Одним из элементов защиты электродвигателей (или других электроприемников, подверженных перегрузкам в процессе эксплуатации) служит тепловое реле (иногда его называют термореле, что не совсем правильно). С его применением связано много ошибок, а о его необходимости и назначении существует достаточное количество мифов. Многие моменты, связанные с устройством теплового реле и его защитными характеристиками, требуют разъяснений.
Назначение и применение
Защита электрических цепей от токов короткого замыкания осуществляется чаще всего автоматическими выключателями. Они рассчитаны на отключение полного тока короткого замыкания и размыкают силовую цепь, обесточивая нагрузку. Тем не менее, для защиты электрических двигателей дополнительно применяют тепловое реле, хотя оно:
- не имеет силовых контактов;
- не рассчитано на полный ток короткого замыкания (само нуждается в защите от КЗ).
На самом деле, тепловое реле дополняет автоматический выключатель, который не имеет защиты от перегрузки (при относительно малых токах его чувствительности недостаточно или время срабатывания велико). Реле эту перегрузку обнаружит, и, если она сохраняется длительное время, выдаст сигнал на отключение. Кроме того, этот аппарат защиты имеет более точную, по сравнению с автоматом, настройку уровня срабатывания и защищает контактор (пускатель), используемый для дистанционного или автоматического управления двигателем (он собственной защиты не имеет). Тепловое реле более эффективно при защите от неполнофазного режима или перекоса фаз, а относительно низкая стоимость позволяет построить эффективную защиту, когда на группу двигателей устанавливается один автоматический выключатель и на каждый электромотор свое тепловое реле.
К преимуществам данного вида подобных аппаратов электрической защиты относят и простоту устройства и монтажа, несложность подключения, отсутствие необходимости программирования и сложной наладки.
Конструкция и принцип работы теплового реле
Ток, потребляемый электродвигателем, зависит от его нагрузки. Чем выше нагрузка, тем выше ток. При перегрузке электромотора выше предусмотренной его конструкцией, ток может достигнуть значений, при которых произойдет тепловое или динамическое разрушение двигателя, проводников и коммутационных аппаратов.
Силовая цепь каждой фазы защитного реле представляет собой биметаллическую пластину. Такие пластины выполняются из двух металлов с разным коэффициентом температурного расширения, что при нагревании приводит к изгибанию пластины – одна часть расширяется больше другой.
Принцип действия теплового реле основан на том, что при прохождении достаточного тока по биметаллическим пластинам они нагреваются настолько, что посредством несложной механической системы заставят замкнуться или разомкнуться внутренние контакты. Их положение этих контактов используется для отключения пускателем или контактором, а также может быть выведено на другие внешние устройства. Более точно ток срабатывания настраивается с помощью органа, выведенного на поверхность аппарата.
Для возврата пластин в исходное положение предназначена специальная кнопка.
Если рассмотреть время-токовую характеристику теплового реле (зависимость времени срабатывания от тока, проходящего через силовую цепь), становится очевидным, что чем больше ток, тем быстрее срабатывает аппарат. Это логично, так как чем выше ток, тем быстрее нагревается биметалл, тем раньше произойдет отключение. Это хорошо согласуется с допустимыми время-токовыми характеристиками электродвигателей и некоторого другого оборудования. Чем больше перегрузка, чем выше ток, тем быстрее надо отключать электроприемник. Это является еще одним преимуществом тепловых реле.
Виды и типы
Защитные устройства классического исполнения с биметаллическими пластинами выпускают многие отечественные производители электротехнических изделий. Среди аппаратов такого типа распространены устройства серий:
- РТЛ, РТТ, РТИ – трехфазные аппараты, устанавливаются отдельно на клеммник или непосредственно на пускатели определенных типов.
- ТРН – устройство в двухполюсном исполнении, может применяться для электродвигателей постоянного тока (хотя биметаллической пластине все равно, каким родом тока она нагревается).
- РТК – реле с выносным датчиком, который монтируется на корпусе защищаемого электроприемника, срабатывание зависит только от температуры (термореле в классическом понимании).
- РТЭ – устроено так, что по принципу действия представляет собой, скорее, плавкий предохранитель.
