Как работает тепловое реле

Начнем с того, что расскажем, из чего состоит реле тепловой защиты. В основу работы РТ заложено явление описано физическим законом Джоуля-Ленца:

Количество тепла выделяемому на участке электрической цепи пропорционально квадрату силы тока и сопротивления данного участка.

Данное явление с успехом используется в тепловом расцепителе. Короткий участок цепи, выполняющий роль теплового излучателя, намотан спиралью на изолятор. Весь ток, проходящий через электрическую машину, проходит через данный участок. Непосредственно возле спирали стоит биметаллическая пластина, которая при нагревании изгибается и воздействует на контактную группу. Пластина состоит из двух разнородных металлов, имеющих разный коэффициент расширения при нагреве, объединенных в один элемент.

На фото ниже изображен разрез действующего аппарата. Через проводники проходит три фазы питания на электрический двигатель. Обмотка нагрева расположена сверху биметаллической пластины для уменьшения ложного срабатывания от внешнего воздействия. Пластины упираются в подвижную планку, которая толкает механизм расцепителя. Сверху расположен пружинный регулятор токовой установки, для точной настройки пределов срабатывания, и две группы контактов (открытые NO и закрытые NC).

Основные параметры тепловых реле:

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.
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.
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.
Граница срабатывания теплового реле.
Количество и вид дополнительных контактов управления.
Чувствительность к перекосу фаз.

Принцип работы и конструкция теплового реле

Вне зависимости от типа ТР имеют следующее устройство:

чувствительная биметаллическая пластина – изготавливается из двух металлов с разными коэффициентами расширения;
нагревательная спираль;
механизм рычагов и пружин;
контакты – нормально разомкнутые и постоянно замкнутые – способны менять состояние при срабатывании защиты.

Действие прибора основывается при прогибе пластины к металлу с меньшим коэффициентом теплового расширения в момент перегрузки. На контактную систему оказывается силовое воздействие – техника останавливается. После остывания пластинка возвращается в исходное положение.

Поскольку работа реле зависит от температуры помещения или дополнительного нагрева, в конструкции задействуется принцип противовеса. Для его реализации применяется вспомогательная пластина компенсатора температуры с регулировкой. Она может выгибаться в противоположном направлении.

Ток проверяется специальным трансформатором. После обработки данных и превышении номинала над уставкой на механизм отключения подается импульс. Внешний контактор размыкается, нагрузка блокируется. Установка прибора производится на магнитный пускатель.

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.

Тепловые реле. Виды и устройство. Работа и применение

Тепловые реле являются электрическими устройствами, предотвращающими нагревание различных электрических потребителей от критических показателей температуры. При повышенной нагрузке электродвигатель расходует значительное количество электрической энергии, которая может намного превышать нормативные данные для электродвигателя.

Читать еще: Как высчитать амперы зная мощность и напряжение

В результате перегрузки в цепи электрического тока повышается температура, которая приводит чаще всего к неисправностям и аварии. Для исключения такой ситуации в цепи подключают вспомогательные специальные устройства, которые отключают электроэнергию при возникновении перегрузки или аварии. Такие приборы называют термореле или тепловые реле. Основной функцией такого защитного реле является обеспечение нормального рабочего режима потребителя.

Устройство и виды

Существует несколько разновидностей тепловых реле, каждая из которых имеет свои особенности конструкции и применение. Рассмотрим основные виды тепловых реле.

РТЛ – 3-фазные тепловые реле, которые служат для обеспечения защиты электромоторов от перегрузки, заклинивания ротора, затяжного пуска, перекоса фаз. Реле фиксируются на клеммы пускателя ПМЛ. Реле также может функционировать как самостоятельное устройство защиты с клеммами КРЛ.

