Toplinski relej: princip rada, vrste, shema povezivanja + podešavanje i označavanje

Trajnost i pouzdanost u radu svake instalacije s električnim motorom ovisi o različitim čimbenicima. Međutim, u velikoj mjeri na vijek trajanja motora utječu strujna preopterećenja. Kako bi ih se spriječilo, priključuje se toplinsko rele koje štiti glavni radni organ elektrostroja.

Objasnit ćemo kako odabrati uređaj koji predviđa nastanak opasnih situacija s prekoračenjem maksimalno dopuštenih vrijednosti struje. U članku koji smo predstavili opisan je princip rada, navedene su vrste i njihove karakteristike. Daju se savjeti za spajanje i pravilno podešavanje.

Zašto su potrebni zaštitni uređaji?

Čak i ako je električni pogon pravilno projektiran i koristi se bez kršenja osnovnih pravila rada, uvijek postoji mogućnost pojave kvarova.

U opasne načine rada ubrajaju se jednofazni i višefazni kratki spojevi, toplinska preopterećenja električne opreme, blokiranje rotora i uništavanje ležajnog sklopa te prekid faze.

Radeći u režimu povećanih opterećenja, električni motor troši ogromnu količinu električne energije. A kod redovitog prekoračenja nazivnog napona oprema se intenzivno zagrijava.

Kao rezultat toga, izolacija se brzo troši, što dovodi do značajnog smanjenja radnog vijeka elektromehaničkih instalacija. Kako bi se isključile takve situacije, u strujni krug se priključuju releji toplinske zaštite. Njihova glavna funkcija je osigurati normalan rad potrošača.

Oni isključuju motor s određenim vremenskim odgodom, a u nekim slučajevima i trenutno, kako bi spriječili uništenje izolacije ili oštećenje pojedinih dijelova električne instalacije.

Strujno rele kontinuirano štiti električni motor od prekida faze i tehnoloških preopterećenja, kao i od blokiranja rotora. To su glavni uzroci koji dovode do opasnih načina rada.

Kako bi se spriječilo smanjenje otpora izolacije, koriste se uređaji za zaštitno isključivanje, a ako je cilj spriječiti narušavanje hlađenja, priključuju se posebni uređaji ugrađene toplinske zaštite.

Uređaj i princip rada TR

Konstrukcijski, standardno elektrotoplinsko rele predstavlja mali aparat koji se sastoji od osjetljive bimetalne pločice, grijaće spirale, polužno-opružnog sustava i električnih kontakata.

Bimetalna ploča izrađuje se od dva različita metala, obično invara i krom-nikal čelika, čvrsto spojenih zajedno u procesu zavarivanja. Jedan metal ima veći temperaturni koeficijent rastezanja od drugoga, pa se zagrijavaju različitom brzinom.

Pri strujnom preopterećenju nepomični dio ploče savija se prema materijalu s manjim koeficijentom toplinskog rastezanja. To mehanički djeluje na kontaktni sustav u zaštitnom uređaju i aktivira isključivanje električne instalacije pri pregrijavanju.

U većini modela mehaničkih toplinskih releja postoje dvije skupine kontakata. Jedan par su normalno otvoreni, drugi su stalno zatvoreni. Kada se zaštitni uređaj aktivira, kontakti mijenjaju stanje. Prvi se zatvaraju, a drugi postaju otvoreni.

U elektroničkim toplinskim relejima koriste se posebni senzori i osjetljive sonde koji reagiraju na povećanje struje. U mikroprocesoru takvih zaštitnih uređaja programirani su parametri koji određuju situacije u kojima je potrebno isključiti napajanje.

Struju detektira integrirani transformator, nakon čega elektronika obrađuje dobivene podatke. Ako je trenutna vrijednost struje veća od zadane, impuls se trenutno prenosi izravno na sklopku.

Rastvarajući vanjski kontaktor, relej s elektroničkim mehanizmom blokira opterećenje. Samo toplinsko relej za elektromotor postavlja se na kontaktor.

