Termorelæ: funktionsprincip, typer, tilslutningsdiagram + justering og mærkning

Holdbarheden og driftsikkerheden for enhver installation med en elektrisk motor afhænger af forskellige faktorer. Men i høj grad påvirkes motorens levetid af strømoverbelastninger. For at forebygge dem tilsluttes et termisk relæ, der beskytter elektromaskinens primære arbejdsorgan.

Vi fortæller, hvordan man vælger en enhed, der forudsiger opståen af farlige situationer med overskridelse af maksimalt tilladte strømværdier. I den forelagte artikel beskrives funktionsprincippet, og der gives varianter og deres egenskaber. Der gives råd om tilslutning og korrekt justering.

Hvorfor er beskyttelsesapparater nødvendige?

Selv hvis elektrisk drev er korrekt konstrueret og brugt uden overtrædelse af grundlæggende driftsregler, er der altid risiko for fejl.

Til nøddrift hører enfasede og flerfasede kortslutninger, termisk overbelastning af elektrisk udstyr, rotorblokering og ødelæggelse af lejeenhed, fasebrud.

Ved drift under øget belastning bruger elmotoren enorme mængder elektricitet. Og ved regelmæssig overskridelse af nominel spænding opvarmes udstyret intensivt.

Som følge heraf slides isoleringen hurtigt, hvilket fører til en betydelig reduktion af levetiden for elektromekaniske installationer. For at undgå sådanne situationer tilsluttes termiske beskyttelsesrelæer i strømkredsen. Deres hovedfunktion er at sikre normal drift af forbrugerne.

De frakobler motoren med en vis tidsforsinkelse, og i nogle tilfælde – øjeblikkeligt, for at forhindre ødelæggelse af isoleringen eller beskadigelse af enkelte dele af elinstallationen.

Strømrelæet beskytter konstant elmotoren mod fasebrud og procesoverbelastning samt rotorblokering. Dette er de vigtigste årsager til nøddrift.

For at forhindre fald i isolationsmodstanden anvendes fejlstrømsafbrydere, og hvis opgaven er at forhindre afkølingsfejl, tilsluttes specielle indbyggede termiske beskyttelsesapparater.

Termisk relæ: opbygning og funktionsprincip

Konstruktionsmæssigt er et standard elektrotermisk relæ en lille enhed, der består af en følsom bimetallisk plade, en varmespiral, et håndtag-fjedersystem og elektriske kontakter.

Bimetallpladen fremstilles af to forskellige metaller, typisk invar og krom-nikkel-stål, som er solidt forbundet under svejsning. Det ene metal har en større temperaturudvidelseskoefficient end det andet, derfor opvarmes de med forskellig hastighed.

Ved overbelastning bøjer den ikke-faste del af pladen sig mod materialet med den mindre varmeudvidelseskoefficient. Dette udøver en kraftpåvirkning på kontaktsystemet i beskyttelsesanordningen og udløser afbrydelse af elinstallationen ved overophedning.

I de fleste modeller af mekaniske termoreleer er der to kontaktgrupper. Et par er normalt åbne, det andet er konstant lukkede. Når beskyttelsesanordningen aktiveres, skifter kontaktstaten. De første lukkes, og de andre bliver åbne.

I elektroniske termoreleer anvendes specielle sensorer og følsomme sonder, der reagerer på strømstigning. I mikroprocessoren i sådanne beskyttelsesanordninger er parametre programmeret, der bestemmer situationer, hvor strømforsyningen skal afbrydes.

Strømmen detekteres af en integreret transformer, hvorefter elektronikken behandler de modtagne data. Hvis strømværdien på det aktuelle tidspunkt er større end indstillingen, sendes impulsen øjeblikkeligt direkte til afbryderen.

Ved at åbne den eksterne kontaktor blokerer relæet med elektronisk mekanisme belastningen. Selve termoreléet til elektromotoren monteres på kontaktoren.

Bimetallpladen kan opvarmes direkte – ved påvirkning af spidsbelastningsstrøm på metalstrimlen eller indirekte ved hjælp af et separat termoelement. Ofte kombineres disse principper i et enkelt termisk beskyttelsesapparat. Ved kombineret opvarmning har enheden bedre driftsegenskaber.

Efter afkøling vender pladen tilbage til sin oprindelige tilstand. De skiftende kontakter lukker automatisk, eller man skal tvinge dem til en lukket tilstand.

Grundlæggende egenskaber for strømrelæ

Den primære egenskab for det termiske beskyttelsesomskifter er den udtalte afhængighed af udløsningstiden af den strøm, der løber gennem den – jo større værdi, desto hurtigere udløses den. Dette indikerer en vis inerti i relæelementet.

