1.4 Назначение, устройство, принцип работы теплового реле

Тепловые реле - это электрические аппараты, предназначенные для защиты электродвигателей от токовой перегрузки. Наиболее распространенные типы тепловых реле - ТРП, ТРН, РТЛ и РТТ.

Принцип действия тепловых реле.

Долговечность энергетического оборудования в значительной степени зависит от перегрузок, которым оно подвергается во время работы. Для любого объекта можно найти зависимость длительности протекания тока от его величины, при которых обеспечивается надежная и длительная эксплуатация оборудования. Эта зависимость представлена на рисунке (кривая 1).

При номинальном токе допустимая длительность его протекания равна бесконечности. Протекание тока, большего, чем номинальный, приводит к дополнительному повышению температуры и дополнительному старению изоляции. Поэтому чем больше перегрузка, тем кратковременнее она допустима. Кривая 1 на рисунке устанавливается исходя из требуемой продолжительности жизни оборудования. Чем короче его жизнь, тем большие перегрузки допустимы.

Время-токовые характеристики теплового реле и защищаемого объекта

При идеальной защите объекта зависимость tср (I) для теплового реле должна идти немного ни-же кривой для объекта.

Для защиты от перегрузок, наиболее широкое распространение получили тепловые реле с биметаллической пластиной.

Биметаллическая пластина теплового реле состоит из двух пластин, одна из которых имеет больший температурный коэффициент расширения, другая -- меньший. В месте прилегания друг к другу пластины жестко скреплены либо за счет проката в горячем состоянии, либо за счет сварки. Если закрепить неподвижно такую пластину и нагреть, то произойдет изгиб пластины в сторону материала с меньшим. Именно это явление используется в тепловых реле.

Широкое распространение в тепловых реле получили материалы инвар (малое значение a) и немагнитная или хромоникелевая сталь (большое значение a).

Нагрев биметаллического элемента теплового реле может производиться за счет тепла, выделяемого в пластине током нагрузки. Очень часто нагрев биметалла производится от специального нагревателя, по которому протекает ток нагрузки. Лучшие характеристики получаются при комбинированном нагреве, когда пластина нагревается и за счет тепла, выделяемого током, проходящим через биметалл, и за счет тепла, выделяемого специальным нагревателем, также обтекаемым током нагрузки.

Прогибаясь, биметаллическая пластина своим свободным концом воздействует на контактную систему теплового реле.

Время-токовые характеристики теплового реле.

Основной характеристикой теплового реле является зависимость времени срабатывания от тока нагрузки (времятоковая характеристика). В общем случае до начала перегрузки через реле протекает ток Iо, который нагревает пластину до температуры qо.

При проверке времятоковых характеристик тепловых реле следует учитывать, из какого состояния (холодного или перегретого) происходит срабатывание реле. При проверке тепловых реле надо иметь в виду, что нагревательные элементы тепловых реле термически неустойчивы при токах короткого замыкания.

Выбор тепловых реле

Номинальный ток теплового реле выбирают исходя из номинальной нагрузки электродвигателя. Выбранный ток теплового реле составляет (1,2 - 1,3) номинального значения тока электродвигателя (тока нагрузки), т. е.тепловое реле срабатывает при 20- 30% перегрузке в течении 20 минут.

Постоянная времени нагрева электродвигателя зависит от длительности токовой перегрузки. При кратковременной перегрузке в нагреве участвует только обмотка электродвигателя и постоянная нагрева 5 - 10 минут. При длительной перегрузке в нагреве участвует вся масса электродвигателя и постоянна нагрева 40-60 минут. Поэтому применение тепловых реле целесообразно лишь тогда, когда длительность включения больше 30 минут.

Влияние температуры окружающей среды на работу теплового реле

Нагрев биметаллической пластинки теплового реле зависит от температуры окружающей среды, поэтому с ростом температуры окружающей среды ток срабатывания реле уменьшается.

При температуре, сильно отличающейся от номинальной, необходимо либо проводить дополнительную (плавную) регулировку теплового реле, либо подбирать нагревательный элемент с учетом реальной температуры окружающей среды.

Для того чтобы температура окружающей среды меньше влияла на ток срабатывания теплового реле, необходимо, чтобы температура срабатывания выбиралась возможно больше.

