Принцип работы теплового реле

Нагрев биметаллической пластинки теплового реле зависит от температуры окружающей среды, поэтому с ростом температуры окружающей среды ток срабатывания реле уменьшается.

Тепловые реле — это электрические аппараты, предназначенные для защиты электродвигателей от токовой перегрузки. Наиболее распространенные типы тепловых реле — ТРП, ТРН, РТЛ и РТТ.

Принцип действия тепловых реле

Долговечность энергетического оборудования в значительной степени зависит от перегрузок, которым оно подвергается во время работы. Для любого объекта можно найти зависимость длительности протекания тока от его величины, при которых обеспечивается надежная и длительная эксплуатация оборудования. Эта зависимость представлена на рисунке (кривая 1).

При номинальном токе допустимая длительность его протекания равна бесконечности. Протекание тока, большего, чем номинальный, приводит к дополнительному повышению температуры и дополнительному старению изоляции. Поэтому чем больше перегрузка, тем кратковременнее она допустима. Кривая 1 на рисунке устанавливается исходя из требуемой продолжительности жизни оборудования. Чем короче его жизнь, тем большие перегрузки допустимы.

Время-токовые характеристики теплового реле и защищаемого объекта

При идеальной защите объекта зависимость tср (I) для теплового реле должна идти немного ни-же кривой для объекта.

Для защиты от перегрузок, наиболее широкое распространение получили тепловые реле с биметаллической пластиной.

Биметаллическая пластина теплового реле состоит из двух пластин, одна из которых имеет больший температурный коэффициент расширения, другая — меньший. В месте прилегания друг к другу пластины жестко скреплены либо за счет проката в горячем состоянии, либо за счет сварки. Если закрепить неподвижно такую пластину и нагреть, то произойдет изгиб пластины в сторону материала с меньшим. Именно это явление используется в тепловых реле.

Широкое распространение в тепловых реле получили материалы инвар (малое значение a) и немагнитная или хромоникелевая сталь (большое значение a).

Нагрев биметаллического элемента теплового реле может производиться за счет тепла, выделяемого в пластине током нагрузки. Очень часто нагрев биметалла производится от специального нагревателя, по которому протекает ток нагрузки. Лучшие характеристики получаются при комбинированном нагреве, когда пластина нагревается и за счет тепла, выделяемого током, проходящим через биметалл, и за счет тепла, выделяемого специальным нагревателем, также обтекаемым током нагрузки.

Прогибаясь, биметаллическая пластина своим свободным концом воздействует на контактную систему теплового реле.

Время-токовые характеристики теплового реле

Основной характеристикой теплового реле является зависимость времени срабатывания от тока нагрузки (времятоковая характеристика). В общем случае до начала перегрузки через реле протекает ток Iо, который нагревает пластину до температуры qо.

При проверке времятоковых характеристик тепловых реле следует учитывать, из какого состояния (холодного или перегретого) происходит срабатывание реле.

При проверке тепловых реле надо иметь в виду, что нагревательные элементы тепловых реле термически неустойчивы при токах короткого замыкания.

Выбор тепловых реле

Номинальный ток теплового реле выбирают исходя из номинальной нагрузки электродвигателя. Выбранный ток теплового реле составляет (1,2 — 1,3) номинального значения тока электродвигателя (тока нагрузки), т. е.тепловое реле срабатывает при 20- 30% перегрузке в течении 20 минут.

Постоянная времени нагрева электродвигателя зависит от длительности токовой перегрузки. При кратковременной перегрузке в нагреве участвует только обмотка электродвигателя и постоянная нагрева 5 — 10 минут. При длительной перегрузке в нагреве участвует вся масса электродвигателя и постоянна нагрева 40-60 минут. Поэтому применение тепловых реле целесообразно лишь тогда, когда длительность включения больше 30 минут.

Влияние температуры окружающей среды на работу теплового реле

Нагрев биметаллической пластинки теплового реле зависит от температуры окружающей среды, поэтому с ростом температуры окружающей среды ток срабатывания реле уменьшается.

