Электронное тепловое реле перегрузки

Электронное тепловое реле перегрузки

Для чего нужны тепловые реле

С целью защиты электродвигателей от перегрузок применяют тепловые реле. Поскольку перегрев является следствием токовой перегрузки, то такое реле защищает двигатель и от токовой перегрузки как таковой, и от перегрева. То есть применение теплового реле целесообразно в тех ситуациях, когда токи в питающей сети и, соответственно, в питаемой нагрузке, могут по какой-нибудь причине превысить допустимый номинал до 1,11 — 7 раз, и тогда уставка реле позволит предотвратить разрушение оборудования.

Если оборудование отвечает за точные и ответственные работы, то оно обязательно должно быть защищено от перегрева, иначе случится отказ. По сути тепловое реле сравнит эффективную величину протекающего тока с уставкой, и защитит оборудование в случае превышения уставки — через строго заданный промежуток времени цепь нагрузки будет разомкнута, оборудование будет спасено.

Мощные цепи коммутируются контакторами, и тогда тепловое реле управляет лишь питанием контакторов, и не требуется высокой токовой устойчивости от самого реле. Реле в виде вспомогательного унифицированного блока подключается к контактору, а сам силовой контактор коммутирует нагрузку.

У реле имеются, как правило, нормально-разомкнутые и нормально-замкнутые контакты, первые отвечают за питание сигнальной лампы (например), вторые — за подачу питания на контактор.

При нахождении температуры электрооборудования в установленных разрешенных пределах, тепловое реле держит цепь замкнутой, а как только происходит превышение — осуществляется отключение через заданный промежуток времени, причем чем выше отношение тока перегрузки к номиналу, тем быстрее происходит срабатывание реле, ведь чем больше ток, тем быстрее происходит нагрев проводника, и нельзя допустить перегрева ни одного участка защищаемого оборудования.

Параметры тепловых реле

При высоких значениях перегрузки (в разы), характерных для короткого замыкания, размыкание осуществляет автоматический выключатель с электромагнитным расцеплением или плавкий предохранитель. Вообще причины перегрузок могут быть разными, например штатный тяжелый пуск электродвигателя или частые включения-выключения. Тогда срабатывание окажется ложным.

Чтобы ложные срабатывания исключить, уставка выставляется без запасов, разница лишь в классах самих реле от 5 до 40, обозначающих время срабатывания: class 5 — 3 секунды при десятикратной перегрузке, class 10 – 6 секунд при десятикратной перегрузке и т. д. Унификация по классам определяется при температуре окружающей среды в 20°С, при симметричном трехфазном режиме работы, для перегрузки в холодном состоянии. Уставка обозначает ток перегрузки, а класс — максимальное время срабатывания в секундах.

Важная характеристика теплового реле — граничные значения кратности длительной перегрузки — порядка часа. Это условие при котором реле гарантированно сработает или не сработает. Так, если порог задан как 1,14±0,06, то при 1,2 реле гарантированно сработает, а при 1,06 уже точно не сработает.

Этот параметр чрезвычайно важен, он определяет точность и надежность защиты, а также позволяет предотвратить ложные срабатывания. Наиболее качественные реле обладают термокомпенсацией для обеспечения устойчивых рабочих характеристик при любой температуре окружающей среды.

В соответствии с особенностями защищаемого оборудования выбирают и время срабатывания теплового реле, принимая во внимание и допустимую кратность перегрузки. Большие кратности — до 10 раз — требуют более щепетильного подхода. Например class10 считается универсальным, и подойдет для электродвигателей с легким пуском.

При тяжелых пусках лучше подойдут class20, class30 или class40. Class5 – если требуется высокая точность, например, если нагрузка малоинерционна. Как правило, производители тепловых реле в сопроводительной документации указывают наиболее подходящее оборудование, для которого лучше всего придется класс данной токо-временной защитной характеристики.