Retningsbestemt bevægelse af ladningsbærende partikler gennem enhver elektrisk enhed, cirkulationspumpe og el-kedel, genererer varme. Ved mærkestrøm har den tilladte varighed tendens mod uendelig.

Og ved værdier, der overstiger de nominelle værdier, stiger temperaturen i udstyret, hvilket fører til for tidlig slitage af isoleringen.

Brud i kredsløbet blokerer øjeblikkeligt yderligere temperaturstigning. Dette gør det muligt at forebygge overophedning af motoren og forhindre en akut nedbrud af elinstallationen

Motorens nominelle belastning er den nøglefaktor, der bestemmer valget af apparatet. En værdi i intervallet 1,2-1,3 angiver en vellykket udløsning ved en strømoverbelastning på 30% over en tidsperiode på 1200 sekunder

Overbelastningens varighed kan påvirke eludstyrets tilstand negativt — ved en kortvarig påvirkning på 5-10 minutter opvarmes kun motorens vikling, som har en lille masse. Ved længerevarende belastning opvarmes hele motoren, hvilket kan føre til alvorlige skader. Eller det kan endda være nødvendigt at udskifte det brændte udstyr med nyt

For at beskytte objektet maksimalt mod overbelastning, bør man specifikt bruge et termorelæ, hvis udløsningstid svarer til de maksimalt tilladte overbelastningsværdier for den pågældende elektromotor

I praksis er det uhensigtsmæssigt at sammensætte spændingskontrolrelæer til hver motortype. Ét relayelement bruges til at beskytte motorer af forskellig konstruktion. Her er det umuligt at garantere pålidelig beskyttelse i hele arbejdsintervallet, som er begrænset af minimal og maksimal belastning

Stigning i strømværdierne fører ikke umiddelbart til en farlig fejltilstand for udstyret. Der går noget tid, før rotoren og statoren når den maksimale temperatur

Derfor er der ikke et akut behov for, at beskyttelsesanordningen reagerer på hver, selv en ubetydelig strømstigning. Relæet skal kun afbryde elektromotoren i tilfælde, hvor der er risiko for hurtig slitage af isolationslaget

Typer af termiske beskyttelsesrelæer

Der findes flere typer relæer til beskyttelse af elektriske motorer mod fasebrud og strømoverbelastninger. De adskiller sig alle i konstruktionsmæssige egenskaber, typen af anvendte MP'er og anvendelse i forskellige motorer

TRP. En enpolet koblingsanordning med et kombineret varmesystem. Designet til beskyttelse af asynkrone trefasede elektromotorer mod strømoverbelastninger. TRP anvendes i jævnstrømsnet med en basisspænding under normale driftsforhold på højst 440 V. Den er kendetegnet ved modstandsdygtighed over for vibrationer og stød

RTL. De giver motorer beskyttelse i følgende tilfælde:

• ved tab af en af de tre faser;
• ved strømasymmetri og overbelastninger;
• ved forlænget start;
• ved blokering af aktuatoren.

De kan installeres med KRL-klemmer adskilt fra magnetkontakterne eller monteres direkte på PML. De monteres på standard DIN-skinner, beskyttelsesklasse – IP20

RTT. Beskytter asynkron trefasede maskiner med kortslutningsrotor mod forsinket start af mekanismen, langvarige overbelastninger og asymmetri, dvs. faseubalance.

RTT kan anvendes som komponenter i forskellige styrekredse til elektriske drev, samt til integration i startere af serien PMA

TRN. Tofasede omskiftere, der styrer start af elinstallationen og motorens driftsform. De er praktisk talt uafhængige af omgivelsestemperaturen, har kun et manuelt system til at returnere kontakterne til starttilstand. De kan bruges i jævnstrømsnet.

RTI. Elektriske omskifterapparater med konstant, omend lavt strømforbrug. Monteres på kontaktere af serien KMI. Arbejder sammen med sikringer/automatiske afbrydere.

Halvlederstrømsrelæer. De er små elektroniske enheder til tre faser, uden bevægelige dele i konstruktionen.

De fungerer efter princippet om at beregne gennemsnitstemperaturer for motoren, ved konstant at overvåge drifts- og startstrømmen. De er ufølsomme over for ændringer i omgivelserne og bruges derfor i eksplosionsfarlige zoner.

RTK. Startomskiftere til temperaturkontrol i eludstyrets kabinet. Bruges i automatiksystemer, hvor termorelæer fungerer som komponenter.

For at sikre pålidelig drift af elektrisk udstyr skal relæelementet have egenskaber som følsomhed, hurtig reaktionstid samt selektivitet.

Det er vigtigt at huske, at ingen af de ovenfor beskrevne apparater er egnede til at beskytte kredsløb mod kortslutning.

