Värmerele: funktionsprincip, typer, anslutningsschema + justering och märkning

Hållbarheten och driftsäkerheten hos varje anläggning med en elektrisk motor beror på olika faktorer. Men i hög grad påverkas motorns livslängd av strömöverbelastningar. För att förhindra dem ansluts ett värmeskyddsrelä som skyddar elmaskinens huvudsakliga arbetsorgan.

Vi berättar hur man väljer en enhet som förutsäger uppkomsten av nödsituationer med överskridande av maximalt tillåtna strömvärden. I vår artikel beskrivs funktionsprincipen, olika typer och deras egenskaper presenteras. Råd ges för anslutning och korrekt inställning.

Varför behövs skyddsapparater?

Även om den elektriska drivningen är korrekt konstruerad och används utan att bryta mot grundläggande driftsregler, finns det alltid en risk för fel.

Till nöddrifttillstånd räknas enfasiga och flerfasiga kortslutningar, termiska överbelastningar av elektrisk utrustning, rotorlåsning och förstörelse av lagerenhet, samt fasavbrott.

Genom att fungera i ett läge med förhöjda belastningar förbrukar den elektriska motorn en enorm mängd elektrisk energi. Och vid regelbunden överskridande av nominella spänningsvärden värms utrustningen intensivt.

Som ett resultat slits isoleringen snabbt, vilket leder till en betydande minskning av livslängden för elektromekaniska installationer. För att undvika sådana situationer ansluts värmeskyddsreläer i den elektriska kretsen. Deras huvudsakliga funktion är att säkerställa normal drift för förbrukarna.

De kopplar bort motorn med en viss tidsfördröjning, och i vissa fall omedelbart, för att förhindra förstörelse av isolering eller skador på enskilda delar av elinstallationen.

Strömreläet skyddar ständigt den elektriska motorn mot fasavbrott och processöverbelastningar, samt rotorstopp. Dessa är de främsta orsakerna till nöddrifttillstånd.

För att förhindra sänkning av isolationsresistansen används jordfelsbrytare, och om målet är att förhindra avbrott i kylningen ansluts speciella apparater för inbyggt värmeskydd.

Konstruktion och funktionsprincip för värmeskyddsrelä

Konstruktionsmässigt är ett standard elektrotermiskt relä en liten apparat som består av en känslig bimetallskiva, en värmeslinga, ett spak-fjädersystem och elektriska kontakter.

Bimetallplattan tillverkas av två olika metaller, vanligtvis invar och kromnickelstål, som är fast sammanfogade under svetsning. Den ena metallen har en större temperaturutvidgningskoefficient än den andra, så de värms upp med olika hastigheter.

Vid överström böjer sig den oinfästa delen av plattan mot materialet med lägre termisk utvidgningskoefficient. Detta utövar en kraft på kontaktsystemet i skyddsanordningen och aktiverar frånkoppling av elinstallationen vid överhettning.

I de flesta modeller av mekaniska termoreläer finns två kontaktgrupper. Ett par är normalt öppna, det andra är konstant slutna. När skyddsanordningen löser ut ändras tillståndet i kontakterna. De första sluts, och de andra blir öppna.

I elektroniska termoreläer används speciella sensorer och känsliga sonder som reagerar på strömökning. I mikroprocessorn för sådana skyddsenheter är parametrar programmerade som avgör när strömförsörjningen måste kopplas bort.

Strömmen detekteras av en inbyggd transformator, varefter elektroniken bearbetar data. Om strömvärdet för tillfället är större än inställningsvärdet skickas impulsen omedelbart direkt till brytaren.

Genom att öppna den externa kontaktoren blockerar reläet med elektronisk mekanism lasten. Själva termoreläet för elmotor installeras på kontaktoren.

Bimetallplattan kan värmas direkt – genom påverkan av toppström från lasten på metallremsan, eller indirekt med hjälp av ett separat termoelement. Ofta kombineras dessa principer i en enda termoskyddsapparat. Vid kombinerad uppvärmning har enheten bättre prestanda.

Efter avkylning återgår plattan till ursprungligt tillstånd. De kopplande kontakterna sluts automatiskt eller så måste de tvingas till slutet läge.

Grundläggande egenskaper hos strömreläet

Huvudkaraktäristiken för termoskyddsomkopplaren är det tydliga beroendet av utlösningstiden på strömmen som flyter genom den – ju större värde, desto snabbare löser den ut. Detta visar på en viss tröghet hos reläelementet.