При температуре, сильно отличающейся от номинальной, необходимо либо проводить дополнительную (плавную) регулировку теплового реле, либо подбирать нагревательный элемент с учетом реальной температуры окружающей среды.

Для того чтобы температура окружающей среды меньше влияла на ток срабатывания теплового реле, необходимо, чтобы температура срабатывания выбиралась возможно больше.

Для правильной работы тепловой защиты реле желательно располагать в том же помещении, что и защищаемый объект. Нельзя располагать реле вблизи концентрированных источников тепла — нагревательных печей, систем отопления и т. д. В настоящее время выпускаются реле с температурной компенсацией (серии ТРН).

Конструкция тепловых реле

Прогиб биметаллической пластины происходит медленно. Если с пластиной непосредственно связать подвижный контакт, то малая скорость его движения, не сможет обеспечить гашение дуги, возникающей при отключении цепи. Поэтому пластина действует на контакт через ускоряющее устройство. Наиболее совершенным является «прыгающий» контакт.

В обесточенном состоянии пружина 1 создает момент относительно точки 0, замыкающий контакты 2. Биметаллическая пластина 3 при нагреве изгибается вправо, положение пружины изменяется. Она создает момент, размыкающий контакты 2 за время, обеспечивающее надежное гашение дуги. Современные контакторы и пускатели комплектуются с тепловыми реле ТРП (одно-фазное) и ТРН (двухфазное).

Тепловые реле ТРП

Тепловые токовые однополюсные реле серии ТРП с номинальными токами тепловых элементов от 1 до 600 А предназначены главным образом для защиты от недопустимых перегрузок трехфазных асинхронных электродвигателей, работающих от сети с номинальным напряжением до 500 В при частоте 50 и 60 Гц. Тепловые реле ТРП на токи до 150 А применяют в сетях постоянного тока с номинальным напряжением до 440 В.

Устройство теплового реле типа ТРП

Биметаллическая пластина теплового реле ТРП имеет комбинированную систему нагрева. Пластина нагревается как за счет нагревателя, так и за счет прохождения тока через саму пластину. При прогибе конец биметаллической пластины воздействует на прыгающий контактный мостик.

Тепловое реле ТРП позволяет иметь плавную регулировку тока срабатывания в пределах (±25% номинального тока уставки). Эта регулировка осуществляется ручкой, меняющей первоначальную деформацию пластины. Такая регулировка позволяет резко снизить число потребных вариантов нагревателя.

Возврат реле ТРП в исходное положение после срабатывания производится кнопкой. Возможно исполнение и с самовозвратом после остывания биметалла.

Высокая температура срабатывания (выше 200°С) уменьшает зависимость работы реле от температуры окружающей среды.

Уставка теплового реле ТРП меняется на 5% при изменении температуры окружающей среды на КУС.

Высокая ударо- и вибростойкость теплового реле ТРП позволяют использовать его в самых тяжелых условиях.

Тепловые реле РТЛ

Реле тепловое РТЛ предназначено для обеспечения защиты электродвигателей от токовых перегрузок недопустимой продолжительности. Они также обеспечивают защиту от не симметрии токов в фазах и от выпадения одной из фаз. Выпускаются электротепловые реле РТЛ с диапазоном тока от 0.1 до 86 А.

Тепловые реле РТЛ могут устанавливаться как непосредственно на пускатели ПМЛ, так и отдельно от пускателей (в последнем случае они должны быть снабжены клеммниками КРЛ). Разработаны и выпускаются реле РТЛ и клеммники КРЛ которые имеют степень защиты ІР20 и могут устанавливаться на стандартную рейку. Номинальный ток контактов равен 10 А.

Тепловые реле РТТ

Реле топловые РТТ предназначены для защиты трехфазных асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором от перегрузок недопустимой продолжительности, в том числе возникающих при выпадении одной из фаз, а также от несимметрии в фазах.