Termobeskyttelsesenheder forhindrer kun fejltilstande, der opstår ved unormal drift af mekanismen eller overbelastning.

Elektrisk udstyr kan brænde op, før relæet aktiveres. For omfattende beskyttelse skal de suppleres med sikringer eller kompakte modulopbyggede automatiske afbrydere.

Tilslutning, justering og mærkning

Overbelastningsomskifteren, i modsætning til en afbryder, afbryder ikke strømkredsen direkte, men sender kun et signal til midlertidig afbrydelse af objektet under fejltilstand. Normalt lukket kontakt fungerer som en 'stop'-knap på kontaktoren og tilsluttes i serie.

Tilslutningsskema for enheder

I konstruktionen af relæet er det ikke nødvendigt at gentage alle funktionerne af strømkontakterne ved en vellykket aktivering, da det er direkte forbundet til MP. En sådan udførelse gør det muligt at spare betydeligt på materialer til strømkontakter. Det er meget lettere i styrekredsen at tilslutte en lille strøm end straks at afbryde tre faser med en stor.

I mange tilslutningsdiagrammer for termisk relæ til objektet bruges en permanent lukket kontakt. Den forbindes i serie med "stop"-knappen på kontrolpulten og betegnes som NC – normal connected (normalt lukket).

En åben kontakt i et sådant kredsløb kan bruges til at initiere aktivering af termisk beskyttelse. Tilslutningsdiagrammer for elektromotorer, hvor termisk beskyttelsesrelæ er tilsluttet, kan variere betydeligt afhængigt af tilstedeværelsen af ekstra enheder eller tekniske specifikationer.

I et standard enkelt kredsløb tilsluttes termoreléet til udgangen af en lavspændingsstarter på en elektrisk motor. Apparatets ekstra kontakter forbindes obligatorisk i serie med starterens spole.

Dette sikrer pålidelig beskyttelse mod overbelastning af elektrisk udstyr. Hvis de tilladte strømgrænser overskrides, afbryder relæelementet kredsløbet og afbryder øjeblikkeligt MP og motoren fra strømforsyningen.

Tilslutning og installation af termisk relæ udføres som regel sammen med en magnetstarter, der er beregnet til at skifte og starte en elektrisk drift. Der er dog typer, der monteres på DIN-skinne eller en speciel panel.

Finjustering af relæelementer

Et af hovedkravene til beskyttelsesanordninger til elektromotorer er, at apparaterne fungerer præcist, når der opstår fejltilstande i motorens drift. Det er meget vigtigt at vælge den rigtige og justere indstillingerne, da falske udløsninger er fuldstændig uacceptable.

Elektrotermisk relæ, der er optimalt egnet til en bestemt motortype i alle tekniske parametre, kan give pålidelig beskyttelse mod overbelastning i hver fase, forhindre langvarig start af installationen og undgå fejlsituationer med rotorblokering.

Blandt fordelene ved at bruge strømbeskyttelseselementer skal også nævnes den ret høje hastighed og brede aktiveringsområde samt monteringsvenlighed. For at sikre rettidig afbrydelse af elektromotoren ved overbelastning, skal termisk beskyttelsesrelæ justeres på en speciel platform/stativ.

I så fald elimineres unøjagtighed på grund af naturlig ujævn spredning af mærkestrømme i varmelegemerne. For at teste beskyttelsesanordningen på stativet anvendes metoden med fiktive belastninger.

Der sendes en elektrisk strøm med reduceret spænding gennem termoelementet for at simulere en reel termisk belastning. Derefter bestemmes den nøjagtige aktiveringstid fejlfrit via en timer.

Ved indstilling af grundparametrene bør man sigte mod følgende værdier:

• Ved 1,5 gange strømmen skal enheden afbryde motoren efter 150 s;
• Ved 5-6 gange strømmen skal den afbryde motoren efter 10 s.

Hvis aktiveringstiden ikke svarer til normen, skal relæelementet justeres vha. justeringsskruen.

For korrekt drift skal enheden indstilles til motorens maksimalt tilladte elektriske strøm og lufttemperaturen

Dette gøres i de tilfælde, hvor værdierne af nominel strøm for NE og motoren afviger, samt hvis omgivelsestemperaturen er mere end 10 grader Celsius lavere end den nominelle (+40 °C).

Strømmen for aktivering af den elektrotermiske kontakt falder med stigende temperatur omkring det pågældende objekt, da opvarmningen af den bimetalliske strimmel afhænger af denne parameter. Ved væsentlige forskelle skal TR justeres yderligere, eller et mere passende termoelement vælges.

Pludselige udsving i temperaturværdier påvirker strømrelæets funktionsevne kraftigt. Derfor er det meget vigtigt at vælge et NE, der effektivt kan udføre de grundlæggende funktioner under hensyntagen til de faktiske værdier.

Det anbefales at placere TR i samme rum som den beskyttede elektriske installation. De må ikke monteres tæt på varmegeneratorer, ovne og andre varmekilder

Disse begrænsninger gælder ikke for relæer med temperaturkompensation. Strømstyrkeindstillingen for beskyttelsesapparatet kan justeres i området 0,75-1,25 gange termoelementets nominelle strømværdier. Indstillingen udføres trinvis.

Først beregnes korrektionen E₁ uden temperaturkompensation:

E₁=(I_nom-I_ne)/c×I_ne,

Hvor

• I_nom – motorens nominelle belastningsstrøm,
• I_ne – nominel strøm for det arbejdende varmelegeme i relæet,
• c – skalaens delingsværdi, dvs. excenter (c=0,055 for beskyttede startere, c=0,05 for åbne).

Næste trin – bestemmelse af korrektionen E₂ for den omgivende lufttemperatur:

E₂=(t_a-30)/10,

Hvor t_a (ambient temperature) – omgivelsestemperatur i grader Celsius.

Sidste trin – find den samlede korrektion:

E=E₁+E₂.

Den samlede korrektion E kan være med fortegn "+" eller "-". Hvis resultatet er en brøkværdi, skal den absolut afrundes til nærmeste heltal op eller ned, afhængigt af strømbelastningens karakter.

For at indstille relæet overføres excenteren til den opnåede værdi af den samlede justering. En høj udløsningstemperatur reducerer afhængigheden af beskyttelsesanordningens funktion af eksterne faktorer.

Termisk beskyttelsesrelæet tillader manuel jævn justering af udløsningsstrømmens værdi inden for ±25% af den nominelle strøm for den elektromekaniske installation.

Justering af disse parametre sker med en speciel arm, hvis bevægelse ændrer den oprindelige bøjning af den bimetalliske plade. Indstilling af udløsningsstrømmen i et bredere område sker ved udskiftning af termoelementer.

Moderne overbelastningsbeskyttelseskontakter har en testknap, der gør det muligt at kontrollere enhedens funktionsdygtighed uden et specielt testbord. Der er også en knap til at nulstille alle indstillinger. De kan nulstilles automatisk eller manuelt. Derudover er produktet udstyret med en indikator for den aktuelle tilstand af det elektriske apparat.

Mærkning af elektrotermiske relæer

Beskyttelsesanordninger vælges afhængigt af den elektriske motors effekt. Hovedparten af nøgleegenskaberne er skjult i betegnelsen.

Sådan ser mærkningen af termiske relæer fra fabrikken KEAZ ud. Det er vigtigt ved valget at være opmærksom på værdien af den nominelle strøm for den pågældende model, så den er tilstrækkelig.

Man bør fokusere på følgende punkter:

1. Intervallet for indstillingsstrømme (angivet i parentes) adskiller sig minimalt hos forskellige producenter.
2. Bogstavbetegnelserne for den specifikke udførelsestype kan variere.
3. Klimaudførelse angives ofte som et interval. For eksempel skal UHL3O4 læses som UHL3-O4.

I dag kan man købe mange forskellige varianter af enheden: relæer for veksel- og jævnstrøm, monostabile og bistabile, apparater med forsinkelse ved til-/frakobling, termiske beskyttelsesrelæer med accelererende elementer, TR uden holdevikling, med en enkelt eller flere viklinger.

Disse parametre er ikke altid vist i enhedernes mærkning, men skal bestemt angives i databladet for elektrotekniske produkter.

Med enhedens opbygning, varianter og mærkning af elektromagnetiske relæer introducerer den følgende artikel, som vi anbefaler at læse.

Konklusioner og nyttig video om emnet

Opbygning og funktionsprincip for et strømrelæ til effektiv beskyttelse af en elektromotor med eksempel på enheden RTT 32P:

Korrekt beskyttelse mod overbelastning og fasebrud er nøglen til langvarig fejlfri drift af en elektrisk motor. Video om, hvordan relæelementet reagerer ved unormal drift af mekanismen:

Sådan tilsluttes termobeskyttelsesenheden til MP, principskemaer for elektrotermisk relæ:

Termisk overbelastningsrelæ – en obligatorisk funktionel komponent i ethvert elektrisk drivsystem. Det reagerer på strømmen, der går til motoren, og aktiveres, når temperaturen i den elektromekaniske installation når grænseværdierne. Dette gør det muligt at forlænge levetiden for miljøvenlige elektromotorer maksimalt.

Skriv venligst kommentarer i nedenstående blok. Fortæl, hvordan du valgte og indstillede termoreléet til din egen elektromotor. Del nyttige oplysninger, stil spørgsmål, upload billeder om emnet.