4. Тепловые реле

Для защиты энергетического оборудования от токовых перегрузок широко распространены ТР с биметаллическим элементом. Биметаллический элемент состоит из двух пластин с различным коэффициентом линейного расширения α. В месте прилегания друг к другу пластины жестко скреплены за счет проката в горячем состоянии либо сваркой.

Если такой элемент закрепить неподвижно и нагреть, то произойдет его изгиб в сторону материала с меньшим α. Нагрев биметаллического элемента может производиться за счет тепла, выделяемого током нагрузки в самой пластине или в специальном нагревателе. В современных ТР биметаллическая пластина имеет комбинированную систему нагрева. Как правило, ток срабатывания выбирается в пределах (1,1 - 1,4) I_н, где I_н - номинальный ток в цепи нагрузки, а время срабатывания составляет несколько секунд или минут и зависит от типа ТР и его конструкции.

Любые тепловые воздействия инерционны по своей природе, и прогиб биметаллической пластины происходит медленно. Поэтому воздействие пластины на контакт передается, как правило, через ускоряющие устройства, наиболее совершенным из которых является «прыгающий» контакт (рис. 3.2, а). В холодном состоянии биметаллическая пластина 3 занимает крайнее левое положение. Пружина 1 создает силу P, которая замыкает контакты 2. В исходном состоянии пластина 3 направлена вдоль оси пружины 1. Сила упругости пружины Р направлена вертикально вниз и проходит через центр О. При этом прыгающий контакт находится в нейтральном положении.

При нагреве пружина 1 быстро переходит в крайнее правое положение и контакты 2 размыкаются с большой скоростью, обеспечивая надежное гашение дуги.

После срабатывания ТР для нового включения цепи нагрузки необходимо возвратить его контакты в исходное положение. Для этого служит кнопка возврата 5.

При длительной нагрузке (рис. 3.2, б) время срабатывания реле

,

где Т – постоянная времени нагрева; I₀ – ток предварительной нагрузки; - ток, при котором реле срабатывает за время t_ср ››T; I_ср - ток, при котором реле срабатывает за время t_ср, величина которого в относительных единицах

.

Здесь х=I / I_н , х_ср=I_m / I_н , ɛ=I₀ / I_н.

а) б)

Рис. 3.2. Тепловое реле: а) принципиальная схема; б) зависимость времени срабатывания от тока при длительной нагрузке

Если реле включается в холодном состоянии (ɛ=0),то

.

При повторно-кратковременной нагрузке (рис.3.3) эквивалентный ток I_э должен соответствовать току срабатывания ТР

,

где ПВ=(t_н/(t_н+t_п))^.100% , θ_т=S²ɣC/(к_трs-I²₀_c); ₀ –удельное сопротивление проводника, Ом∙м; _c –температурный коэффициент сопротивления, Oм/град; к_т - коэффициент теплопередачи, Вт/см²; р – периметр поперечного сечения проводника, см²; C – удельная теплоемкость материала проводника, Дж/(кг∙К); ɣ - удельный вес материала проводника, кг/см³.

При кратковременной нагрузке эквивалентный ток

При коротком замыкании процесс нагрева идет без отдачи тепла, время срабатывания

Рис. 3.3. График изменения тока нагрузки при повторно кратковременном режиме