РТТ – реле трехфазное, служит для обеспечения защиты короткозамкнутых моторов от токовой перегрузки, затяжного пуска, заклинивания двигателя и других подобных аварийных режимов. Конструкция реле этого вида позволяет закрепить его на корпус магнитного пускателя марки ПМЕ и ПМА, либо в виде самостоятельного прибора на специально предназначенной панели.

РТИ – такие трехфазные реле предохраняют электрический двигатель от перегрузки, фазного перекоса, заклинивания и тому подобных тяжелых режимов. Крепление такого вида реле осуществляется на корпус пускателей КМИ и КМТ.

ТРН – 2-фазный вариант теплового реле, осуществляет контроль запуска и работы устройств, оснащен механизмом ручного возврата контактов и исходное состояние, температура внешней среды не влияет на функционирование реле.

Твердотельное реле на три фазы, в котором отсутствуют подвижные элементы, невосприимчиво к внешней среде, используется в местах с наличием опасности взрыва, обеспечивает защиту от таких же факторов, как и вышеописанные конструкции реле.

РТК – температура контролируется с помощью щупа, находящегося в корпусе электроустройства. Тепловое реле осуществляет контроль одного параметра.

РТЭ – это термореле плавления сплава, состоящее из проводника, выполненного из специального сплава, который способен плавиться при определенной температуре, разрывая тем самым электрическую цепь. Это реле встраивается в конструкцию устройства.

Принцип действия на примере конструкции реле РТТ-32П

Это реле предназначено для защиты электрических цепей от токов перегрузки. Реле третьей величины на номинальный ток 160 ампер.

Исполнение для комплектации с пускателями ПМА-4000, 5000, 6000 с переключающим контактом, пониженной инерционности. Предельно допустимый номинальный ток несрабатывания 100 ампер.

Реле такой конструкции работают следующим образом. Силовые клеммы включены последовательно в цепь каждой фазы. Токоведущие шины рассчитаны на длительный номинальный ток несрабатывания. При прохождении тока перегрузки по одной из фаз повышается температура шины и передается через нагревательные пластины к биметаллической пластине, которая нагреваясь, изгибается, воздействуя на планку толкателя.

Время срабатывания при шестикратном номинальном токе несрабатывания от 6 до 14 секунд. При этом необходимый ход планки от 1,5 до 2 мм. Планка-толкатель воздействует в свою очередь на рычаг сброса защелки. Защелка, поворачиваясь, освобождает подвижные контакты, которые под действием собственной пружины переключаются, размыкая цепь управления и замыкая цепь сигнализации.

После устранения причины повышенного тока можно повторно включить реле с помощью кнопки и возвратного рычага. При этом подвижные контакты зафиксируются подпружиненной защелкой.

Можно изменить номинальный ток несрабатывания в большую или меньшую сторону на 15 ампер. При этом эксцентриком смещается ось рычага сброса защелки, тем самым увеличивая или уменьшая время срабатывания реле.

Особенности теплового реле

В отличие от электрического автомата тепловое реле не разрывает силовые цепи, а только отключает цепь управления магнитного пускателя. Нормально включенный контакт теплового реле работает подобно кнопке «стоп» пускателя, и соединяется с ней по последовательной схеме.

В конструкции термореле нет необходимости повторять функции силовых контактов при его срабатывании, так как реле подключается непосредственно к магнитному пускателю. При таком исполнении схемы достигается значительная экономия материалов для силовых групп контактов. Намного проще подключать малый ток в управляющей цепи, чем отключать три фазы с большим силовым током.

Читать еще: Как отличить узо от дифференциального автомата

При подключении необходимо знать, что тепловые реле не расцепляют силовую цепь непосредственно, а только подают сигнал на ее отключение при аварийном режиме. Чаще всего в термореле имеется две пары контактов. Одни из них постоянно замкнутые, а другие нормально разомкнутые. При сработке термореле, эти контакты меняются между собой состоянием, то есть, первые контакты становятся разомкнутыми, а вторые замыкаются.