Riktad förflyttning av laddningsbärande partiklar genom en elektrisk apparat, cirkulationspump och elpanna, genererar värme. Vid märkström tenderar dess tillåtna varaktighet mot oändlighet.

Och vid värden som överstiger märkvärdena stiger temperaturen i utrustningen, vilket leder till för tidigt slitage av isoleringen.

Ett avbrott i kretsen blockerar omedelbart ytterligare temperaturökning. Detta gör det möjligt att förhindra överhettning av motorn och undvika ett haveri av den elektriska anläggningen.

Motorns nominella belastning är den avgörande faktorn för val av enhet. Värdet i intervallet 1,2–1,3 indikerar framgångsrik utlösning vid en strömöverbelastning på 30% under en tidsperiod på 1200 sekunder.

Överbelastningens varaktighet kan påverka utrustningens skick negativt – vid kortvarig påverkan på 5–10 minuter värms endast motorns lindning upp, som har en liten massa. Vid långvarig påverkan värms hela motorn upp, vilket kan leda till allvarliga fel. Eller så kan det krävas att den utbrända utrustningen ersätts med en ny.

För att maximalt skydda objektet mot överbelastning bör man specifikt använda ett termorelä vars utlösningstid motsvarar den specifika elmotorns maximalt tillåtna överbelastningsvärden.

I praktiken är det inte ändamålsenligt att montera spänningsövervakningsrelä för varje motortyp. Ett reläelement används för att skydda motorer av olika konstruktion. Samtidigt är det omöjligt att garantera tillförlitligt skydd inom hela arbetsintervallet, som begränsas av minimal och maximal belastning.

En ökning av strömvärdena leder inte omedelbart till ett farligt feltillstånd. Innan rotorn och statorn når maximal temperatur kommer en viss tid att förflyta.

Därför finns det inget absolut behov av att skyddsanordningen reagerar på varje, även obetydlig, strömökning. Reläet bör koppla bort elmotorn endast i de fall där det finns risk för snabbt slitage på isoleringsskiktet.

Typer av värmeskyddsreläer

Det finns flera typer av reläer för att skydda elmotorer mot fasbrott och strömöverbelastning. Alla skiljer sig åt i konstruktionsdetaljer, typen av använda magnetstartare och användning i olika motorer.

TRP. En enpolig kopplingsapparat med kombinerat värmesystem. Avsedd för att skydda asynkrona trefasmotorer mot strömöverbelastning. TRP används i likströmsnät med en basisspänning vid normal drift på högst 440 V. Den kännetecknas av motståndskraft mot vibrationer och stötar.

RTL. Ger motorer skydd i följande fall:

• vid bortfall av en av de tre faserna;
• vid asymmetri i strömmar och överbelastning;
• vid förlängd start;
• vid blockering av den utförande mekanismen.

De kan installeras med KRL-klämmor separat från magnetstartarna eller monteras direkt på PML. De monteras på standardtypens skenor, skyddsklass – IP20.

RTT. Skyddar asynkrona trefasmaskiner med kortsluten rotor från utdragen start av mekanismen, långvariga överbelastningar och asymmetri, det vill säga fasobalans.

RTT kan användas som komponenter i olika styrkretsar för eldrivningar, samt för integrering i startdon av serie PMA

TRN. Tvåfasomkopplare som övervakar start av elinstallationen och motorns driftläge. De är praktiskt taget oberoende av omgivningstemperaturen och har endast ett manuellt återställningssystem för kontakterna. De kan användas i likströmsnät.

RTI. Elektriska omkopplingsapparater med konstant, om än liten, strömförbrukning. Montera på kontaktorer av serie KMI. Fungerar tillsammans med säkringar/automatsäkringar.

Solid state-strömreläer. De är små elektroniska enheter för tre faser, utan rörliga delar i konstruktionen.

De fungerar enligt principen att beräkna medelvärden för motortemperatur genom att kontinuerligt övervaka drift- och startström. De är okänsliga för förändringar i omgivningen och används därför i explosionsfarliga områden.

RTK. Startomkopplare för temperaturövervakning i elutrustningens hölje. Används i automatikscheman där termiska reläer fungerar som komponentdelar.

För att säkerställa tillförlitlig drift av elutrustningen måste reläelementet ha egenskaper som känslighet, snabbhet och selektivitet

Det är viktigt att komma ihåg att ingen av de ovan nämnda enheterna är lämplig för att skydda kretsar mot kortslutning.