Для правильной работы тепловой защиты реле желательно располагать в том же помещении, что и защищаемый объект. Нельзя располагать реле вблизи концентрированных источников тепла -- нагревательных печей, систем отопления и т. д. В настоящее время выпускаются реле с температурной компенсацией (серии ТРН).

Конструкция тепловых реле

Прогиб биметаллической пластины происходит медленно. Если с пластиной непосредственно связать подвижный контакт, то малая скорость его движения, не сможет обеспечить гашение дуги, возникающей при отключении цепи. Поэтому пластина действует на контакт через ускоряющее устройство. Наиболее совершенным является «прыгающий» контакт.

В обесточенном состоянии пружина 1 создает момент относительно точки 0, замыкающий контакты 2. Биметаллическая пластина 3 при нагреве изгибается вправо, положение пружины изменяется. Она создает момент, размыкающий контакты 2 за время, обеспечивающее надежное гашение дуги. Современные контакторы и пускатели комплектуются с тепловыми реле ТРП (одно-фазное) и ТРН (двухфазное).

Тепловые реле ТРП

Тепловые токовые однополюсные реле серии ТРП с номинальными токами тепловых элементов от 1 до 600 А предназначены главным образом для защиты от недопустимых перегрузок трехфазных асинхронных электродвигателей, работающих от сети с номинальным напряжением до 500 В при частоте 50 и 60 Гц. Тепловые реле ТРП на токи до 150 А применяют в сетях постоянного тока с номинальным напряжением до 440 В.

Устройство теплового реле типа ТРП

Биметаллическая пластина теплового реле ТРП имеет комбинированную систему нагрева. Пластина 1 нагревается как за счет нагревателя 5, так и за счет прохождения тока через саму пластину. При прогибе конец биметаллической пластины воздействует на прыгающий контактный мостик 3.

Тепловое реле ТРП позволяет иметь плавную регулировку тока срабатывания в пределах (±25% номинального тока уставки). Эта регулировка осуществляется ручкой 2, меняющей первоначальную деформацию пластины. Такая регулировка позволяет резко снизить число потребных вариантов нагревателя.

Возврат реле ТРП в исходное положение после срабатывания производится кнопкой 4. Возможно исполнение и с самовозвратом после остывания биметалла.

Высокая температура срабатывания (выше 200°С) уменьшает зависимость работы реле от температуры окружающей среды.

Уставка теплового реле ТРП меняется на 5% при изменении температуры окружающей среды на КУС.

Высокая ударо- и вибростойкость теплового реле ТРП позволяют использовать его в самых тяжелых условиях.

Тепловые реле РТЛ

Реле тепловое РТЛ предназначено для обеспечения защиты электродвигателей от токовых перегрузок недопустимой продолжительности. Они также обеспечивают защиту от не симметрии токов в фазах и от выпадения одной из фаз. Выпускаются электротепловые реле РТЛ с диапазоном тока от 0.1 до 86 А.

Тепловые реле РТЛ могут устанавливаться как непосредственно на пускатели ПМЛ, так и отдельно от пускателей (в последнем случае они должны быть снабжены клеммниками КРЛ). Разработаны и выпускаются реле РТЛ и клеммники КРЛ которые имеют степень защиты ІР20 и могут устанавливаться на стандартную рейку. Номинальный ток контактов равен 10 А.

Тепловые реле РТТ

Реле топловые РТТ предназначены для защиты трехфазных асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором от перегрузок недопустимой продолжительности, в том числе возникающих при выпадении одной из фаз, а также от несимметрии в фазах.

Реле РТТ предназначены для применения в качестве комплектующих изделий в схемах управления электроприводами, а также для встройки в магнитные пускатели серии ПМА в целях переменного тока напряжением 660В частотой 50 или 60Гц, в целях постоянного тока напряжением 440В.

Аппараты управления предназначены для включения и отключения электрических двигателей, изменения, регулирования и контроля различных их параметров. По исполнению аппараты делятся на открытые, защищенные, пылеводозащищенные, взрывозащищенные. Открытые аппараты необходимо монтировать в шкафах или электротехнических помещениях - распределительных пунктах (РП). Шкафы и РП должны запираться замками. Защищенные аппараты следует налаживать в сухих и влажных отапливаемых помещениях; пылеводозащищенные - монтировать в пыльных, сырых или особо сырых помещениях и наружных установках.

