Тепловое реле: принцип работы, назначение, устройство, правильный выбор

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.

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!

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:

• Как работает магнитный пускатель
• Как выбрать тепловое реле
• Что такое степень защиты IP
• Какие бывают реле времени

Устройство и принцип действия РТТ

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.

Основные параметры тепловых реле:

1. Номинальный ток. При определенном значении ТР не срабатывает в течение длительного промежутка времени. В то же время превышение лимита не приводит к незамедлительному отключению цепи. Например, если значение больше номинального на 20 %, то ТР сработает примерно через 20-30 минут.
2. Номинальное напряжение. Обычно бытовые модели предназначены для эксплуатации в однофазных сетях переменного тока (220 вольт и 50 Гц). При этом выпускаются и промышленные тепловые реле, которые могут быть рассчитаны на использование в трехфазных сетях.
3. Эксплуатационные условия. Категория размещения тепловых реле определяется в соответствии с нормами ГОСТ 15150. Стандарт описывает возможные температурные значения и уровень влажности, а также устойчивость прибора к вибрациям, ударам, взрывоопасным газам.
4. Граница срабатывания теплового реле.
5. Количество и вид дополнительных контактов управления.
6. Чувствительность к перекосу фаз.

Виды термореле защиты

Следует отметить, что на современном рынке электротехнических изделий представлены разные типы модулей тепловой защиты электрических силовых агрегатов. Каждый из этих типов устройств используется в конкретной ситуации и для определенного вида электрического оборудования. К основным разновидностям тепловых реле защиты можно отнести следующие конструкции.

1. РТЛ — электромеханический прибор, обеспечивающий качественную тепловую защиту трехфазных электродвигателей и других силовых установок от критических перегрузок по току потребления. Кроме этого, термореле этого вида защищает электроустановку при дисбалансе питающих фаз, затянутого во времени пуска устройства, а также при механических проблемах с ротором: заклинивания вала и так далее.  Монтируется прибор на контактах ПМЛ (пускатель магнитный) или как самостоятельный элемент с клемником КРЛ.
2. РТТ — трехфазное устройство, предназначенное для обеспечения защиты электрических двигателей с короткозамкнутым ротором от токовых перегрузок, перекосу между питающими фазами и при механических повреждениях ротора, а также от затянутого по времени пускового момента. Имеет два варианта установки: как самостоятельный прибор на панели или совмещенный с магнитными пускателями ПМЕ и ПМА.
3. РТИ — трехфазный вариант электротеплового расцепителя, защищающего электрический двигатель от тепловых повреждений обмоток при критическом превышении значений тока потребления, от длинного пускового момента, асимметрии питающих фаз и при механических повреждениях движущихся частей ротора. Устанавливается устройство на магнитных контакторах КМТ или КМИ.
4. ТРН — двухфазное устройство электротепловой защиты электрических двигателей, обеспечивающее контроль длительности пуска и тока в нормальном рабочем режиме. Возврат контактов в исходное состояние после аварийного срабатывания осуществляется только вручную. Работа данного расцепителя совершенно не зависит от температуры окружающего воздуха, что актуально для жаркого климата и горячих производств.
5. РТК — электротепловой расцепитель, при помощи которого можно контролировать один-единственный параметр — температуру металлического корпуса электрической установки. Контроль осуществляется с использованием специального щупа. При превышении критического значения температуры устройство отключает электроустановку от линии питания.
6. Твердотельное — тепловое реле, не имеющее в своей конструкции каких-либо подвижных элементов. Работа расцепителя не зависит от температурного режима в окружающей среде и других характеристик атмосферного воздуха, что актуально для взрывоопасных производств. Обеспечивает контроль над длительностью разгона электрических моторов, оптимальным током нагрузки, обрывом фазных проводов и заклиниванием ротора.
7. РТЭ — защитное термореле, по своей сути являющееся плавким предохранителем. Прибор изготовлен из металлического сплава с низкой температурой плавления, который плавится при критических значениях температуры и разрывает цепь, питающую электроустановку. Это электротехническое изделие монтируется непосредственно в корпус электросиловой установки на штатное место.

