Tepelná relé jsou elektrická zařízení určená k ochraně elektromotorů před proudovým přetížením. Nejběžnější typy tepelných relé jsou TRP, TRN, RTL a RTT.
Princip činnosti tepelných relé
Životnost energetického zařízení do značné míry závisí na přetížení, kterému je během provozu vystaveno. Pro jakýkoli objekt je možné najít závislost doby trvání toku proudu na jeho velikosti, což zajišťuje spolehlivý a dlouhodobý provoz zařízení. Tato závislost je znázorněna na obrázku (křivka 1).
Při jmenovitém proudu je přípustná doba jeho toku nekonečná. Průtok proudu větší než jmenovitý proud vede k dodatečnému zvýšení teploty a dodatečnému stárnutí izolace. Čím větší je tedy přetížení, tím kratší je přípustné. Křivka 1 na obrázku je nastavena na základě požadované životnosti zařízení. Čím kratší je jeho životnost, tím větší jsou přípustná přetížení.
Časově-proudové charakteristiky tepelného relé a chráněného objektu
Při ideální ochraně objektu by závislost tav (I) pro tepelné relé měla být o něco nižší než křivka pro objekt.
K ochraně před přetížením se nejčastěji používají tepelná relé s bimetalovou deskou.
Bimetalová deska tepelného relé se skládá ze dvou desek, z nichž jedna má větší teplotní koeficient roztažnosti a druhá menší. V místě vzájemného kontaktu jsou desky pevně spojeny buď válcováním za tepla, nebo svařováním. Pokud je taková deska nehybně upevněna a zahřátá, bude se deska ohýbat směrem k materiálu s menším množstvím materiálu. Právě tento jev se využívá u tepelných relé.
V tepelných relé se široce používají materiály invar (malá hodnota) a nemagnetická nebo chromniklová ocel (velká hodnota).
Bimetalový prvek tepelného relé se může zahřívat v důsledku tepla generovaného v desce zatěžovacím proudem. Velmi často se bimetal zahřívá ze speciálního ohřívače, kterým protéká zátěžový proud. Nejlepších charakteristik se dosahuje při kombinovaném ohřevu, kdy se deska ohřívá jak teplem generovaným proudem procházejícím bimetalem, tak i teplem generovaným speciálním topným tělesem, rovněž usměrňovaným proudem zátěže.
Ohýbáním bimetalová deska svým volným koncem působí na kontaktní systém tepelného relé.
Zařízení tepelného relé: a – citlivý prvek, b – skokový kontakt, 1 – kontakty, 2 – pružina, 3 – bimetalová deska, 4 – tlačítko, 5 – můstek
Časově-proudové charakteristiky tepelného relé
Hlavní charakteristikou tepelného relé je závislost doby odezvy na zatěžovacím proudu (časově proudová charakteristika). V obecném případě před začátkem přetížení protéká relé proud I®, který ohřívá desku na teplotu q®.
Při kontrole časově-proudové charakteristiky tepelných relé je nutné vzít v úvahu, z jakého stavu (studeného nebo přehřátého) relé pracuje.
Při kontrole tepelných relé je třeba mít na paměti, že topná tělesa tepelných relé jsou při zkratových proudech tepelně nestabilní.
Výběr tepelných relé
Jmenovitý proud tepelného relé se volí na základě jmenovitého zatížení elektromotoru. Zvolený proud tepelného relé je (1,2 – 1,3) jmenovitá hodnota proudu elektromotoru (proud zátěže), tj. tepelné relé se spustí při 20-30% přetížení po dobu 20 minut.
Časová konstanta ohřevu elektromotoru závisí na době trvání proudového přetížení. Při krátkodobém přetížení se na ohřevu podílí pouze vinutí elektromotoru a topná konstanta je 5 – 10 minut. Při dlouhodobém přetížení se do ohřevu zapojí celá hmota elektromotoru a ohřev je konstantní po dobu 40-60 minut. Proto je použití tepelných relé vhodné pouze v případě, že doba aktivace je delší než 30 minut.
Vliv okolní teploty na činnost tepelného relé
Ohřev bimetalové desky tepelného relé závisí na okolní teplotě, proto s rostoucí okolní teplotou klesá provozní proud relé.