Bimetalna ploča može se zagrijavati izravno – utjecajem vršne struje opterećenja na metalnu traku ili neizravno, pomoću zasebnog termoelementa. Ovi se principi često kombiniraju u jednom uređaju toplinske zaštite. Kombiniranim zagrijavanjem uređaj ima bolje radne karakteristike.

Nakon hlađenja ploča se vraća u prvobitno stanje. Komutacijski kontakti automatski se zatvaraju ili ih je potrebno prisilno vratiti u zatvoreno stanje.

Osnovne karakteristike toplinskog releja

Glavna karakteristika sklopke toplinske zaštite je izražena ovisnost vremena okidanja o struji koja kroz nju teče – što je veća vrijednost, brže će djelovati. To ukazuje na određenu inertnost relejnog elementa.

Usmjereno kretanje čestica nositelja naboja kroz bilo koji električni uređaj, cirkulacijska pumpa i električni kotao, generira toplinu. Pri nazivnoj struji njezino dopušteno trajanje teži beskonačnosti.

A pri vrijednostima koje prelaze nazivne, oprema se pregrijava, što dovodi do preranog trošenja izolacije.

Prekid strujnog kruga trenutačno blokira daljnji porast temperaturnih pokazatelja. To omogućuje spriječavanje pregrijavanja motora i izbjegavanje havarijskog otkazivanja električne instalacije.

Nazivno opterećenje samog motora ključni je čimbenik koji određuje izbor uređaja. Pokazatelj u rasponu 1,2–1,3 označava uspješno aktiviranje pri strujnom preopterećenju od 30% u vremenskom razdoblju od 1200 sekundi.

Trajanje preopterećenja može negativno utjecati na stanje električne opreme – pri kratkotrajnom djelovanju od 5–10 minuta zagrijava se samo namot motora koji ima malu masu. A kod dugotrajnih zagrijava se cijeli motor, što može dovesti do ozbiljnih kvarova. Ili čak može biti potrebna zamjena izgorjele opreme novom.

Kako bi se objekt maksimalno zaštitio od preopterećenja, potrebno je za njega koristiti toplinski zaštitni relej čije će vrijeme aktiviranja odgovarati maksimalno dopuštenim pokazateljima preopterećenja konkretnog elektromotora.

U praksi nije svrsishodno sastavljati relej kontrole napona za svaki tip motora. Jedan relejni element koristi se za zaštitu motora različite konstrukcijske izvedbe. Pritom nije moguće jamčiti pouzdanu zaštitu u cijelom radnom intervalu ograničenom minimalnim i maksimalnim opterećenjem.

Povećanje pokazatelja struje ne dovodi odmah do opasnog havarijskog stanja opreme. Prije nego se rotor i stator zagriju do granične temperature, proći će određeno vrijeme.

Stoga nema krajnje potrebe da zaštitni uređaj reagira na svako, čak i neznatno povećanje struje. Relej treba isključiti elektromotor samo u onim slučajevima kada postoji opasnost od brzog trošenja izolacijskog sloja.

Vrste releja toplinske zaštite

Postoji nekoliko vrsta releja za zaštitu električnih motora od prekida faza i strujnih preopterećenja. Svi se razlikuju po konstrukcijskim značajkama, vrsti korištenih MP i primjeni u različitim motorima.

TRP. Jednopolni sklopni aparat s kombiniranim sustavom grijanja. Namijenjen je za zaštitu asinkronih trofaznih elektromotora od strujnih preopterećenja. TRP se primjenjuje u električnim mrežama istosmjerne struje s osnovnim naponom u uvjetima normalnog rada ne većim od 440 V. Odlikuje se otpornošću na vibracije i udarce.

RTL. Osiguravaju motorima zaštitu u sljedećim slučajevima:

• pri ispadu jedne od tri faze;
• asimetriji struja i preopterećenja;
• produženog pokretanja;
• blokiranja izvršnog mehanizma.

