Tepelné relé — zariadenie, princíp činnosti, technické vlastnosti

Tepelné relé sú elektrické zariadenia určené na ochranu elektromotorov pred nadprúdom. Najbežnejšie typy tepelných relé sú TRP, TRN, RTL a RTT.

Princíp činnosti tepelných relé

Trvanlivosť energetických zariadení závisí vo veľkej miere od preťaženia, ktorému je vystavené počas prevádzky. Pre každý objekt je možné nájsť závislosť dĺžky toku prúdu od jeho veľkosti, kde je spoľahlivá a dlhodobá prevádzka zariadenia… Táto závislosť je znázornená na obrázku (krivka 1).

Pri menovitom prúde je prípustné trvanie jeho toku nekonečné. Prúd vyšší ako nominálny vedie k dodatočnému zvýšeniu teploty a dodatočnému starnutiu izolácie. Preto čím väčšie je preťaženie, tým kratší je povolený čas. Krivka 1 na obrázku je nastavená na základe požadovanej životnosti zariadenia. Čím je jeho životnosť kratšia, tým je prípustné väčšie preťaženie.

Charakteristika časového prúdu tepelného relé a chráneného objektu

Pri ideálnej ochrane objektu by závislosť tav (I) pre tepelné relé mala ísť mierne pod krivku objektu.

Na ochranu proti preťaženiu tepelné relé s bimetalová doska.

Bimetalová platňa termorelé sa skladá z dvoch platní, z ktorých jedna má vyšší teplotný koeficient rozťažnosti, druhá menší. V mieste vzájomného priľnutia sú dosky pevne pripevnené buď valcovaním za tepla alebo zváraním. Ak je takáto doska pevne pripevnená a zahrievaná, potom sa doska bude menej ohýbať k materiálu. Tento jav sa využíva v tepelných relé.

Invar (malá hodnota) a nemagnetické alebo chrómniklové oceľové (veľká hodnota) materiály sú široko používané v tepelných relé.

Bimetalový prvok tepelného relé môže byť ohrievaný teplom generovaným v doske zaťažovacím prúdom. Veľmi často sa bimetal ohrieva špeciálnym ohrievačom, cez ktorý preteká záťažový prúd. Najlepšie charakteristiky sa dosahujú pri kombinovanom ohreve, kedy sa platňa ohrieva jednak vplyvom tepla generovaného prúdom prechádzajúcim bimetalom, jednak vplyvom tepla generovaného špeciálnym ohrievačom, a to aj prúdom prúdiacej záťaže.

Ohýbaním bimetalová doska svojim voľným koncom pôsobí na kontaktný systém tepelného relé.

Tepelné relé: a — citlivý prvok, b — prepojovací kontakt, 1 — kontakty, 2 — pružina, 3 — bimetalová platňa, 4 — tlačidlo, 5 — mostík

Prúdovo-časové charakteristiky tepelného relé

Hlavnou charakteristikou tepelného relé je závislosť doby odozvy od záťažového prúdu (prúdovo-časová charakteristika).Vo všeobecnom prípade pred spustením preťaženia preteká cez relé prúd Io, ktorý ohrieva platňu na teplotu qo.

Pri kontrole prúdovo-časových charakteristík tepelných relé je potrebné vziať do úvahy, z ktorého stavu (studeného alebo prehriateho) je relé spustené.

Pri kontrole tepelných relé je potrebné vziať do úvahy, že vykurovacie telesá tepelných relé sú pri skratových prúdoch tepelne nestabilné.

Výber tepelného relé

Menovitý prúd tepelného relé sa volí na základe menovitého zaťaženia motora. Zvolený prúd tepelného relé je (1,2 – 1,3) menovitého prúdu motora (prúd záťaže), to znamená, že tepelné relé sa aktivuje pri preťažení 20 – 30 % na 20 minút.

Vykurovacia konštanta elektromotora závisí od trvania prúdového preťaženia. Pri krátkodobom preťažení sa na ohreve podieľa len vinutie motora a vykurovacia konštanta 5 — 10 minút. Pri dlhšom preťažení sa na ohreve podieľa celá hmota elektromotora a ohrev je konštantný 40-60 minút. Preto sa použitie tepelných relé odporúča len vtedy, keď je čas zapnutia dlhší ako 30 minút.

Vplyv okolitej teploty na činnosť tepelného relé

Ohrev bimetalovej dosky tepelného relé závisí od teploty okolia, preto so zvyšujúcou sa teplotou okolia klesá prevádzkový prúd relé.

