Hőrelé: működési elv, típusok, bekötési rajz + beállítás és jelölés

Bármely villanymotorral rendelkező berendezés tartóssága és megbízhatósága számos tényezőtől függ. Azonban jelentős mértékben befolyásolják a motor élettartamát az áramtúlterhelések. Ezen túlterhelések megelőzése érdekében hőrélét csatlakoztatnak, amely védi az elektromos gép fő munkaszervét.

Elmondjuk, hogyan válasszunk olyan eszközt, amely előre jelzi a maximálisan megengedett áramértékek túllépésével járó veszélyhelyzetek kialakulását. Az általunk bemutatott cikkben ismertetjük a működési elvet, bemutatjuk a változatokat és azok jellemzőit. Tanácsokat adunk a csatlakoztatáshoz és a szakszerű beállításhoz.

Miért van szükség védőberendezésekre?

Még ha az elektromos hajtást szakszerűen tervezték is és az alapvető üzemeltetési szabályok megsértése nélkül használják, mindig fennáll a meghibásodások lehetősége.

A veszélyes üzemmódok közé tartoznak az egy- és többfázisú rövidzárlatok, az elektromos berendezések hűtúlterhelései, a rotor beszorulása és a csapágyegység tönkremenetele, valamint a fáziskimaradás.

Magas terhelés mellett működve a villanymotor hatalmas mennyiségű elektromos energiát fogyaszt. Rendszeres névleges feszültségérték-túllépés esetén pedig a berendezés intenzíven felmelegszik.

Ennek eredményeként gyorsan elhasználódik a szigetelés, ami az elektromechanikus berendezések élettartamának jelentős csökkenéséhez vezet. Az ilyen helyezetek elkerülése érdekében hővédő relét kapcsolnak az áramkörbe. Fő feladatuk a fogyasztók normál üzemmódjának biztosítása.

Egy meghatározott késleltetéssel, bizonyos esetekben pedig azonnal lekapcsolják a motort, hogy megakadályozzák a szigetelés tönkremenetelét vagy az elektromos berendezés egyes részeinek sérülését.

Az áramrelé folyamatosan védi a villanymotort a fáziskimaradástól, a technológiai túlterhelésektől és a rotor lefékeződésétől. Ezek a fő okai a veszélyes üzemmódok kialakulásának.

A szigetelési ellenállás csökkenésének megakadályozása érdekében védőkapcsoló berendezéseket alkalmaznak, ha pedig a hűtés zavarának megelőzése a feladat, akkor speciális beépített hővédő készülékeket kapcsolnak.

A hőrelé felépítése és működési elve

Szerkezetileg a szabványos elektromos hőrelé egy kis készülék, amely egy érzékeny bimetál lemezből, egy fűtőspirálból, egy kar-rugós rendszerből és elektromos érintkezőkből áll.

A bimetall lemezt két különbözö fémböl készítik, általában invarból és kröm-nikkel acélból, amelyeket hegesztéssel erösen összekapcsolnak. Az egyik fém nagyobb hötágulási együtthatóval rendelkezik, mint a másik, ezért eltérö sebességgel melegszenek fel.

Áramtúlterhelés esetén a lemez rögzítetlen része a kisebb hötágulási együtthatójú anyag felé hajlik. Ez erőhatást gyakorol a védöberendezés érintkezőrendszerére, és túlmelegedéskor aktiválja az elektromos berendezés kikapcsolását.

A legtöbb mechanikus hőrelé modellben két érintkezőcsoport található. Az egyik pár normál esetben nyitott, a másik folyamatosan zárt. Amikor a védöberendezés műkődésbe lép, az érintkezők állapota megváltozik. Az előbbiek záródnak, az utóbbyak pedik nyitottá válnak.

Az elektronikus hőrelékben speciális érzékelőket és érzékeny szondákat alkalmaznak, amelyek az áramerősség növekedésére reagálnak. Az ilyen védőberendezések mikroprocesszorában olyan paraméterek vannak programozva, amelyek meghatározzák azokat a helyzeteket, amikor le kell kapcsolni az áramellátást.