Mogu se instalirati s priključcima KRL odvojeno od magnetskih pokretača ili montirati izravno na PML. Instaliraju se na standardne tipove tračnica, stupanj zaštite – IP20.

RTT. Štite asinkrone trofazne strojeve s kratkospojnim rotorom od odgođenog pokretanja mehanizma, dugotrajnih preopterećenja i asimetrije, odnosno neravnoteže faza.

RTT se mogu koristiti kao sastavni dijelovi u raznim upravljačkim shemama elektromotornih pogona, kao i za integraciju u sklopke serije PMA.

TRN. Dvofazni komutatori koji kontroliraju pokretanje električne instalacije i radni način motora. Praktički ne ovise o temperaturi vanjskog okruženja, imaju samo sustav ručnog vraćanja kontakata u početno stanje. Mogu se koristiti u mrežama istosmjerne struje.

RTI. Električni preklopni aparati sa stalnom, iako malom, potrošnjom električne energije. Montiraju se na kontaktore serije KMI. Rade zajedno s osiguračima/automatskim prekidačima.

Poluvodička strujna releja. Predstavljaju male elektroničke uređaje za tri faze, u čijoj konstrukciji nema pokretnih dijelova.

Funkcioniraju po principu izračunavanja prosječnih temperatura motora, provodeći za to stalni nadzor radne i startne struje. Odlikuju se neosjetljivošću na promjene u okolišu, te se stoga koriste u eksplozivnim zonama.

RTK. Startni komutatori za kontrolu temperature u kućištu električne opreme. Koriste se u shemama automatike, gdje toplinska releja djeluju kao sastavni dijelovi.

Kako bi se osigurao pouzdan rad električne opreme, relejni element mora posjedovati osobine poput osjetljivosti i brzine djelovanja, kao i selektivnosti.

Važno je imati na umu da nijedna vrsta od gore razmotrenih uređaja nije prikladna za zaštitu krugova od kratkog spoja.

Uređaji toplinske zaštite samo sprječavaju izvanredna stanja koja nastaju pri nenormalnom radu mehanizma ili preopterećenju.

Električna oprema može pregorjeti još prije djelovanja releja. Za sveobuhvatnu zaštitu potrebno ih je dopuniti osiguračima ili kompaktnim automatskim prekidačima modularne konstrukcije.

Spajanje, podešavanje i označavanje

Komutacijski uređaj za preopterećenje, za razliku od električnog automata, ne prekida strujni krug izravno, već samo daje signal za privremeno isključenje objekta u izvanrednom stanju. Normalno uključeni kontakt kod njega djeluje kao tipka 'stop' kontaktora i spaja se u serijskoj shemi.

Shema spajanja uređaja

U konstrukciji releja nije potrebno ponavljati apsolutno sve funkcije glavnih kontakata pri uspješnom okidanju, budući da se on izravno spaja na MP. Takva izvedba omogućuje znatnu uštedu materijala za glavne kontakte. Puno je lakše u upravljačkom krugu spojiti malu struju, nego odmah isključiti tri faze s velikom.

U mnogim shemama spajanja toplinskog releja na objekt koristi se trajno zatvoreni kontakt. On se serijski povezuje s tipkom 'stop' upravljačke ploče i označava NZ – normalno zatvoren, ili NC – normal connected.

Otvoreni kontakt kod takve sheme može se koristiti za inicijalizaciju okidanja toplinske zaštite. Sheme spajanja elektromotora u kojima je spojen relej toplinske zaštite mogu se znatno razlikovati ovisno o prisutnosti dodatnih uređaja ili tehničkih značajki.

U standardnoj jednostavnoj shemi TR se spaja na izlaz niskonaponskog pokretača na električni motor. Dodatni kontakti uređaja obvezno se spajaju serijski sa zavojnicom pokretača

To će osigurati pouzdanu zaštitu od preopterećenja električne opreme. U slučaju nedopuštenog prekoračenja graničnih vrijednosti struje, relejni element će rastaviti krug, trenutno isključujući MP i motor iz napajanja.