Реле РТТ предназначены для применения в качестве комплектующих изделий в схемах управления электроприводами, а также для встройки в магнитные пускатели серии ПМА в целях переменного тока напряжением 660В частотой 50 или 60Гц, в целях постоянного тока напряжением 440В.

Сделайте небольшой донат на развитие сайта «Школа для электрика»!

Помимо этого существует схема включения теплового реле для мощных электродвигателей, рабочий ток которых в разы превышает допустимый предел для защитного приспособления. В таких ситуациях используется трансформаторное преобразование, а схема включения выглядит следующим образом:

Принцип работы

В основу работы положен принцип разности температурного расширения различных металлов, описанных законом Джоуля-Ленца. При нагревании биметаллической пластины, состоящей из двух металлов с различным коэффициентом теплового расширения, произойдет ее геометрическая деформация. Именно такая пластина и устанавливается в термореле, она реагирует на превышение температуры более установленного предела.

Для рассмотрения принципа работы температурного реле воспользуемся трехмерной моделью реального устройства, приведенной на рисунке 2 ниже:

Рис. 2. Принцип действия температурного реле

РТК — контроль температуры происходит щупом, расположенным в корпусе электроустановки. Представляет собой термо реле, и контролирует только один параметр.

Назначение

Сразу же хотелось бы сказать о том, что существуют различные виды и типы тепловых реле и соответственно область применения каждой классификации своя собственная. Вкратце поговорим о назначении основных разновидностей устройств.

РТЛ — трехфазное, предназначено для защиты электродвигателя от перегрузок, перекоса фаз, затянутого пуска или заклинивания ротора. Крепятся на контакты пускатели ПМЛ или как самостоятельное устройство с клеммами КРЛ.

РТТ — на три фазы, предназначены для защиты короткозамкнутых двигателей от токов перегрузки, перекоса фаз, заклинивания ротора двигателя, затянутого запуска механизма. Может крепиться на ПМА и ПМЕ пускатели, а также самостоятельно устанавливаться на панели.

РТИ — защищают электромотор от перегрузки, асимметрии фаз, длинного пуска и заклинивания машины. Трехфазное тепловое реле, крепится на пускатели серии КМТ и КМИ.

ТРН — двухфазное реле, контролирует режим работы и пуска, имеет только ручной возврат контактов, работа устройства мало зависит от температуры окружающей среды.

Твердотельные трехфазное реле, не имеют подвижных деталей, не зависят от состояния окружающей среды, применяют во взрывоопасных местах. Следит за током нагрузки, разгоном, обрывом фаз, заклиниванием механизма.

РТК — контроль температуры происходит щупом, расположенным в корпусе электроустановки. Представляет собой термо реле, и контролирует только один параметр.

РТЭ — реле плавления сплава, электропроводящий проводник выполнен из сплава металла, при определенной температуре плавится и механически разрывает цепь. Данное тепловое реле встраивается непосредственно в контролируемое устройство.

Как видно из нашей статьи, существует большое разнообразие контроля за состоянием электроустановок, отличающихся типом и внешним видом, но одинаково выполняющих защиту электрооборудования. Это и все, что хотелось рассказать вам об устройстве, принципе действия и назначении тепловых реле. Надеемся, информация была для вас полезной и интересной!

Будет интересно прочитать:

Двухфазное тепловое реле ТРН используется, как правило, на магнитных пускателях в асинхронных двигателях. Его особенностью является возможность использования в сетях постоянного тока.

Виды тепловых реле (РТТ, РТЛ, ТРН, РТИ, РТЭ)

Реле тепловое РТЭ-1304 0,4-0,63А EKF как и другие модели этой серии применяются в качестве комплектующих изделий в схемах управления электроприводами в цепях переменного тока напряжением 660 В, частотой 50-60 Гц и постоянного тока напряжением 440 В.

Тепловые реле РТТ применяются в тех случаях, когда требуется обеспечить эффективную защиту трехфазных асинхронных двигателей от перегрузок, длительность которых превышает допустимую (которые могут возникнуть, например, при выпадении одной из фаз). Как правило, они являются комплектующими частями в управляющих схемах электроприводов и в магнитных пускателях.