Здесь важно реальное время срабатывания реле, оно должно соответствовать стандартной зависимости. Лучшие тепловые реле при перегрузках от 3 до 7,2 крат, обладают максимальным отклонением времени расцепления от стандарта не более чем на 20% в меньшую и в большую сторону. С ростом температуры, к примеру из-за предварительного разогрева номинальным током, время расцепления сокращается в 2,5 — 4 раза по сравнению со стандартом при 20°С.

Недостатки простых тепловых реле

Трехфазные тепловые реле более универсальны, они отслеживают токи во всех трех фазах, и применимы для однофазных цепей, для переменного и для постоянного тока.

Но если фазы нагружены сильно несимметрично? Тогда температура по одной из фаз будет нарастать быстрее, и оборудование опасно перегреется, поскольку действующее значение тока трех фаз не позволит выявить опасность. В итоге время расцепления и критический ток уставки теплового реле окажутся реально ниже фактического положения.

Для решения проблемы более оперативно, необходимо тепловое реле более совершенное, с интегрированной защитой от токовой асимметрии в фазах. В таких реле при перекосе или при потере фазы время и ток срабатывания соответствующим образом изменятся, и защита все равно останется надежной.

Читайте также:  Дом леонида якубовича фото

Обычно тепловые реле изготавливаются на базе биметаллических разъединителей. Пластина при нагреве током изгибается, и приводит в движение механизм разъединения, реле срабатывает — переключается в состояние «выключено». Когда пластина остынет, механизм вернется в исходное состояние «включено». Простота конструкции обычных реле подкупает малой стоимостью и хорошей помехоустойчивостью. Но для более тонкого оборудования требуются более точные тепловые реле — электронные.

Электронные тепловые реле

Электронные энергонезависимые тепловые реле, такие как например Siemens серий 3RB20 и 3RB21, оснащены встроенными системами измерения на токи до 630 А. Эти реле являются токонезависимыми, и способны защитить нагрузки при любом режиме, даже при тяжелом пуске, и при обрыве или несимметрии фаз.

При токовой перегрузке, при обрыве одной из фаз или при перекосе, ток, например в двигателе, нарастает, и становится выше уставки. Интегрированный токовый трансформатор регистрирует ток, а электроника обрабатывает измеренное в текущий момент значение, и если оно превышает уставку, импульс отключения передается на выключатель, который отсоединяет нагрузку, размыкая внешний контактор. Само реле монтируется на контактор. Время разъединения строго связано с соотношением тока расцепления и тока уставки.

Электронное тепловое реле Siemens 3RB21 способно не только защитить от перегрева вследствие асимметрии фаз, перегрузки по току или обрыве фазы, оно имеет еще и внутреннюю систему обнаружения замыкания на землю (за исключением комбинаций звезда — треугольник). Например неполные замыкания на землю из-за повреждения изоляции или влажности будут мгновенно зафиксированы, и цепь нагрузки разомкнется.

При срабатывании реле загорится индикатор сигнализирующий о состоянии расцепления. Имеется возможность автоматического сброса или сброса вручную. Автоматический сброс происходит через определенное время, спустя которое реле снова замкнет контактор.

Реле перегрузки рассчитаны на очень высокие нагрузочные токи,при превышении значения максимально разрешенной нагрузки реле отключают оборудование. Это также происходит при затяжном пуске, при низком или высоком моменте сопротивления, высокой величине инерции нагрузки.

Необходимым фактором, влияющим на выбор реле может считаться соответствие характеристик реле и времени включения двигателя. Существует несколько классов реле перегрузки, характеризуемых строго определенным для них временем отключения.

Номинальный предел срабатывания реле выбирается по номинальному току электродвигателя и рассчитанным временем пуска.

Рис, №1. Основные классы отключения для реле перегрузки в соответствии с международными стандартами.

Реле перегрузки обладают тепловой памятью (исключение составляют типы электронных реле), они подключаются последовательно с нагрузкой к измерительному трансформатору тока, который присоединен к нагрузке последовательно и требует большой величины мощности.