Termiska skyddsenheter förhindrar endast feltillstånd som uppstår vid onormal drift av mekanismen eller överbelastning.

Elutrustningen kan brinna upp redan innan reläet löser ut. För ett heltäckande skydd bör de kompletteras med säkringar eller kompakta automatsäkringar med modulär konstruktion.

Anslutning, justering och märkning

En överbelastningskopplingsenhet, till skillnad från en elektrisk automat, bryter inte strömkretsen direkt utan ger endast en signal om att tillfälligt koppla bort objektet vid feltillstånd. Normalt slutkontakt fungerar som en 'stopp'-knapp på kontaktorn och ansluts i serie.

Anslutningsschema för enheter

I reläkonstruktionen behöver man inte upprepa absolut alla funktioner hos kraftkontakterna vid en framgångsrik aktivering, eftersom den ansluts direkt till magnetstartaren. En sådan utförande gör det möjligt att avsevärt spara material för kraftkontakterna. Det är mycket enklare att i styrsystemet koppla en liten ström än att direkt bryta tre faser med stor ström.

I många anslutningsscheman för värmereläet till objektet använder man en normalt sluten kontakt. Den seriekopplas med stoppknappen på kontrollpanelen och betecknas NS – normalt sluten, eller NC – normally connected (engelska).

En normalt öppen kontakt i detta schema kan användas för att initiera utlösning av värmevakten. Kopplingsscheman för elmotorer med inkopplat värmerelä kan variera avsevärt beroende på närvaron av ytterligare enheter eller tekniska egenskaper.

I ett standard enkelt schema ansluts värmereläet till utgången på en lågspänningsstartare för elmotorn. Apparatens extra kontakter måste seriekopplas med startarens spole.

Detta garanterar ett tillförlitligt skydd mot överbelastning av elutrustningen. Vid en oacceptabel överskridning av strömgränsvärdena öppnar reläelementet kretsen och kopplar omedelbart bort magnetstartaren och motorn från strömförsörjningen.

Anslutning och installation av värmereläet görs vanligtvis tillsammans med en magnetstartare avsedd för koppling och start av den elektriska drivenheten. Det finns dock typer som monteras på DIN-skena eller specialpanel.

Finesser vid justering av reläelement

Ett av huvudkraven för skyddsanordningar för elmotorer är ett tydligt funktionssätt vid uppkomst av driftstörningar. Det är mycket viktigt att välja rätt och justera inställningarna, eftersom falska utlösningar är helt oacceptabla.

Ett elektroniskt termiskt relä som optimalt passar en specifik motortyp enligt alla tekniska parametrar kan ge tillförlitligt skydd mot överbelastning i varje fas, förhindra utdragen start av installationen och undvika olyckor med rotorlåsning.

Bland fördelarna med att använda strömskyddselement kan nämnas ganska hög hastighet, brett utlösningsområde och enkel installation. För att säkerställa snabb frånkoppling av elmotorn vid överbelastning måste värmereläet ställas in på en speciell plattform/bänk.

I detta fall elimineras noggrannhetsproblem på grund av naturlig ojämn spridning av märkströmmar i värmeelementet. För att testa skyddsanordningen på bänken används metoden med fiktiva belastningar.

Genom termoelementet leds en elektrisk ström med reducerad spänning för att simulera en verklig värmebelastning. Därefter bestäms den exakta utlösningstiden med hjälp av en timer utan fel.

När du ställer in grundparametrarna bör du sträva efter följande värden:

• vid 1,5 gånger strömmen ska enheten stänga av motorn efter 150 s;
• vid 5…6 gånger strömmen ska den stänga av motorn efter 10 s.

Om utlösningstiden inte motsvarar normen måste reläelementet justeras med hjälp av kontrollskruven.

För korrekt funktion måste du ställa in enheten på motorns högsta tillåtna ström och lufttemperaturen

Detta görs i de fall då märkströmmen för termoelementet och motorn skiljer sig åt, och även om omgivningstemperaturen är mer än 10 grader Celsius lägre än den nominella temperaturen (+40 ºC).

Utlösningsströmmen för den elektrotermiska brytaren minskar med stigande temperatur runt objektet, eftersom uppvärmningen av den bimetalliska remsan beror på denna parameter. Vid betydande avvikelser måste termoreläet justeras ytterligare eller ett mer lämpligt termoelement väljas.

Snabba temperaturvariationer påverkar strömreläets funktion kraftigt. Därför är det mycket viktigt att välja ett termoelement som effektivt kan utföra grundläggande funktioner med hänsyn till verkliga värden.