Из вышеприведенной информации видно, что в настоящее время существует несколько различных типов электротепловых реле. Все они используются для решения одной-единственной задачи — защиты электрических двигателей и других силовых электроустановок от токовых перегрузок с повышением температур рабочих частей агрегатов до критических значений.

Конструкция реле

Реле цепи управления состоит из термочувствительного элемента, и множества контактных точек. Цепь управления для защищенного компьютера проходит через контакты реле. Если машина перегружена на текущих уровнях, тепловой датчик реле переключается к тепловым реле перегрузки, от которых, в свою очередь, поступает сигнал к основному источнику питания машины.

Термин «чувствительный элемент» описывает количество отдельных контуров, управляемых переключателем. Количество проводов определяет количество контактов испарителя. Переключатели реле тепла обычно имеют от одного до четырех полюсов – стинол (stinol), , .

Спусковой механизм приводит в действие вспомогательный переключатель реле тепловое авв (abb), который разрывает цепи катушки, ведущие на контактор двигателя кми. В этот момент индикаторный автомат показывает: «Сработало».

Схема подключения магнитного пускателя

Принцип работы

Во время перегрузки реле тепловое типа РТТ 211, 111, 5, 321, и РТТ 141 включает защиту при помощи тепловых чувствительных элементов или магнитного пускателя пмл (пм-1-12). Эти датчики способны реагировать на состояние текущего защищенного компонента в процессе его эксплуатации.

Схема: тепловое реле ТРТ

Протекание тока через электрическое устройство генерирует тепло. Увеличение тока приводит к пропорциональному увеличению количества тепла. Протекание тока через электрический прибор является продуктом нагрузки, которой подвергается определенный аппарат. Если нагрузка возрастает до точки, которая превышает расчетные характеристики прибора, он будет перегреваться и, в конечном счете, поломается.

Принцип работы теплового реле

Тепловые реле предназначены для предотвращения повреждения или разрушения электрических машин, и срабатывает, реагируя на увеличение тока, индуцированного температурами. При повышении температуры выше нормы, реле отключит основной источник питания и предотвратит повреждение оборудования. Это отклонение достигается либо через механическую блокировку между реле и основным источником питания, либо через электрическую. Чувствительным элементом в обоих случаях выступает би-металлическая полоса.

Видео: тепловое реле

Би-металлическая полоса в тепловом реле состоит из двух разнородных металлов слитых вместе. Различные характеристики металла означают, что они нагреваются с разной скоростью, в результате чего полоса сгибается. Этот изгиб активирует отключение при перегреве. Электронное тепловое реле перегрузки использует датчик или зонд, чтобы «прочитать» ток, генерируемый температуры. Затем микропроцессор предписывает, когда схема будет открывать и перерезать основные поставки в зависимости от заданных параметров.

Биметаллические полосы могут быть нагреты непосредственно или косвенно. В первом случае ток проходит непосредственно через биметалл, во втором через изолированный слой обмотки вокруг полосы. Изоляция вызывает некоторое замедление потока тепла, инерция косвенно нагревает термореле сильнее при более высоких токах, чем при их непосредственном контакте, и пускатель пма задерживает сигнал. Часто оба этих принципа объединены.

Реле тепловое (РТ) электродвигателя и компрессора работает на принципе изменения температур. Из-за этого нужно очень внимательно следить за тем, чтобы температура в помещении, где находится прибор, не поднималась выше 30 градусов.

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.

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.

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.

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.