Тепловые реле РТЛ используются в тех случаях, когда требуется защитить от перегрузок по продолжительности, а также о несимметричности тока, например, при выпадении одной из фаз. Этот тип реле может устанавливаться как на пускателях, так и отдельно, при наличии клеммников.

Двухфазное тепловое реле ТРН используется, как правило, на магнитных пускателях в асинхронных двигателях. Его особенностью является возможность использования в сетях постоянного тока.

Тепловое реле РТИ выполняет те же функции, что и описанные выше, а также обеспечивает защиту от затянутого пуска. Данный тип реле обладает собственным потреблением энергии, поэтому дополнительно при его использовании рекомендуется устанавливать предохранители.

Главный критерий – номинальный ток потребления электрооборудования. Тепловое реле должно иметь соответствующие характеристики на 20-30 % выше, что обеспечивает ее срабатывание в течение соответствующей процентной перегрузки в течение 20 минут.

Правильный выбор тепловых реле

Основной характеристикой теплового реле является время срабатывания в зависимости от нагрузочного тока (так называемая времятоковая характеристика).

Главный критерий – номинальный ток потребления электрооборудования. Тепловое реле должно иметь соответствующие характеристики на 20-30 % выше, что обеспечивает ее срабатывание в течение соответствующей процентной перегрузки в течение 20 минут.

Тепловое реле устанавливают и подключают вместе с магнитным пускателем, выполняющим функции включения электрического привода. Возможны варианты, когда тепловое реле устанавливают на DIN-рейку или отдельную панель.

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. Схемы подключения теплового реле в цепь двигателя или другого электрооборудованиямогут быть и другими, в зависимости от присутствия дополнительных устройств.

Стандартная схема подключения теплового реле

Тепловое реле устанавливают и подключают вместе с магнитным пускателем, выполняющим функции включения электрического привода. Возможны варианты, когда тепловое реле устанавливают на DIN-рейку или отдельную панель.

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. При включении пусковой кнопки напряжение электропитания попадает на обмотку МП, который включает электродвигатель. Если ток нагрузки увеличивается до значения, превышающего критическую величину, тепловое реле срабатывает и отключает электродвигатель.

Тепловое реле ТРН имеет всего два входящих подключения. Неподключенный провод фазы в этом случае пускают непосредственно от пускателя к двигателю. Поскольку ток в электродвигателе изменяется пропорционально, допускается контроль только двух из них (любых).

При выборе теплового реле рекомендуем учитывать и такие аспекты:

Особенности установки теплового реле

Обычно монтаж производится вместе с магнитным пускателем, который обеспечивает подключение и запуск электродвигателя. Некоторые тепловые реле устанавливаются как самостоятельные приборы на DIN-рейку либо на монтажные панели (ТРН или РТТ). Причем если у реле ТРН есть лишь пара входящих подключений, то фаз все равно 3.

Отключенный фазный провод выводится с пускателя к двигателю в обход устройства. Изменение тока будет происходить пропорционально во всех фазах, в результате чего достаточно контролировать только две из них.

Возможно подключение теплового реле и с помощью токовых трансформаторов, что целесообразно при использовании мощных моторов. Как бы там ни было, важно избегать ошибок при установке, например, нельзя подключать реле с параметрами, не соответствующими характеристикам электродвигателя.

Эти образцы служат для защиты от перегрузок с большой продолжительностью. Диапазон тока – 0,1-86 А.
Клеммники и реле обустроены защитой степени IP20устанавливаются на рейках стандартного типа.

Влияние наружной температуры на работу

Устройство теплового реле ТРТ.

Ток срабатывания устройства уменьшается по мере роста температуры воздуха вокруг прибора, так как нагрев пластины зависит и от данного параметра. Резкие колебания этого значения требуют подбора элемента, способного выполнять свои функции с учетом реальных показателей, или же производить соответствующую регулировку теплового реле.