Время-токовую характеристику биметаллической пластины можно сформировать с помощью современных устройств на микроконтроллерах. На этой базе выпускаются электронные «тепловые» реле. Их преимущество в точности характеристики и стабильности параметров, а также независимости работы от внешней температуры. Такие устройства под фирменными каталожными индексами выпускают ведущие мировые производители электротехники –Siemens, ABB, Schneider Electric и т.п.
Маркировка и обозначение на схеме
Воспринимающая часть защитного аппарата для одной фазы обозначается в виде ломаной под прямым углом линии – символ биметаллической пластины. Исполнительная часть (контакты) – стандартным значком контактной группы. Для удобства и наглядности контакты могут находиться на схеме в удаленном от основного блока месте. В этом случае показывают механическую связь между блоками пунктирной линией (но не всегда). Буквенный индекс теплового реле на схеме – КК (КК1, KK2 и т.д.). В зарубежной технической литературе принят буквенный индекс RT.
Для трехфазного и двухфазного исполнения обычно все фазы показывают в одном корпусе.
Характеристики
Первое, на что надо обратить внимание при выборе защитного аппарата, это род тока (переменный и постоянный), а также рабочее напряжение теплового реле. Эти параметры должны соответствовать существующим характеристикам защищаемой цепи.
Для устройств зарубежного производства надо посмотреть еще рабочую частоту переменного тока (50 или 60 Гц).
После того, как аппарат защиты по указанным параметрам подобран, надо посмотреть на его рабочий ток с учетом диапазона регулирования. Должна быть возможность установить ток срабатывания, равным току нагрузки + небольшой запас (10%). Обычно пусковые токи «учитываются» время-токовой характеристикой, и срабатывание защиты во время старта не происходит. Но если у электродвигателя тяжелые пусковые условия (насос с противодавлением и т.п.), надо предусмотреть возможность увеличить уставку срабатывания.
Кроме того, при выборе надо учесть конструктивные особенности реле – метод установки (на панель или DIN-рейку), сечение подключаемых проводов, возможность установки на конкретном типе магнитных пускателей и т.д.
Для электронных реле с тепловой характеристикой срабатывания важно знать потребление мощности на одну фазу (для питания внутренней схемы).
Схемы включения теплового реле
Принцип подключения теплового реле прост. Оно подключается последовательно с нагрузкой после контактора или пускателя (если они есть). Так как тепловое реле не рассчитано на коммутацию токов КЗ или длительную работу при таких токах, до реле обычно имеется автоматический выключатель. Контакты защитного устройства выводятся на коммутационный аппарат или в схему автоматики.
Стандартным считается подключение нормально замкнутого выходного контакта теплового реле в разрыв цепи катушки пускателя или контактора.
Существует вариант подключения силовых цепей аппарата защиты через промежуточные трансформаторы тока. Эта схема может выручить там, где надо защитить мощную нагрузку, а подходящих тепловых реле под рукой нет, а трансформатор тока имеется. В этом случае ток срабатывания аппарата вычисляется по формуле Iсраб=Iном*Ктр, где Iном – номинальный ток реле, а Ктр – коэффициент трансформации трансформатора тока.
Видео: Тепловое реле в цепи двигателя (нужно ли оно, если есть автомат).
Общие рекомендации по установке
Монтаж теплового реле особых проблем не вызывает, но все же лучше придерживаться нескольких правил. Реле (и пускатель) лучше монтировать поближе к электродвигателю (по крайней мере, в одном помещении). В противном случае разность температур может привести к ложному срабатыванию или несрабатыванию в нештатной ситуации. А если имеется только двухфазное реле, его все равно можно применять для контроля трехфазных электроприемников. «Лишняя» фаза монтируется в обход защитного устройства. Для обнаружения большинства неисправностей этого достаточно – авария вызовет достаточное превышение тока в двух защищенных линиях.
В остальном же подключение теплового реле для специалиста, владеющего хотя бы базовыми основами электротехники и минимальными навыками электромонтажа, не должно вызвать проблем. А правильный выбор защиты позволит электрооборудованию работать долго и безаварийно.