Одной из разновидностей реле перегрузки считается реле, оборудованное биметаллическими пластинами. При подключении к контактору тепловое реле осуществляет защиту линии, электродвигателя и выключателя нагрузки от кратковременной или длящейся большой промежуток времени перегрузки. Совместно с тепловым реле используется автоматический выключатель, контактор и плавкие предохранители, они защищают электрооборудование от короткого замыкания.

Принцип работы реле теплового реле перегрузки

В основе работы теплового реле лежит принцип деформации встроенных в конструкцию биметаллических пластин, их нагревание при повышении значения тока отключает устройство. Биметаллические пластины подвергаются деформации при прохождении по ним электрического тока, изменение пластины происходит в соответствии с заданным значением тока. Возможность повторного запуска и сброс реле возможен только при остывании пластин. Тепловые реле работают как в цепях переменного, так и постоянного тока. Их конструкция имеет:

  • Три полюса для подключения 3 фаз.
  • Компенсирующий элемент, который не дает окружающей температуре влиять на пороги отключения.
  • Кнопку ручного сброса и элемент для автоматического восстановления рабочего состояния оборудования.
  • Градуировку в амперах, с ее помощью можно выставить предельно допустимое значение температуры, при котором произойдет срабатывание защиты на отключение (параметры двигателя должны соответствовать предельному значению на табличке «шильдике» на реле).

Рис. №2. Внутренний вид и устройство теплового реле перегрузки с биметаллическим расцепителем.

Одной из функциональных способностей тепловых реле нового поколения является реагирование на обрыв фазного провода. Это так называемая псевдодифференциальная защита, реле с такой способностью нельзя использовать для защиты однофазных двигателей.

Рекомендованы для защиты электрооборудования, где возможна вероятность блокировки ротора.

Рис.№3 График, демонстрирующий зону отключения тепловых реле перегрузки с компенсацией по температуре окружающего воздуха в соответствии с международными стандартами.

Читайте также:  Бетонирование столбов для забора из профнастила своими

Электронные тепловые реле перегрузки

Благодаря электронным технологиям достигается создание точной тепловой модели электродвигателя. За основу работы реле приняты принципы, описанные с помощью тепловых временных констант. Благодаря электронной схеме производится вычисление температуры двигателя в виде функции 2 аргументов – это протекающий ток и продолжительность работы по времени. Рабочие условия будут избраны весьма точно и поэтому можно избежать ошибочного отключения. Использование электронных реле позволяет не реагировать на температуру окружающего воздуха в месте размещения оборудования.

Электронные температурные реле выполняют следующие функции:

  1. Контроль температуры с использованием термисторов.
  2. Обнаружения неблагоприятных условий работы, например, заклинивание ротора двигателя или превышение момента двигателя.
  3. Обнаружения переключения фаз.
  4. Ухудшение качества изоляционного покрытия.
  5. Обнаружение холостого режима работы, без нагрузки.

Рис. №4. Тепловое реле перегрузки электронного типа, внешний вид.

Реле, оборудованные термосопротивлением ПТК

Это еще одна категория тепловых реле, обладающих способностью отслеживать температуру и защищать электродвигатель от перегруза. Обладая компактными размерами, они обладают низкой тепловой инерцией и малым временем реакции.

В число достоинств этих реле входит:

  1. Защита от перегрузки при повышении температуры воздуха.
  2. Защита при повреждении вентиляционной системы.
  3. Предупреждение неправильной работы двигателя при значительном увеличении частоты запусков электродвигателя.
  4. Предупреждение от неправильной работы, связанной с толчковыми режимами.