В подобной ситуации уменьшить влияние наружных факторов на ток срабатывания можно подбором возможно большей заданной температуры для самого устройства.

Обеспечить идеальную работу поможет установка защиты в одном помещении с объектом. Запрещается расположение рядом с концентрированными источниками теплового излучения.

Стоит отметить выпуск современных модификаций с компенсацией температурного вида серии ТРН.

Реле серии ТРП на токи 1-600 А в основном используется в магнитных пускателях серии ПА и имеет комбинированную систему нагрева. Исключение — реле ТРП-600 (рис. 1.2).

Чтобы правильно защитить электродвигатели от аварийных режимов, необходимо знать основные причины их отказов. Основные аварийные режимы возникают из-за:

• обрыва фазы (ОФ) — 40-50 %;

• заторможения ротора (ЗР) — 20-25 %;

• технологических перегрузок (ТП) — 8-10 %;

• понижения сопротивления изоляции (ПСИ) — 10-15 %;

• нарушения охлаждения (НО) — 8-10 %.

Вероятность срабатывания некоторых устройств защиты, применяемых в сельском хозяйстве, от основных аварийных режимов электродвигателей приведена в таблице 1.1.

Как видно из таблицы 1.1, для защиты электродвигателей от технологических перегрузок, а также от обрыва фазы и заторможения ротора с успехом могут быть использованы тепловые реле, которые работают в сочетании с магнитным пускателем.

Для защиты электрооборудования от перегрузки по току широкое применение нашли тепловые реле типов РТ, ТРН, ТРП, РТЭ, РТТ, РТЛ, РТЛ.У.

Тепловые реле типа ТРН сняты с производства, одно еще достаточное количество их эксплуатируется в сельском хозяйстве.

Тепловое реле состоит из биметаллической пластинки, нагревательного элемента, контактов с пружиной и защелкой (рис. 1.1).

Автоматические выключатели АП-50

Устройства встроенной тепловой защиты (УВТЗ-5)

Устройства защитного отключения по току утечки (УЗО)

Биметаллическая пластина состоит из двух металлов, прочно сваренных между собой по всей поверхности и имеющих различные температурные коэффициенты линейного расширения а. Один металл (инвар) имеет малый коэффициент линейного расширения и называется пассивным. Другой (хромоникелевая сталь) имеет большой коэффициент а и называется активным. При нагревании активный слой стремится удлиниться на большую величину, чем пассивный и, как следствие этого, возникает изгибающий момент.

Рис. 1.1. Конструктивная схема теплового реле типа ТРП: 1 — биметаллическая пластина; 2 — нагревательный элемент; ограничивающие выступы; 4 — пружина; 5 — неподвижный контакт; 6 — прыгающий контакт

Рис. 1.2. Тепловое реле ТРП: 1 — биметаллическая пластинка; 2 — упор самовозврата; 3 — держатель подвижного контакта; 4 — пружина; 5 — подвижный контакт; 6 — неподвижный контакт; 7 — сменный нагреватель; 8 — регулятор тока уставки; 9 — кнопка ручного возврата

Реле серии ТРП на токи 1-600 А в основном используется в магнитных пускателях серии ПА и имеет комбинированную систему нагрева. Исключение — реле ТРП-600 (рис. 1.2).

Реле серии РТ являются аппаратами открытого исполнения с косвенной системой нагрева. Регулирование тока срабатывания реле РТ в небольших пределах осуществляется с помощью рычага, перемещение которого изменяет ход конца биметаллической пластины при нагревании до освобождения защелки. Более широкое регулирование тока срабатывания осуществляется заменой нагревательных элементов. Имеется 56 номеров нагревательных элементов на 0,64-40 А.

Реле ТРВ служит для защиты двигателей с легкими условиями пуска, выпускается 20-ти исполнений на токи до 200 А.

Реле серии ТРН выпускаются на токи 0,5-40 А с термокомпенсацией. Используются в основном в магнитных пускателях серии ПМЕ и ПА, имеют косвенный нагрев с помощью пластинчатых ни- хромовых нагревателей.