Termorelä rekommenderas att placeras i samma rum som den skyddade elinstallationen. De får inte monteras nära värmegeneratorer, värmugnar eller andra värmekällor.

Dessa begränsningar gäller inte för relä med temperaturkompensation. Strömgränsen för skyddsapparaten kan justeras inom intervallet 0,75-1,25 gånger termoelementets märkström. Inställningen görs stegvis.

Först beräknas korrigeringen E₁ utan temperaturkompensation:

E₁=(I_nom-I_värme)/c×I_värme,

Där

• I_nom – motorns nominella belastningsström,
• I_värme – den nominella strömmen för värmeelementet i reläet,
• c – skalans delningsvärde, det vill säga excentrikern (c=0,055 för skyddade startdon, c=0,05 för öppna).

Nästa steg är att bestämma korrigeringen E₂ för omgivningstemperaturen:

E₂=(t_a-30)/10,

Där t_a (ambient temperature) – temperaturen i omgivningen i grader Celsius.

Sista steget är att hitta den totala korrigeringen:

E=E₁+E₂.

Den totala korrigeringen E kan vara med tecknet «+» eller «-». Om resultatet blir ett brutet värde måste det avrundas till närmaste heltal uppåt eller nedåt i absolutvärde, beroende på strömbelastningens karaktär.

För att ställa in reläet vrids excentern till det beräknade värdet för den totala korrigeringen. Hög utlösningstemperatur minskar hur mycket skyddsapparatens funktion påverkas av yttre faktorer.

Termoskyddsreläet tillåter manuell kontinuerlig justering av utlösningsströmmen inom ±25 % av den elektromekaniska installationens märkström.

Justeringen sker med en särskild spak. När spaken flyttas ändras den ursprungliga böjningen av den bimetalliska plattan. För att ställa in utlösningsströmmen i ett större intervall byter man termoelement.

Moderna överlastskyddsbrytare har en testknapp som gör det möjligt att kontrollera enhetens funktion utan särskild testutrustning. Det finns även en knapp för att återställa alla inställningar. De kan nollställas automatiskt eller manuellt. Dessutom är produkten utrustad med en indikator för den elektriska enhetens aktuella status.

Märkning av elektrotermiska reläer

Skyddsapparaterna väljs utifrån elmotorns effekt. De flesta nyckelegenskaperna finns i beteckningen.

Så här ser märkningen ut på termiska reläer från fabriken KEAZ. Det är viktigt att vid valet kontrollera märkströmmen för den aktuella modellen så att den är tillräcklig.

Fokusera på följande punkter:

1. Inställningsströmmens intervall (anges inom parentes) varierar minimalt mellan olika tillverkare.
2. Bokstavsbeteckningarna för olika utförandetyper kan skilja sig.
3. Klimatutförande anges ofta som ett intervall. Till exempel ska UHL3O4 läsas som UHL3-O4.

Idag kan man köpa många olika varianter av enheten: reläer för växel- och likström, monostabila och bistabila, apparater med fördröjning vid in- och urkoppling, termiska skyddsreläer med accelererande element, TR utan hållspole, med en eller flera spolar.

Dessa parametrar visas inte alltid i enhetens märkning, men måste anges i den tekniska databladet för elektriska produkter.

Enheten, varianterna och märkningen av elektromagnetiska reläer presenteras i följande artikel, som vi rekommenderar att du läser.

Slutsatser och användbar video om ämnet

Strukturen och funktionsprincipen för ett strömrelä för effektivt skydd av en elmotor, med exemplet på enheten RTT 32P:

Korrekt skydd mot överlast och fasbortfall är grunden för lång, problemfri drift av elmotorn. Se en video om hur reläet reagerar vid oregelbunden drift av mekanismen:

Hur man ansluter en termisk skyddsenhet till MP, kretsscheman för elektrotermiskt relä:

Överbelastningsskyddsrelä är en obligatorisk funktionell komponent i alla styrssystem för elmotorer. Den reagerar på strömmen som går till motorn och aktiveras när temperaturen i den elektromekaniska installationen når gränsvärden. Detta gör det möjligt att maximera livslängden för miljösäkra elmotorer.

Skriv kommentarer i blocket nedan. Berätta hur du valde och ställde in ett termiskt relä för din egen elmotor. Dela användbar information, ställ frågor, lägg upp bilder relaterade till artikelns ämne.