Характеристики реле

Тепловые реле следует выбирать, путем выбора характеристик этого устройства по нагрузке и условиям работы электромотора или другого потребителя электроэнергии:

Номинальный ток.
Граница регулировки тока сработки.
Силовое напряжение.
Число и вид дополнительных контактов управления.
Мощность при включении управляющих контактов.
Граница срабатывания.
Чувствительность к перекосу фаз.
Класс отключения.

Схема подключения

Во многих схемах при подключении термореле к пускателю применяется постоянно замкнутый контакт, работающий последовательно с кнопкой «стоп» на управляющем пульте. Этот контакт маркируется буквами NC или НЗ.

Нормально включенный контакт при такой схеме может применяться для подключения сигнализации о действии защиты электромотора. В более серьезных усложненных схемах автоматического управления этот контакт может применяться для действия алгоритма аварийной остановки цепи питания.

Независимо от типа подключения электромотора и числа контакторов пускателя, подключение термореле в схему осуществляется простым методом. Оно размещается после контакторов перед электрическим двигателем, а размыкающийся (постоянно замкнутый) включается по последовательной схеме с кнопкой «стоп».

Достоинства и недостатки

Из преимуществ термореле можно назвать:

Малые размеры.
Небольшая масса.
Низкая стоимость.
Простая конструкция.
Долговечная работа.

Недостатками тепловых реле отмечаются:

Необходимость периодической настройки.
Периодическая проверка.

Как выбрать тепловые реле

При выборе и установке термореле необходимо учитывать, где оно будет применяться, и наличие функций:

Тепловое 1-фазное реле тока с автосбросом возвратится в исходное положение по прошествии некоторого промежутка времени. Если электромотор после сброса все еще находится в состоянии перегрузки, то реле снова сработает.
Реле с компенсацией температуры внешней среды (ТРВ) качественно работают в большом интервале температур внешней среды.
Многие тепловые реле оснащены разной степенью проверки фаз. Такие механизмы имеют возможность проверить электродвигатель на разрыв фазы с контактора, дисбаланс. При возникновении аварийной ситуации реле прекращает подачу электрического тока к мотору. Дисбаланс может вызвать опасные колебания тока или напряжения электродвигателя, что способствует его неисправности.
Функция недогрузки в термореле способна выявить снижение тока в цепи. Это происходит, когда электродвигатель начал работать вхолостую. Такие реле служат для выявления этих различий, по принципу обнаружения перегрузки.
Тепловые реле со световыми индикаторами – это модель со светодиодами или датчиками сигналов состояния и включения.

Стоимость термореле колеблется в широких пределах от 500 до нескольких тысяч рублей. Это зависит от производителя, характеристик, уровня пропускания тока. Перед приобретением нужно внимательно ознакомиться с описанием. Вся основная интересующая информация находится в паспорте изделия. Там же имеется инструкция по подключению.

Принцип работы теплового реле

Наиболее широко применяются конструкции, в которых главным элементом является специальная биметаллическая пластина.

Последняя выполнена из двух слов металла с различными температурными линейными коэффициентами расширения. Благодаря этому при нагревании она деформируется (изгибается) и посредством специального рычага замыкает контакты. Как правило, для изготовления таких пластин используют инвар в паре с хромоникелевой или немагнитной сталью.

Так как эта процесс выполняется плавно, неизбежно возникновение электрической дуги между сближающимися контактами.

Чтобы предотвратить их выгорание и образование нагара, применяется «прыгающий» контакт, который резко срабатывает после достижения критических параметров.

Сама пластина нагревается за счет проходящего через нее тока или расположенного рядом нагревателя в виде спирали. Часто применяется и комбинированная схема. В любом случае температура нагрева находится в прямо пропорциональной зависимости от потребляемого электрооборудованием тока.

После срабатывания реле, в зависимости от конструктивного исполнения, возвращается в исходное состояние либо автоматически, по мере остывания, либо с помощью соответствующего переключателя (кнопки).