Виды тепловых реле

1. Тепловое биметаллические реле – ртл (ksd, lrf, lrd, lr, iek и ptlr). Их принцип работы и конструкция описывается выше, данные устройства являются наиболее распространенными.
2. Твердотельное реле представляет собой электронное тепловое устройство (шнайдер – schneider electric, siemens), которое не имеет движущихся или механических частей. Вместо этого, тепловое РТР и РТИ ИЭК реле вычисляет средние температуры двигателя путем мониторинга его пускового и рабочего тока. Поскольку они способны противостоять искрам, они могут быть использованы во взрывоопасных средах. Тепловые твердотельные реле, как правило, быстрее по времени реакции, чем электромеханические, а также легче регулируются.
3. Реле контроля температуры – РТК, nr, tf, erb, и du, предназначено непосредственно чтобы контролировать температуру двигателя с использованием термистора или тепловое устройство сопротивления (RTD и ртлу), зонд, который встроен в обмотку холодильника (атлант, таdu, ). Когда номинальная температура зонда будет достигнута, его сопротивление резко возрастает.
4. Реле плавления сплава состоит из нагревательной обмотки, эвтектического сплава, и механического механизма разрыва цепи. Использование: нагреватель катушки и тепловое реле (РТЭ, в частности, трн 10 и ухл), измеряет температуру двигателя путем мониторинга количества тока, схема применяется в стиральной машине, автомобилях (УАЗ – до 3 кВт).

Устройство теплового реле ТРН

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.

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

Будет интересно➡  Варисторы – что это такое, принцип действия, характеристики и параметры.

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%).

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.

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.

Схема подключения

Как уже было сказано, тепловое реле защищает от долговременной перегрузки электрооборудование. Оно монтируется между источником питания и потребителем. Контроллируемый ток протекает через нагревательные элементы (1), они выгибаясь размыкают контакты (2) теплового реле, в этой схеме использовано 2-хфазное тепловое реле. Его контакты размыкают цепь катушки контактора или магнитного пускателя, также как если бы вы нажали кнопку «СТОП». В собранном виде эта схема выглядит так:

На первом плане видно как от выходящих контактов пускателя подключены две крайние фазы. На заднем плане видно, что к катушке реле подключена клемма от контактов ТРН. Если у вас используется реверсная схема магнитных пускателей, то подключение практически аналогичное, ниже это наглядно изображено. Контакты с маркировкой «10» и «12» подключаются в разрыв катушек пускателей КМ1 и КМ2. Здесь видно что есть нормально-замкнутая пара и нормально-разомкнутый контакт.

Материал в тему: Что такое кондесатор

Это нужно, например, для индикации срабатывания тепловой защиты, т.е. к нему можно подключить лампочку-индикатор или подать сигнал на диспетчерский пульт или АСУ. На реле РТИ эти контакты размещены на передней панели:

• NO – нормально-открытый – на индикацию;
• NC – нормально-закрытый – на пускатель.

Кнопка STOP принудительно переключает контакты. При срабатывании такое реле должно остыть и оно повторно включится. Хотя в конкретном примере возможно и ручное и автоматическое повторное включение. Для этого предназначена синяя кнопка с крестовидной прорезью справа на лицевой панели, при закрытой крышке она заблокирована.

Устройство автоматического выключателя

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.

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.

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.

Заключение

Тепловые реле – важный элемент в защите электрооборудования. С его помощью вы защитите своё устройство от перегрузок, а его характеристики позволят переносить кратковременные скачки тока без ложных срабатываний, чего не может обеспечить автоматический выключатель. Реле могут использоваться как вместе с магнитными пускателями соединяясь с его выходными клеммами напрямую, тем самым образуя единую конструкцию, так и в качестве самостоятельных защитных устройств, размещаться в щитке на дин рейке и в электрошкафах.

В данной статье были привидены все особенности строения теплового реле.

Заключение

Электротепловое реле (расцепитель) — это один из самых важных элементов системы защиты электрических двигателей и другого электрооборудования. Данное устройство способно защитить электроустановку от любых перегрузок. Тепловой расцепитель не подвержен ложным отключениям нагрузки при кратковременных скачках тока, что выгодно отличает его от входного автомата. Термореле защиты можно монтировать не только совместно с МП, но и как самостоятельное защитное устройство.

P.S. Подключайте тепловое реле к электросиловым установкам в полном соответствии c инструкцией по эксплуатации. Если у вас нет достаточного опыта в выполнение таких работ, то лучше обратиться к специалистам. Самостоятельно ремонтировать прибор можно только при наличии элементарных знаний в области электротехники. В противном случае ремонт термореле следует производить в специализированном сервисном центре!