Při teplotě velmi odlišné od jmenovité je nutné buď provést dodatečné (hladké) seřízení tepelného relé, nebo zvolit topné těleso s ohledem na skutečnou okolní teplotu.
Aby okolní teplota měla menší vliv na provozní proud tepelného relé, je nutné, aby provozní teplota byla zvolena co nejvyšší.
Pro správnou funkci tepelné ochrany je vhodné umístit relé do stejné místnosti jako chráněný objekt. Relé by nemělo být umístěno v blízkosti koncentrovaných zdrojů tepla – topné pece, topné systémy atd. V současné době se vyrábí relé s teplotní kompenzací (řada TRN).
Konstrukce tepelného relé
K vychýlení bimetalové desky dochází pomalu. 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 „skákací“ kontakt.
V beznapěťovém stavu pružina 1 vytváří moment vzhledem k bodu 0, který sepne kontakty 2. Při zahřátí se bimetalová deska 3 ohne doprava, poloha pružiny se změní. Vytváří moment, který rozepne kontakty 2 v době, která zajistí spolehlivé zhasnutí oblouku. Moderní stykače a spouštěče jsou vybaveny tepelnými relé TRP (jednofázové) a TRN (dvoufázové).
Tepelná relé TRP
Tepelná proudová jednopólová relé řady TRP se jmenovitými proudy tepelných prvků od 1 do 600 A jsou určena zejména 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 se jmenovitým napětím do 440 V.
Zařízení tepelného relé typu TRP
Bimetalová deska tepelného relé TRP má kombinovaný topný systém. Deska se ohřívá jak ohřívačem, tak i průchodem proudu deskou samotnou. Při vychýlení působí konec bimetalové desky na skokový kontaktní můstek.
Tepelné relé TRP umožňuje plynulé nastavení provozního proudu v mezích (±25 % nastavení jmenovitého proudu). Toto nastavení se provádí pomocí knoflíku, který mění počáteční deformaci desky. Toto nastavení vám umožní dramaticky snížit počet požadovaných možností topení.
Relé TRP se po aktivaci tlačítkem vrátí do původní polohy. Je také možné jej navrhnout se samonávratem po ochlazení bimetalu.
Vysoká reakční teplota (nad 200°C) snižuje závislost činnosti relé na okolní teplotě.
Nastavení tepelného relé TRP se změní o 5 % při změně okolní teploty o KUS.
Vysoká odolnost proti otřesům a vibracím tepelného relé TRP umožňuje jeho použití v nejtěžších podmínkách.
Tepelná relé RTL
Tepelné relé RTL je určeno k ochraně elektromotorů před proudovým přetížením nepřijatelného trvání. Poskytují také ochranu proti proudové nevyváženosti ve fázích a proti ztrátě jedné z fází. RTL elektrotepelná relé se vyrábí s proudovým rozsahem od 0.1 do 86 A.
Tepelná relé RTL mohou být instalována buď přímo na spouštěče PML nebo odděleně od spouštěčů (v druhém případě musí být vybavena svorkovnicemi KRL). Byla vyvinuta a vyrobena relé RTL a svorkovnice KRL, které mají stupeň krytí IP20 a lze je instalovat na standardní lištu. Jmenovitý proud kontaktů je 10 A.
Tepelná relé PTT
Tepelná PTT relé jsou navržena tak, aby chránila třífázové asynchronní elektromotory s rotorem nakrátko před přetížením nepřijatelného trvání, včetně těch, ke kterým dochází při výpadku jedné z fází, a také před fázovou asymetrií.
Relé RTT jsou určena pro použití jako součástky v řídicích obvodech elektrických pohonů i pro integraci do magnetických spouštěčů řady PMA pro střídavé napětí 660V s frekvencí 50 nebo 60Hz, pro stejnosměrné napětí 440V.
Telegramový kanál pro ty, kteří se chtějí každý den učit nové a zajímavé věci: Škola pro elektrikáře
Pokud se vám tento článek líbil, sdílejte odkaz na něj na sociálních sítích. Velmi to pomůže rozvoji našeho webu!
