабатываний защиту необходимо несколько загрубить.

Как выбрать и настроить тепловое реле для защиты электродвигателя