Spajanje i instalaciju toplinskog releja u pravilu se obavljaju zajedno s magnetskim pokretačem namijenjenim za komutaciju i pokretanje električnog pogona. Međutim, postoje vrste koje se montiraju na DIN tračnicu ili posebnu ploču.

Nijanse podešavanja relejnih elemenata

Jedan od glavnih zahtjeva za uređaje za zaštitu elektromotora jest precizno djelovanje uređaja pri nastanku hitnih režima rada motora. Vrlo je važno pravilno ga odabrati i podesiti postavke, budući da su lažna okidanja apsolutno nedopustiva.

Elektrotoplinski relej koji optimalno odgovara određenoj vrsti motora po svim tehničkim parametrima, sposoban je osigurati pouzdanu zaštitu od preopterećenja po svakoj fazi, spriječiti dugotrajan start instalacije i ne dopustiti hitne situacije s blokiranjem rotora

Među prednostima korištenja strujnih elemenata zaštite također treba istaknuti prilično visoku brzinu i široki raspon okidanja, te jednostavnost montaže. Kako bi se osiguralo pravovremeno isključenje elektromotora pri preopterećenju, relej toplinske zaštite potrebno je podešavati na posebnoj platformi/ispitnom postolju.

U tom se slučaju isključuje netočnost zbog prirodnog neravnomjernog rasipanja nazivnih struja u NE. Za provjeru zaštitnog uređaja na ispitnom postolju primjenjuje se metoda fiktivnih opterećenja.

Kroz termoelement se propušta električna struja sniženog napona kako bi se simuliralo stvarno toplinsko opterećenje. Nakon toga se pomoću mjerača vremena bez pogreške određuje točno vrijeme aktiviranja.

Pri podešavanju osnovnih parametara, treba težiti sljedećim vrijednostima:

• Pri 1,5-strukoj struji uređaj mora isključiti motor nakon 150 s;
• Pri 5…6-strukoj struji on mora isključiti motor nakon 10 s.

Ako vrijeme aktiviranja ne odgovara normi, relejni element treba podesiti pomoću kontrolnog vijka.

Za ispravan rad obavezno je podesiti uređaj na najveću dopuštenu električnu struju motora i temperaturu zraka

To se radi u slučajevima kada se vrijednosti nazivne struje termoelementa (TE) i motora razlikuju, te ako je temperatura okoline niža od nazivne (+40 ºC) za više od 10 stupnjeva Celzija.

Struja aktiviranja elektroničkog toplinskog prekidača smanjuje se s povećanjem temperature oko promatranog objekta, jer zagrijavanje bimetalne trake ovisi o tom parametru. Kod značajnih odstupanja potrebno je dodatno podesiti toplinski relej (TR) ili odabrati prikladniji termoelement.

Nagli padovi temperaturnih pokazatelja jako utječu na rad strujnog releja. Stoga je vrlo važno odabrati termoelement (TE) koji može učinkovito obavljati osnovne funkcije uzimajući u obzir stvarne vrijednosti.

Toplinski relej (TR) preporučuje se smjestiti u istu prostoriju sa zaštićenim električnim postrojenjem. Ne smije se montirati blizu toplinskih generatora, peći za grijanje i drugih izvora topline.

Na releje s temperaturnom kompenzacijom ta se ograničenja ne odnose. Strujnu postavku zaštitnog uređaja može se podesiti u rasponu 0,75-1,25 puta od vrijednosti nazivne struje termoelementa. Podešavanje se izvodi u fazama.

Prvo se izračuna korekcija E₁ bez temperaturnje kompenzacije:

E₁=(I_nom-I_te)/c×I_te,

Gdje

• I_nom – nazivna struja opterećenja motora,
• I_te – nazivna struja radnog termoelementa u releju,
• c – vrijednost podjele ljestvice, odnosno ekscentrika (c=0,055 za zaštićene pokretače, c=0,05 za otvorene).

