Tepelná relé — zařízení, princip činnosti, technické vlastnosti

Tepelná relé jsou elektrická zařízení určená k ochraně elektromotorů před nadproudem. Nejběžnější typy tepelných relé jsou TRP, TRN, RTL a RTT.

Princip činnosti tepelných relé

Životnost energetického zařízení závisí do značné míry na přetížení, kterému je během provozu vystaveno. U každého objektu je možné najít závislost délky toku proudu na jeho velikosti, kde je spolehlivá a dlouhodobá provoz zařízení… Tato závislost je znázorněna na obrázku (křivka 1).

Při jmenovitém proudu je přípustná doba jeho toku nekonečná. Průtok proudu vyšší než jmenovitý vede k dodatečnému zvýšení teploty a dodatečnému stárnutí izolace. Čím větší tedy přetížení, tím kratší povolená doba. Křivka 1 na obrázku je nastavena na základě požadované životnosti zařízení. Čím kratší je jeho životnost, tím větší přetížení je přípustné.

Časová proudová charakteristika tepelného relé a chráněného objektu

Při ideální ochraně objektu by měla být závislost tav (I) pro tepelné relé mírně pod křivkou objektu.

Pro ochranu proti přetížení, tepelná relé s bimetalová deska.

Bimetalová deska termorelé se skládá ze dvou desek, z nichž jedna má vyšší teplotní koeficient roztažnosti, druhá menší. V místě vzájemného přilnutí jsou desky pevně fixovány buď válcováním za tepla nebo svařováním. Pokud je taková deska upevněna nehybně a zahřátá, bude se deska méně ohýbat k materiálu. Tento jev se využívá u tepelných relé.

V tepelných relé se široce používají materiály invar (malá hodnota) a nemagnetické nebo chromniklové oceli (velká hodnota).

Bimetalový prvek tepelného relé může být ohříván teplem generovaným v desce zatěžovacím proudem. Velmi často se bimetal ohřívá speciálním ohřívačem, kterým protéká zátěžový proud. Nejlepších charakteristik se dosahuje při kombinovaném ohřevu, kdy se deska ohřívá jak vlivem tepla generovaného proudem procházejícím bimetalem, tak díky teplu generovanému speciálním topným tělesem, také proudem proudícího zátěže.

Ohýbáním bimetalová deska svým volným koncem působí na kontaktní systém tepelného relé.

Zařízení tepelného relé: a — citlivý prvek, b — propojovací kontakt, 1 — kontakty, 2 — pružina, 3 — bimetalová deska, 4 — tlačítko, 5 — můstek

Proudově-časové charakteristiky tepelného relé

Hlavní charakteristikou tepelného relé je závislost doby odezvy na zatěžovacím proudu (proudově-časová charakteristika).V obecném případě před začátkem přetížení protéká relé proud Io, který ohřívá desku na teplotu qo.

Při kontrole proudově-časových charakteristik tepelných relé je třeba vzít v úvahu, z jakého stavu (studená nebo přehřátá) je relé sepnuto.

Při kontrole tepelných relé je třeba vzít v úvahu, že topná tělesa tepelných relé jsou při zkratových proudech tepelně nestabilní.

Výběr tepelného relé

Jmenovitý proud tepelného relé se volí na základě jmenovitého zatížení motoru. Zvolený proud tepelného relé je (1,2 — 1,3) jmenovitého proudu motoru (proud zátěže), to znamená, že tepelné relé se aktivuje při přetížení 20 — 30 % po dobu 20 minut.

Topná konstanta elektromotoru závisí na době trvání proudového přetížení. Při krátkodobém přetížení se na ohřevu podílí pouze vinutí motoru a topná konstanta 5 — 10 minut. Při delším přetížení se na ohřevu podílí celá hmota elektromotoru a ohřev je konstantní po dobu 40-60 minut. Proto se použití tepelných relé doporučuje pouze tehdy, když je doba sepnutí delší než 30 minut.

Vliv okolní teploty na činnost tepelného relé

Zahřívání bimetalové desky tepelného relé závisí na okolní teplotě, proto se zvyšující se teplotou okolí provozní proud relé klesá.