Температурная компенсация заключается в том, что изгибанию биметаллической пластины 2 при изменении окружающей среды соответствует противоположное по направлению изгибание пластины компенсатора 3. Таким образом достигается независимость тока уставки от окружающей температуры. Ток уставки можно менять в пределах от 0,75 до 1,3 номинального тока нагревательного элемента.

Рис. 1.3. Конструктивная схема теплового реле типа ТРН: 1 — нагревательный элемент; 2 — биметаллическая пластина; 3 — биметаллическая пластина температурного компенсатора; 4 — эксцентрик; 5 — движок уставки; 6 — кнопка «Возврат»; 7 — штанга расцепителя (тяга); 8 — защелка; 9 — контакты; 10 — пружина; 11 — толкатель

Схемы подключения пускателей с тепловыми видами реле зависят от типа прибора:

Устанавливать реле электротепловое нужно с магнитным пускателем, который соединяет и запускает двигатель. В качестве самостоятельного прибора устройство ставится на дин-рейку или монтажную панель.

Схема подключения аппарата

Схемы подключения пускателей с тепловыми видами реле зависят от типа прибора:

Вне зависимости от схемы для остановки оборудования нужно нажать клавишу «Стоп».

Порядок регулировки

Настройка прибора производится на специализированных стендах с маломощным нагрузочным трансформатором. Нагревательные узлы подключаются на его вторичные механизмы, а напряжение управляется с помощью автотрансформатора. Токовый предел нагрузки регулируется амперметром, подсоединенным через вторичную цепь.

Проверка производится так:

1. Поворот трансформаторной рукоятки в нулевое положение с подачей напряжения. Затем выбирают ток нагрузки ручкой и проверяют время срабатывания реле с момента погасания лампы секундомером. Норма – 140-150 сек при токе 1,5 А.
2. Настройка токового номинала. Производится, когда токовый номинал нагревателя не совпадает с номиналом мотора. Предел регулировки – 0,75 – 1,25 от номинала нагревателя.
3. Настройка токовой уставки.

Для последнего действия потребуется произвести расчет:

• определить поправку на номинальный ток без компенсации температуры по формуле ±Е1 = (Iном-Iо)/СIо. Iо – ток нулевой уставки, С — цена деления эксцентрика (С = 0,05 для открытых моделей и С = 0,055 – для закрытых);
• вычислить поправку с учетом температуры окружающей среды E2=(t – 30)/10, где t — температура;
• рассчитать суммарную поправку, сложив полученные величины;
• округлить результат в большую или меньшую сторону, перевести эксцентрик.

Данный способ регулировки подходит для устройств типа ТРН и ТРП с показателями, аналогичными средним.

Ручная регулировка

Отрегулировать тепловое реле можно вручную. Величина тока срабатывания может устанавливаться в диапазоне от 20 до 30 % от номинала. Пользователю понадобится плавно перемещать рычаг для изменения изгиба биметаллической пластины. Ток срабатывания также регулируется после замены термического узла.

Современные коммутаторы оснащаются тестовой кнопкой для поиска поломки без задействования стенда. Используя клавишу сброса, можно обнулять настройки в автоматическом или ручном режиме. Для отслеживания состояния прибора используется индикатор.

Тепловые реле нужно выбирать исходя из характеристик данного прибора, касающихся нагрузки и условий работы электромотора. Во время покупки вам нужно обратить внимание на следующие параметры:

Устройство теплового реле

Тепловые реле нужно выбирать исходя из характеристик данного прибора, касающихся нагрузки и условий работы электромотора. Во время покупки вам нужно обратить внимание на следующие параметры:

• величина номинального тока
• граница регулировки тока сработки
• показатель силового напряжения
• количество и тип дополнительных контактов управления
• уровень мощности при включении управляющих контактов
• граница срабатывания
• уровень чувствительности к перекосу фаз
• класс отключения.