Перед монтажом аппараты нужно осмотреть, проверить комплектность, чистоту контактов, регулировку, легкость включения и отключения.

Пусковую аппаратуру можно устанавливать на капитальных стенах, колоннах или специальных сварных конструкциях, размещать по возможности ближе к электродвигателям, при этом учитывать удобство обслуживания, ревизии, ремонта или замены. Высота установки аппаратов должна быть 1,3-1,8 м.

Пускатели надо монтировать вертикально. Надежная их работа будет обеспечена при отклонении от вертикали не более 5°. Рукоятки включения и отключения, кнопочные станции управления пускателями должны быть на высоте 1,5-1,7 м от пола. При этом необходимо, чтобы магнитные пускатели по возможности находились в равных температурных условиях с электродвигателями, чем обеспечивается лучшая тепловая защита двигателей. Выбор магнитных пускателей следует производить в зависимости от мощности и напряжения электродвигателей (табл. 4.53).

Таблица 4.53.   Выбор магнитных пускателей в зависимости от мощности и напряжения электродвигателей
Серия пускателя	Величина пускателя	Наибольшая мощность управляемых электродвигателей, кВТ, напряжением, В
		127	220	380	500	660
ПА	1	-	1,7	2,0	2,0	-
	2	-	4	10	10	-
	3	-	10	17	17	-
	4	-	17	30	30	-
	5	-	30	55	55	-
	6	-	40	75	75	-
ПМА	2	-	5,5	11	15	7,5
	3	-	11	18,5	22	18,5
	4	-	18,5	30	45	37
	5	-	30	55	75	55
	6	-	45	75	110	90
ПМЕ	2	3	5,5	10	10	-
	1	1,1	2,2	4	4	-
ПАЕ	3	4	10	17	17	-
	4	10	17	30	22	-
	5	17	30	55	40	-
	6	22	40	75	55	-
П6	1	1,1	2,2	4	4	-

Смазка контактов пускателя не допускается. В случае наличия на них следов коррозии необходимо опилить ее бархатным напильником (применять наждачную бумагу не рекомендуется). Величины растворов, провалов и нажатий главных контактов и блок-контактов должны быть в пределах норм (табл. 4.54).

Таблица 4.54.   Регулировочные данные магнитных пускателей
Регулируемые элементы	Марка пускателя
	П-200	П-300
Зазор между главными контактами в отключенном положении, мм	Не менее 4	Не менее 8
Провал главных контактов во включенном положении, мм	3 - 4	2 - 3
Зазор между блок-контактами в отключенном положении, мм	Не менее 4	Не менее 4
Провал блок-контактов во включенном положении, мм	2,5 - 3,5	2 - 3
Зазор между верхними углами магнитной системы в отключенном положении, мм	Системы	25,5 - 27,5
Неодновременность касания главными контактами трех фаз при включении, мм	Не более 0,5	Не более 0,5
Натяжение главных подвижных контактов, Н :
начальное	1,8 - 2,8
конечное	5,4 - 7	6 - 8
Нажатие блок-контактов, Н:
начальное	0,55 - 0,75
конечное	1,1 - 1,4	2,8 - 3,6

Сопротивление изоляции пускателя, измеренное мегомметром напряжением 500 В, должно быть не менее 1 МОм.

При неисправной магнитной системе (плохая затяжка винтов, крепящих сердечник, повреждение короткозамкнутого витка, чрезмерное нажатие контактов, неплотное прилегание якоря к сердечнику вследствие загрязнения поверхностей прилегания или наличия на них остатков смазки) наблюдается сильное гудение. Работу блокировки реверсивных пускателей нужно проверять до пуска вхолостую.

Кнопочную станцию можно устанавливать в любом месте. Однако при монтаже следует учесть, что оператор при пуске и установке должен видеть двигатель и приводимый в движение механизм. Правила технической эксплуатации рекомендуют при установке электродвигателя на расстоянии более 5 м от приводимого им механизма или при размещении их в разных помещениях для остановки электродвигателя устанавливать возле механизма дистанционную кнопку "Стоп" или выключатель.