Основные компоненты, из которых состоит тепловое реле

В комплект устройства тепловых реле входят следующие элементы, без которых невозможна их полноценная работа в качестве прибора управления электродвигателем:

  • Термистор ПТК (положительный температурный коэффициент), его месторасположение предопределено в месте, наиболее подвергающемуся нагреву: подшипники разных видов, обмотка статора и прочее. Они обладают статичными свойствами, их сопротивление повышается при достижении номинального температурного порога.
  • Электронное устройство, которое получает питание от сети постоянного или переменного тока и производит замеры сопротивления подключенного датчика. При достижении температурных границ номинального значения в устройстве происходит скачок величины сопротивления термистора. Он расположен в цепи порогового элемента в общей конструкции устройства, следствием его функций является срабатывание реле на выходе из цепи.

Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное.

Реле перегрузки предназначены для коммутирования электрических цепей. В основном реле перегрузки используется для защиты потребителей, чаще всего электродвигателей, от перегрузки, отказа фазы в электросети, слишком долгого запуска и заклинивания ротора. Различают механические (биметаллические) реле перегрузки и электронные.

В основе работы биметаллических реле лежит принцип преобразования тепловых потоков в механическую работу, при совершении которой происходит замыкание или размыкание контактов и осуществляется коммутация электроцепи. Такое преобразование происходит за счет изгиба пластины или диска, выполненного из двух разнородных металлов, характеризующихся различными параметрами линейного расширения, в зависимости от температуры. Поскольку нагрев двигателя определяется по его току, речь идет о защите от перегрузки, зависимой от тока. Перегрузка или выпадение фазы ведет к возрастанию тока двигателя выше установленного значения; ток через нагревательные элементы постепенно нагревает биметалические пластины внутри реле, которые в результате деформации через механизм расцепления приводят в действие вспомогательные блокконтакты. Последние через контактор отключают потребитель.

Зависимыми от тока защитными устройствами являются и электронные реле перегрузки. Ток, потребляемый двигателем, непрерывно измеряется встроенными в реле токовыми трансформаторами, а измеренные значения используются для создания тепловой модели электродвигателя и сравнения его со значениями токов, установленными на реле. К электронным реле перегрузки также можно отнести термисторные реле, которые осуществляют коммутацию цепей в зависимости от показаний термисторов, установленных непосредственно на обмотке двигателя.

Следует отметить, что электромоторы при включении создают десятикратные перегрузки по току, а при отключении отдают в цепь высоковольтные всплески, что создает трудности при выборе модели реле перегрузки, пригодных к использованию в электросети.

Современные реле перегрузки (и механические и электрические) представляют собой сложный механизм, обладающий множеством характеристик, определяющих возможность их применения в тех или иных электрических цепях. К таким характеристикам относят:

  • ток цепи: переменный (AC-1-23) или постоянный ток (DC-1-23), где 1 или 2 – самые простые режимы для эксплуатации, при которых реле можно выбрать, исходя из его паспортных характеристик;
  • вид нагрузки для сертификации основных контактов устройства (рабочее напряжение и сила тока);
  • время срабатывания;
  • климатические условия, необходимые для стабильной работы устройства: температура окружающей среды (при использовании устройства в условиях повышенных температур обычно вводят понижающий коэффициент верхнего значения установок), влажность воздуха;
  • наличие дополнительных функций: автоматическое восстановление цепи после аварийного отключения, возможность переключения режимов восстановления (ручной / автоматический).
Читайте также:  Карбюратор пилы хускварна 240

Среди моделей реле перегрузки, представленных на рынке, преобладающее большинство принадлежит зарубежным производителям: Moeller, Schneider Electric, Siemens, Mitsubishi Electric и др. От российских производителей на рынке представлена продукция ПО «Электротехник», ООО НПО «Технология» и др. Ассортимент продукции чрезвычайно разнообразен: от простейших тепловых реле до полностью автономных электронных систем управления питания электродвигателей с поддержкой многоуровневой защиты от перегрузки. Следует отметить, что по техническим характеристикам устройства, представленные российскими производителями, практически не отличаются от зарубежных аналогов, однако, в основном, это биметаллические реле перегрузки или термисторные переключатели.