Při teplotě velmi odlišné od jmenovité je nutné buď provést dodatečnou (hladkou) regulaci tepelného relé, nebo zvolit topné těleso s přihlédnutím ke skutečné okolní teplotě.

Aby okolní teplota měla menší vliv na vybavovací proud tepelného relé, je nutné zvolit vypínací teplotu co nejvyšší.

Pro správnou funkci tepelné ochrany je doporučeno umístit relé ve stejné místnosti jako chráněný objekt. Relé by nemělo být umístěno v blízkosti koncentrovaných zdrojů tepla — topných pecí, topných systémů atd. V současné době se vyrábí teplotně kompenzovaná relé (řada TPH).

Konstrukce tepelného relé

Vychýlení bimetalové desky je pomalé. Pokud je pohyblivý kontakt přímo připojen k desce, pak nízká rychlost jeho pohybu nebude schopna uhasit oblouk, který vzniká při vypnutí obvodu. Proto deska působí na kontakt prostřednictvím urychlovacího zařízení. Nejdokonalejší je «skokový» kontakt.

Ve vypnutém stavu pružina 1 vytváří krouticí moment vzhledem k bodu 0, který sepne kontakty 2. Bimetalová deska 3 se při zahřátí ohýbá doprava, poloha pružiny se mění. Vytváří moment, který otevírá 2 kontakty najednou a poskytuje spolehlivé zhášení oblouku. Moderní stykače a spouštěče jsou vybaveny tepelnými relé TRP (jednofázové) a TRN (dvoufázové).

Tepelná relé TRP

Jednopólová tepelná proudová relé řady TRP se jmenovitými proudy tepelných článků od 1 do 600 A jsou určena především pro ochranu před nepřípustným přetížením třífázových asynchronních elektromotorů pracujících ze sítě o jmenovitém napětí do 500 V při frekvence 50 a 60 Hz. Tepelná relé TRP pro proudy do 150 A se používají ve stejnosměrných sítích s jmenovitým napětím do 440 V.

Zařízení tepelného relé typu TRP

Bimetalová deska termorelé TRP má kombinovaný topný systém. Deska se ohřívá jak ohřívačem, tak i průchodem proudu deskou samotnou. Při vychýlení působí konec bimetalové desky na propojovací můstek.

Tepelné relé TRP umožňuje plynulé nastavení provozního proudu v rozmezí (± 25 % jmenovitého nastavovacího proudu). Toto nastavení se provádí pomocí knoflíku, který mění počáteční deformaci desky. Toto nastavení může dramaticky snížit počet požadovaných možností topení.

Návrat relé TRP do výchozí polohy po operaci se provádí tlačítkem. Je také možné provést samoobnovu po ochlazení bimetalu.

Vysoká reakční teplota (přes 200 °C) snižuje závislost činnosti relé na okolní teplotě.

Nastavení tepelného relé TRP se změní o 5 %, když se okolní teplota změní na KUS.

Vysoká odolnost proti nárazu a vibracím termorelé TRP umožňuje jeho použití v nejtěžších podmínkách.

Tepelná relé RTL

Tepelné relé RTL je navrženo k ochraně elektromotorů před proudovým přetížením nepřijatelného trvání. Poskytují také ochranu proti asymetrii proudů ve fázích a proti výpadku jedné z fází. RTL elektrická tepelná relé s proudovým rozsahem 0,1 až 86 A.

Tepelná relé RTL lze instalovat jak přímo na spouštěče PML, tak i odděleně od spouštěčů (v druhém případě musí být vybaveny svorkovnicemi KRL). Byla vyvinuta a vyrobena relé RTL a svorkovnice KRL, které mají stupeň krytí IP20 a lze je instalovat na standardní přípojnici.Jmenovitý proud kontaktů je 10 A.

Tepelné relé PTT

Palivová relé RTT jsou navržena tak, aby chránila třífázové indukční motory s kotvou nakrátko před přetížením nepřijatelného trvání, včetně přetížení vyplývajících ze ztráty jedné z fází a také před fázovou asymetrií.

Relé PTT jsou určeny pro použití jako komponenty v řídicích obvodech elektrických pohonů i pro instalaci do magnetické startéry Řada PMA pro střídavý proud 660V s frekvencí 50 nebo 60 Hz, pro účely stejnosměrného proudu 440V.