Магнитные пускатели, автоматические выключатели, кнопочные станции, пакетные выключатели и другие аппараты управления для отдельных электродвигателей необходимо крепить на стенах с помощью скоб. Для аппаратов больших габаритов (пускатели ПА и т. д.) нужно изготавливать скобы из стальной ленты 42×2 мм, для других аппаратов - 25×2 мм.

При дистанционном управлении группой электродвигателей, обеспечивающих один технологический процесс, целесообразно применять пульты управления в уплотненном исполнении. Установку пусковой и защитной аппаратуры в этих шкафах следует производить на специальных рейках с учетом конструктивных расстояний, приведенных в табл. 4.55.

Таблица 4.55.   Рекомендуемые расстояния между аппаратами в шкафах управления
Группа аппаратов	Ориентировочные средние расстояния, мм
	между аппаратами	до краев конструкции
Кнопки, переключатели	30 - 40	45 - 50
Сигнальные лампы	20	30
Магнитные пускатели, автоматы	50 - 60	60 - 80
Реле малогабаритные	8 - 11	30 - 50
Реле нормальные	35 - 30	30 - 50
Измерительные приборы	30	40

Жилы проводов к клеммам аппаратов нужно присоединять винтовыми зажимами. У аппаратов с номинальными токами до 25 А можно применять втычные контактные соединения. В табл. 4.56 приведены мощности электрических двигателей, рекомендуемые к ним магнитные пускатели и сечения жил алюминиевых проводов для выполнения силовых проводов при напряжении сети 380 В.

Таблица 4.56.   Рекомендуемые к электродвигателям магнитные пускатели и сечения жил алюминиевых проводов для их подключения
Мощность двигателя, кВТ	Серия и величина магнитного пускателя	Сечение жилы провода АПВ, мм2
До 1,1	ПМЕ-0	2,5
От 1,1 до 4,0	ПМЕ-1	2,5
От 4,0 до 7,5	ПМЕ-2	2,5
От 7,5 до 10	ПМЕ-2	4,0
От 10 до 13	ПАЕ-3	6,0
От 13 до 17	ПАЕ-3	10,0
От 17 до 30	ПАЕ-4	16
30	ПАЕ-4	25
40	ПАЕ-5	35
55	ПАЕ-5	50
75	ПАЕ-6	70

При монтаже пускозащитной аппаратуры необходимо тщательно заделать провода и кабели при вводе их в пускатели и кнопочные станции. При сгоне муфты с закрепленной подводящей трубы на гнездо сальника пускателя резьбу следует смазать суриком, затем муфту закрепить контргайкой. При соединении корпуса пускателя защищенного исполнения с трубой на нее сначала необходимо навернуть заземляющую (царапающую) гайку зубцами кверху, установить пускатель и закрепить второй царапающей гайкой. Ввод кабелей или проводов в пускатель или кнопочную станцию защищенного исполнения производят через полиэтиленовую шайбу. Ввод проводов питающей сети и цепи управления пускателя и кнопок пылеводонепроницаемого исполнения целесообразно осуществлять через сальник с уплотняющей резиновой шайбой.

Рис. 4.38   Пример установки пусковой аппаратуры и выполнения подвода к электродвигателю:
1 - электродвигатель; 2 - труба водогазопроводная легкая; 3 - скоба; 4 - муфта, контргайка; 5 - пускатель магнитный ПА; 6 - патрубок вводной; 7 - кабель; 8 - пост управления ПКЕ; 9 - металлоконструкция.

На рис. 4.39 показано заземление корпуса магнитного пускателя. Аналогично надо выполнять заземление и других аппаратов.

Рис. 4.39   Заземление корпуса магнитного пускателя:
а - гибкой перемычкой от трубы; б - двумя установочными заземляющими гайками; в - установочной заземляющей гайкой и контргайкой; 1 - корпус аппарата; 2 - заземляющий болт; 3 - гибкая перемычка; 4 - флажок, приваренный к трубе; 5 - установочная заземляющая гайка; 6 - лист корпуса; 7 - контргайка.