Например, тепловые реле перегрузки (РТЭ), производимые ООО НПО «Технология», работают в диапазоне регулировки по току 0,63-93 А с рабочим напряжением до 660 В, в широком температурном интервале (от -40 до +70°С), класс расцепления РТЭ – 10, степень защиты – IP 20. Похожие характеристики у серии реле перегрузки РТ1, производимых ПО «Электротехник», а у реле серии РТТ12, зависимых от тока – даже больший диапазон по току – до 630 А.

Реле перегрузки «Электротехник»

Реле температурные (тепловые) с самовозвратом серии РТ-1, предназначены для эксплуатации в качестве встроенных элементов внутри тепловых, комбинированных пожарных и других извещателей, для работы в изделиях электротехнических для поддержания температуры и температурной защиты.

Токовые, серии РТТ12, предназначены для защиты трёхфазных асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором от перегрузок недопустимой продолжительности, в том числе возникающих при обрыве одной из фаз; применяется в схемах управления электроприводами в цепях переменного тока напряжением до 660В частотой 50, 60 Гц, в цепях постоянного тока напряжением до 440В; предусмотрена функция автоматического или ручного самовозврата.

У концерна Moeller ассортимент выпускаемой продукции шире, хотя реле перегрузки, предназначенные для тех же целей, что и варианты, производимые российскими компаниями, по заявленным характеристикам отличаются незначительно.

Реле перегрузки Moeller

Реле перегрузки серии Z защищают двигатель от однофазного режима и перегрузки; дополнительный контакт может обесточивать катушку контактора и сигнализировать об ошибке; используются для защиты взрывозащищенных двигателей; может устанавливаться на контакторы DIL M до 250 А или отдельно.

Мини-реле DILER предназначены для коммутации нагрузки до 6 А, имеют компактные размеры; могут использоваться в разных климатических условиях, имеют широкий температурный режим работы от -25 до 50 °С; предназначены для пуска и остановки электродвигателей мощностью до 4 кВт или коммутации нагрузки до 16А; имеют один нормально открытый или нормально закрытый интегрированный дополнительный контакт; есть версия четырехполюсного мини-контактора DILEM.

Реле DIL A имеют версии: 4 нормально открытых контакта, 3 нормально открытых контакта,1 нормально закрытый контакт, 2 нормально открытых контакта и 2 нормально закрытых контакта; количество дополнительных контактов можно увеличить до 8 с помощью блоков фронтальных контактов DILA-XH.

Тенденции развития современного производства таковы, что предприятия все больше стремятся к автоматизации процессов управления теми или иными узлами оборудования. В связи с этим, в последнее время все большую популярность приобретает использование полностью автономных механизмов, обеспечивающих стабильную работу оборудования и его защиту.

Примером может служить система ZEV. Сам производитель характеризует ее как революционную. Электронное реле перегрузки ZEV предназначено для защиты различных электродвигателей, в том числе с тяжелыми условиями пуска (время разгона до 40 с); может работать в сетях с постоянным и переменным (50 – 60 Гц) током с напряжением 24 – 240 В. Внешние трансформаторы утечки при подключении к такому реле позволяют легко обнаруживать замыкания на землю. ZEV может быть запрограммирован на любой класс отключения (от 5 до 40), в соответствии с которым будет определяться время коммутирования электрических цепей (время отключения от 2,5 до 90,5 секунд (±20%) и время восстановления после отключения по перегрузке от 5 до 12 минут). Устройство сработает от сигнала термистора, расположенного на обмотке двигателя. ZEV пригоден для эксплуатации при температуре от 25 до 40ºС в закрытых системах и до 60°С – в открытых.

В настоящее время доступно большое количество разнообразных реле защиты потребителей тока от перегрузки. Важно: при выборе того или иного устройства, помимо его заявленных характеристик, необходимо руководствоваться целесообразностью его применения в каждом конкретном случае.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector