Тепловое реле: устройство, принцип работы, виды и особенности выбора

Долговечность оборудования во многом зависит от перегрузок, которым оно подвергается в процессе эксплуатации. Протекание токов, превышающих номинальные, вызывает дополнительное повышение температуры и преждевременное старение изоляции. Чем выше перегрузки, тем реже они допустимы. Тепловые реле – это специальные устройства, которые отключают потребляющее электроэнергию оборудование при перегрузках. Они предотвращают поломку электромоторов из-за превышения нагрузки по показателям рабочего тока. Любой двигатель имеет свой номинальный рабочий ток, длительное критическое превышение которого вызывает перегрев обмоток силовой установки, разрушает изоляционный слой и приводит к выходу из строя электромотора в целом.

Конструкция и принцип работы реле тепловой защиты

В основе работы тепловых реле лежит закон физики, сформулированный учеными Джоулем и Ленцем еще в 19 веке и определяющий зависимость выделенного тепла от силы тока на конкретных участках электрической цепи. В составе конструкции устройств этого типа предусмотрена спираль – излучатель тепла. Рядом с ней установлена биметаллическая пластина, которая реагирует на излучаемое тепло.

Для изготовления термопластин используют два металлических сплава с различной теплопроводностью, которые во время нагревания/охлаждения меняют свою геометрию. Это свойство биметаллических элементов и лежит в основе работы реле тепловой защиты. Увеличение либо уменьшение тока нагрузки приводит к изменению пространственного расположения и механическому воздействию на толкатель, который размыкает или замыкает контактную группу прибора, подключенную к обмоткам магнитного пускателя (МП). Пускатель мотора срабатывает и отключает нагрузки от электросети.

Стандартная конструкция теплового реле предусматривает:

• нагревательный элемент;
• рычаг;
• контакты с пружиной;
• кнопку «возврат»;
• толкатель реле;
• штангу расцепителя;
• биметаллическую пластину температурного компенсатора;
• движок уставки;
• эксцентрик.

На работу реле тепловой защиты с биметаллическими пластинами воздействует температура окружающего воздуха, которая дополнительно нагревает рабочие элементы конструкции прибора. Чтобы исключить это явление, устройства оснащаются компенсирующими биметаллическими пластинами, которые изгибаются в противоположную сторону по отношению к основным элементам.

Компенсатор регулирует ток срабатывания устройства. Для регулировки применяются эксцентрики с разделенной на две части шкалой. При повороте ручки компенсатора влево значение тока срабатывания уменьшается, а при повороте вправо – увеличивается. Значения тока срабатывания реле регулируют увеличением/уменьшением зазора между толкателем и главной пластиной, за счет действия эксцентрика на дополнительную биметаллическую пластину.

Важно! В случае обрыва либо отключения одной из фаз питания в трехфазной сети, токи нагрузки в оставшихся двух фазах увеличиваются, в результате чего срабатывает тепловое реле. Поэтому расцепитель является основной защитой электродвигателей от работы в аварийных ситуациях при оборванной фазе.

Виды реле защиты от тепловых перегрузок

На рынке электротехнического оборудования представлен большой выбор модулей тепловой защиты для электрических силовых агрегатов. Каждый тип устройства подбирается для конкретной ситуации и определенного типа силовых установок.

Основные разновидности тепловых реле:

• РТЛ. Серия электромеханических приборов, которые обеспечивают надежную тепловую защиту трехфазных электродвигателей и других силовых установок от критической перегрузки по токам потребления. Помимо этого, реле этого типа защищают электроустановки при нарушении баланса питающих фаз, отсрочке по времени пуска устройств, а также при наличии механических проблем с ротором: заклинивании вала и других неисправностей. Прибор монтируют на контактах ПМЛ (пускателя магнитного) или в качестве самостоятельного элемента с клеммником КРЛ.
• РТТ. Трехфазные устройства, предназначенные для защиты электродвигателей с короткозамкнутым ротором от токовой перегрузки, перекоса между питающими фазами и в случае механических повреждениях ротора, а также от задержки пускового момента. РТТ имеют два варианта установки: как самостоятельное реле на панели или совместно с магнитными пускателями типа ПМЕ и ПМА.
• РТИ. Трехфазная разновидность теплового реле, которое защищает электродвигатель от тепловых повреждений обмотки в случае критического превышения значений тока потребления, от асимметрии питающих фаз, задержки пускового момента и в случае механических повреждений движущихся частей ротора. Реле устанавливается на магнитные контакторы КМТ или КМИ.
• ТРН. Двухфазные устройства электротепловой защиты электрических двигателей, обеспечивающие контроль продолжительности пуска и тока в нормальных рабочих режимах. Контакты возвращаются в исходное состояние после аварийного срабатывания только вручную. Работа теплового устройства абсолютно не зависит от температуры окружающей среды, что актуально для применения в условиях горячих производств и жаркого климата.
• РТК. Тепловые реле, с помощью которых можно контролировать лишь один параметр – температуру металлического корпуса электрических установок. Для этого используются специальные щупы. Если критические значения температуры превышают заданные, реле типа РТК отключает установку от линии питания.
• Твердотельные. Вид тепловых реле, в конструкции которых отсутствуют какие-либо подвижные элементы. Работа устройства не зависит от температуры окружающей среды и других характеристик воздуха, что актуально для взрывоопасных цехов и производств химической промышленности. Твердотельные тепловые реле позволяют контролировать длительность разгона электромоторов, оптимальные токи нагрузки, обрывы фазных проводов и заклинивание ротора.
• РТЭ. Защитные тепловые реле, которые по своему принципу работы напоминают плавкие предохранители. Устройства изготовлены из металлического сплава с низкой температурой плавления. Материал плавится при критической температуре и разрывает цепь, питающую оборудование. Устройства типа РТЭ монтируются непосредственно в корпусы электросиловых установок на штатное место.

Все перечисленные выше разновидности тепловых реле служат для одной цели – они защищают электродвигатели и другие силовые электроустановки от токовых перегрузок, при которых увеличивается температура рабочих частей агрегатов до критических и субкритических значений.

Как выбрать устройство тепловой защиты

Для правильного выбора подходящей модели теплового реле следует учитывать мощность защищаемого электромотора. Основными параметрами защитных устройств являются:

1. Номинальный ток, при котором тепловое реле не срабатывает. Его превышение не вызывает незамедлительного отключения цепи. К примеру, если значение больше номинального на 20 %, то тепловое реле сработает примерно через 20-30 минут.
2. Номинальное напряжение. Как правило, бытовые модели тепловых реле устанавливаются в однофазных сетях переменного тока (220 вольт и 50 Гц), однако существуют и трехфазные модели для промышленных предприятий.
3. Условия эксплуатации. Категория размещения тепловых реле определяется согласно требованиям ГОСТ 15150. В стандарте описаны допустимые значения температуры и уровень влажности, а также устойчивость приборов к вибрации, ударным нагрузкам, контакту со взрывоопасными газами.
4. Предел срабатывания теплового реле.
5. Тип и количество дополнительных контактов для управления.
6. Чувствительность к перекосу фаз.

Также в маркировке теплового реле обязательно указывается режим возврата (автоматический или ручной).

В некоторых моделях предусмотрена функция «недогрузки», которая позволяет обнаруживать уменьшение тока в цепи, а также опция компенсации температуры окружающей среды – такие модификации считаются самыми удобными и надежными. Кроме того, выпускаются тепловые реле с дополнительными световыми индикаторами. Датчики и светодиоды отображают сигналы включения и состояния.

Поэтому выбор конкретной модели зависит от многих факторов эксплуатации теплового реле – температуры окружающей среды, места установки, мощности подключенного оборудования, необходимости использования средств аварийного оповещения.

Советы по выбору:

• Для однофазных сетей лучше выбирать тепловые реле с функцией автоматического сбрасывания и возврата контакта в первоначальное состояние через определенный период времени. Это гарантирует повторное срабатывание даже при сохранении аварийной ситуации и перегрузок по току.
• Для горячих цехов и эксплуатации в условиях жаркого климата подойдут реле с компенсатором температуры воздушной среды – это модели ТРВ. Они обладают самым широким температурным диапазоном эксплуатации.
• Для оборудования, чувствительного к обрыву фаз, рекомендуется подбирать реле, которое отключает электроустановку даже при обрыве одной фазы.

Реле со световыми индикаторами чаще всего используют на предприятиях промышленности, где требуется оперативное реагирование на аварийные ситуации. Благодаря светодиодным датчикам состояния, оператор может контролировать рабочие процессы.

Цена реле зависит от многих факторов. На стоимость влияют общие технические характеристики, наличие дополнительных функций, используемые в производстве материалы, фирма-производитель. Реле от известных брендов обязательно комплектуются паспортом с подробным описанием технических параметров, а также подробной инструкцией по подключению.

Особенности установки теплового реле

Обычно реле монтируется совместно с магнитным пускателем, обеспечивающим подключение и запуск двигателя. Некоторые модели устанавливаются в качестве самостоятельных приборов на DIN-рейку или на монтажные панели (ТРН или РТТ). Даже если реле ТРН имеет лишь пару входящих подключений, фаз все равно 3. Отключенные фазные провода выводятся с пускателя к мотору в обход устройства. Изменения тока будут происходить пропорционально в каждой фазе, в результате чего достаточно контроля только двух из них. Реле можно подключать и при помощи токовых трансформаторов – это целесообразно при использовании мощных электромоторов.

В любом случае необходимо избегать ошибок при монтаже, к примеру, нельзя подключать тепловое реле с параметрами, которые не соответствуют характеристикам электромотора.

Преимущества перед обычными автоматами

По своей конструкции тепловое реле является тем же устройством автоматического отключения электроустановок от сети питания. Однако в отличие от простых автоматов, которые включают/отключают питание, у реле есть два достоинства:

1. Возможность регулировать время и момент срабатывания в зависимости от токов перегрузки и продолжительности их воздействия на электроприборы.
2. Различные варианты коммутации – дистанционная установка в электрощитке либо непосредственный монтаж на магнитном пускателе.

Кроме того, реле обладают меньшими габаритами и массой, более доступной ценой, простой конструкцией и надежностью эксплуатации. Среди недостатков – необходимость периодической настройки и проверки.

Заключение

Тепловые реле (расцепители) – важные элементы системы защиты электродвигателей и других приборов. Устройства защищают практически от любых перегрузок. К тому же реле не подвержены ложным отключениям нагрузки в случае кратковременных скачков тока, что выгодно отличает их от входных автоматов. Их можно устанавливать не только совместно с магнитными пускателями, но и самостоятельно.