Как выбрать тепловое реле

Двигателю необходимо реле для защиты, когда по технологическим причинам существует потенциальная угроза его перегруженности. Второй случай — необходимость ограничения времени запуска в условиях пониженного напряжения.

Эти требования содержатся в соответствующей инструкции. В которой изложено пожелание об оснащении защитного изделия выдержкой по времени. Реализуют все это при помощи тепловых реле.

Читать еще: Как установить автомат в щитке

Базовые характеристики приспособлений

Базовыми данными устройства, защищающего двигатель, являются:

Быстродействие контактов в зависимости от параметров тока — время-токовый показатель.
Рабочий ток, при котором ТП срабатывает.
Предельные токовые регулировки уставки. Во всех приборах, выпускаемых разными производителями, этот параметр отличается незначительно. Превышение номинала на 20% влечет за собой срабатывание прибора минут через 25.
Номинальная величина тока рабочей биметаллической пластины. Имеется в виду значение, при превышении которого реле не отключается немедленно.
Токовый диапазон, в котором срабатывает реле.

Сведения о тепловом реле можно получить, расшифровав его маркировку. Символ, обозначающий тип исполнения, может отличаться.

Места размещения отечественных ТП регламентированы ГОСТом 15150. На их работу оказывают влияние такие моменты, как высота подъема над уровнем моря, вибрация, удары, ускорения.

Все эти нюансы производители отражают в маркировке своих изделий. Некоторые из них дополнительно включают сведения о возможности работы при наличии вредных веществ и взрывоопасных газов.

Выбор устройства по правилам

Требования к термореле изложены в инструкции. Здесь же оговорено, что защита должна обладать выдержкой по времени. Реализуют все запросы при помощи специальных приборов.

Анализируя времятоковые характеристики ТР, нужно принимать во внимание, что срабатывание может происходить из перегретого или холодного состояния.

Безупречная защита предполагает, что кривая, изображающая оптимальную для беспроблемного функционирования оборудования зависимость продолжительности токопрохождения от величины тока для реле и двигателя, разные. Первая должна находиться ниже, чем вторая.

Правильный подбор защитного изделия осуществляется на основе такого параметра, как рабочий номинальный ток (In). Его значение связано с номинальным током нагрузки электродвигателя.

Как международными, так и отечественными стандартами предусмотрено, что номинальный ток двигателя аналогичен уставке тока срабатывания термореле (Iср.).

Это значит, что включение в работу прибора происходит при перегрузке от 20 до 30% или при Iср.х1,2 или 1,3 не позже 20 минут.

Исходя из этого, выбор нужно осуществлять так, чтобы ток несрабатывания ТР превышал номинальный ток прикрываемого объекта в среднем на 12%. Величина In отображена в паспорте прибора и на табличке, закрепленной на корпусе.

Основываясь на ней, подбирают как ТР, так и пускатель, соответствующий ему. Шкала реле калибрована в амперах и, как правило, отвечает значению тока уставки.

В качестве примера можно привести подбор теплового реле для асинхронного двигателя, подключенного к сети 380 В, мощностью 1,5 кВт.

Рабочий номинальный ток для него — 2,8 А, значит, для теплового реле пороговый ток будет равен: 1,2х2,8 = 3,36 А. По таблице выбор нужно остановить на РТЛ-1008, у которого диапазон регулировки находится в пределах от 2,4 до 4 А.

Когда паспортные данные двигателя неизвестны, ток определяют путем использования специальных приборов — токоизмерительных клещей или мультиметра с соответствующей опцией. Измерения проводят на каждой из фаз.

Важно при выборе уделить внимание напряжению, указанному на приборе. Если запланировано использовать тандем ТР-пускатель, нужно учесть число контактов.

При включении устройства в трехфазную сеть необходим модуль, имеющий функцию защиты для случаев перегорания проводников или перекоса фаз.