Pri teplote, ktorá je veľmi odlišná od menovitej, je potrebné buď vykonať dodatočnú (plynulú) reguláciu tepelného relé, alebo zvoliť vykurovacie teleso s prihliadnutím na skutočnú teplotu okolia.

Aby okolitá teplota mala menší vplyv na vypínací prúd tepelného relé, je potrebné zvoliť čo najvyššiu vypínaciu teplotu.

Pre správnu funkciu tepelnej ochrany sa odporúča umiestniť relé v rovnakej miestnosti ako chránený objekt. Relé by nemalo byť umiestnené v blízkosti koncentrovaných zdrojov tepla - vykurovacích pecí, vykurovacích systémov atď. V súčasnosti sa vyrábajú teplotne kompenzované relé (séria TPH).

Dizajn tepelného relé

Vychýlenie bimetalovej platne je pomalé. Ak je pohyblivý kontakt priamo spojený s doskou, potom nízka rýchlosť jeho pohybu nebude schopná uhasiť oblúk, ktorý vzniká pri vypnutí obvodu. Preto platnička pôsobí na kontakt cez urýchľovacie zariadenie. Najdokonalejší je «skákací» kontakt.

Vo vypnutom stave pružina 1 vytvára krútiaci moment vzhľadom na bod 0, ktorý uzatvára kontakty 2. Bimetalová doska 3 sa pri zahrievaní ohýba doprava, poloha pružiny sa mení. Vytvára moment, ktorý otvára 2 kontakty naraz a poskytuje spoľahlivé uhasenie oblúka. Moderné stýkače a štartéry sú vybavené tepelnými relé TRP (jednofázové) a TRN (dvojfázové).

Tepelné relé TRP

Jednopólové tepelné prúdové relé radu TRP s menovitými prúdmi tepelných článkov od 1 do 600 A sú určené najmä na ochranu pred neprípustným preťažením trojfázových asynchrónnych elektromotorov pracujúcich zo siete s menovitým napätím do 500 V pri frekvencia 50 a 60 Hz. Tepelné relé TRP pre prúdy do 150 A sa používajú v DC sieťach s menovitým napätím do 440 V.

Zariadenie tepelného relé typu TRP

Bimetalová doska termorelé TRP má kombinovaný vykurovací systém. Platňa sa ohrieva ako ohrievačom, tak aj prechodom prúdu samotnou platňou. Pri vychýlení pôsobí koniec bimetalovej platne na prepojovací mostík.

Tepelné relé TRP umožňuje plynulé nastavenie prevádzkového prúdu v rámci (± 25 % menovitého nastavovacieho prúdu). Toto nastavenie sa vykonáva pomocou gombíka, ktorý mení počiatočnú deformáciu dosky. Toto nastavenie môže výrazne znížiť počet požadovaných možností ohrievača.

Návrat relé TRP do pôvodnej polohy po prevádzke sa vykonáva tlačidlom. Je tiež možné vykonať samoobnovu po ochladení bimetalu.

Vysoká reakčná teplota (nad 200 °C) znižuje závislosť činnosti relé od teploty okolia.

Nastavenie tepelného relé TRP sa zmení o 5 %, keď sa teplota okolia zmení na KUS.

Vysoká odolnosť termorelé TRP proti nárazom a vibráciám umožňuje jeho použitie v najťažších podmienkach.

Tepelné relé RTL

Tepelné relé RTL je určené na ochranu elektromotorov pred prúdovým preťažením neprijateľného trvania. Poskytujú tiež ochranu proti asymetrii prúdov vo fázach a proti výpadku jednej z fáz. Elektrické tepelné relé RTL s prúdovým rozsahom 0,1 až 86 A.

Tepelné relé RTL je možné inštalovať priamo na štartéry PML aj oddelene od štartérov (v druhom prípade musia byť vybavené svorkovnicami KRL). Boli vyvinuté a vyrobené RTL relé a svorkovnice KRL, ktoré majú stupeň krytia IP20 a môžu byť inštalované na štandardnú prípojnicu.Menovitý prúd kontaktov je 10 A.

Tepelné relé PTT

Palivové relé RTT sú navrhnuté tak, aby chránili trojfázové indukčné motory s kotvou nakrátko pred preťažením s neprijateľným trvaním, vrátane tých, ktoré sú spôsobené stratou jednej z fáz, ako aj pred fázovou asymetriou.

Relé PTT sú určené na použitie ako komponenty v riadiacich obvodoch elektrických pohonov, ako aj na inštaláciu do magnetické štartéry Séria PMA pre striedavý prúd 660V s frekvenciou 50 alebo 60 Hz, pre účely jednosmerného prúdu 440V.