Sljedeći korak – određivanje korekcije E₂ na temperaturu okolnog zraka:

E₂=(t_a-30)/10,

Gdje je t_a (ambient temperature) – temperatura vanjskog okoliša u stupnjevima Celzija.

Posljednji korak – pronalaženje ukupne korekcije:

E=E₁+E₂.

Ukupna korekcija E može biti sa predznakom «+» ili «-». Ako se kao rezultat dobije decimalna vrijednost, obavezno je treba zaokružiti na cijeli broj na manju/veću po modulu stranu, ovisno o karakteru strujnog opterećenja.

Da biste podesili relej, ekscentrik se prebacuje na dobivenu vrijednost ukupne korekcije. Visoka temperatura okidanja smanjuje ovisnost rada zaštitnog uređaja o vanjskim pokazateljima.

Relej toplinske zaštite dopušta ručnu glatku regulaciju veličine struje okidanja uređaja u granicama ±25% od vrijednosti nazivne struje elektromehaničkog postrojenja.

Podešavanje ovih pokazatelja vrši se posebnom polugom, čije pomicanje mijenja početni savoj bimetalne ploče. Podešavanje struje okidanja u širem rasponu vrši se zamjenom termoelemenata.

U modernim sklopnim uređajima za zaštitu od preopterećenja postoji testna tipka koja omogućuje provjeru ispravnosti uređaja bez posebnog stola. Također postoji tipka za resetiranje svih postavki. Možete ih poništiti automatski ili ručno. Osim toga, proizvod je opremljen indikatorom trenutnog stanja električnog uređaja.

Označavanje elektrotoplinskih releja

Zaštitni uređaji odabiru se ovisno o veličini snage električnog motora. Glavni dio ključnih karakteristika skriven je u oznaci.

Ovako izgleda označavanje toplinskih releja tvornice KEAZ. Važno je pri odabiru obratiti pažnju na vrijednost nazivne struje razmatranog modela, kako bi bila dovoljna.

Pozornost treba usmjeriti na pojedine točke:

1. Raspon vrijednosti struja podešavanja (naveden u zagradama) kod različitih proizvođača minimalno se razlikuje.
2. Slovne oznake određenog tipa izvedbe mogu se razlikovati.
3. Klimatska izvedba često se daje u obliku raspona. Na primjer, UHL3O4 treba čitati kao: UHL3-O4.

Danas se mogu kupiti najrazličitije varijacije uređaja: releji za izmjeničnu i istosmjernu struju, monostabilni i bistabilni, uređaji s odgodom pri uključivanju/isključivanju, toplinski zaštitni releji s ubrzavajućim elementima, TR bez državnog namota, s jednim namotom ili više njih.

Ovi parametri nisu uvijek prikazani u oznaci uređaja, ali moraju biti navedeni u tehničkom listu elektrotehničkih proizvoda.

S uređajem, vrstama i označavanjem elektromagnetskog releja upoznat će vas sljedeći članak, koji preporučujemo pročitati.

Zaključci i koristan video na temu

Uređaj i princip funkcioniranja strujnog releja za učinkovitu zaštitu elektromotora na primjeru uređaja RTT 32P:

Ispravna zaštita od preopterećenja i prekida faza – jamstvo dugotrajnog besprijekornog rada elektromotora. Video o tome kako relejni element reagira u slučaju neispravnog rada mehanizma:

Kako spojiti uređaj toplinske zaštite na MP, principijelne sheme elektrotoplinskog releja:

Toplinski zaštitni relej od preopterećenja – obavezan je funkcionalni element svakog sustava upravljanja elektromotorom. On reagira na struju koja prolazi kroz motor i aktivira se kada temperatura elektromehaničkog uređaja dosegne granične vrijednosti. To omogućuje maksimalno produljenje vijeka trajanja ekološki sigurnih elektromotora.

Molimo Vas, pišite komentare u bloku ispod. Recite nam kako ste odabrali i podesili toplinski relej za vlastiti elektromotor. Dijelite korisne informacije, postavljajte pitanja, objavljujte fotografije na temu članka.