Az áramot egy integrált transzformátor érzékeli, majd az elektronika feldolgozza a kapott adatokat. Ha az aktuális áramérték nagyobb, mint az alapjel, az impulzus azonnal továbbításra kerül közvetlenül a kapcsolóhoz.

A külső kontaktor nyitásával az elektronikus mechanizmusú relé blokkolja a terhelést. Magát a motor hőrelét a kontaktorra szerelik.

A bimetall lemez felmelegíthető közvetlenül – a terhelés csúcsáramának a fémsávra gyakorolt hatása révén, vagy közvetve, külön hőelem segítségével. Ezeket az elveket gyakran egyetlen hővédelmi készülékben egyesítik. Kombinált fűtés esetén a készülék jobb teljesítményjellemzőkkel rendelkezik.

Lehűlés után a lemez visszatér eredeti állapotába. A kapcsoló érintkezők vagy automatikusan záródnak, vagy kényszerűen kell zárt állapotba hozni őket.

Az áramrelé alapvető jellemzői

A hővédelemi kapcsoló fő jellemzője az átfolyó áramtól való működési idő egyértelmű függősége – minél nagyobb az érték, annál gyorsabban működik. Ez a reléelem bizonyos inerciájára utal.

A töltéshordozó részecskék irányított mozgása bármely elektromos készüléken, keringető szivattyún és villanybojleren át hőt generál. Néveleges áram esetén annak megengedett időtartama a végetlenbe tart.

Azoknál az értékeknél, amelyek meghaladják a névleges értékeket, a berendezésben megnő a hőmérséklet, ami a szigetelés idő előtti kopásához vezet.

Az áramkör megszakadása azonnal blokkolja a hőmérsékleti értékek további növekedését. Ez lehetővé teszi a motor túlmelegedésének megelőzését és az elektromos berendezés meghibásodásának elkerülését.

A motor névleges terhelése a készülék kiválasztását meghatározó kulcsfontosságú tényező. Az 1,2-1,3 tartományban lévő érték 30%-os áram-túlterhelés esetén 1200 másodperces időtartam alatt sikeres működést jelez.

A túlterhelés időtartama negatívan befolyásolhatja az elektromos berendezés állapotát – rövid, 5-10 perces hatás esetén csak a motor tekercse melegszik fel, amely kis tömegű. Hosszabb ideig tartó hatás esetén azonban az egész motor felmelegszik, ami súlyos meghibásodásokkal járhat. Vagy akár a kiégett berendezés újakra cserélése is szükségessé válhat.

A túlterheléstől való maximális védelem érdekében kifejezetten az adott objektumhoz kell használni hővédő relét, amelynek működési ideje megfelel az adott elektromotor maximálisan megengedett túlterhelési értékeinek.

A gyakorlatban nem célszerű ffenültség-felügyeleti relét összeszerelni minden motortípushoz. Egytlen reléelemet használnak kúlönböző kialakítású motorok védelmére. Emellett nem lehet megbízható védelmet garantáni a teljes, minimáis és maximáis terheléssel korlátozott üzemi tartományban.

Az áramértékek növekedése nem azonnal vezet a berendezés veszélyes meghibásodási állapotához. Mielőtt a rotor és a sztátor a határhőmérsékletre melegedne, eltelik egy bizonyos idő.

Ezért nincs szűkség arra, hogy a védőberendezés minden, akár csekély áramnövekedésre is reagáljon. A relének csak azokban az esetekben kell kikapcsolnia az elektromotort, amikor fennáll a szigetelőréteg gyors kopásának veszélye.

A hővédő relék típusai

Többféle relé létezík az elektromos motorok fáziskimaradás és áram-túlterhelés elleni védelmére. Midegyikük különbözik a szerkezeti jellemzőkben, a használt MP típusában és a különböző motorokban való alkalmazásában.

TRP. Egypólusú kapcsolókészűlék kombinalt fűtőrendszerrel. Aszinkron háromfázisú elektromotorok áram-túlterhelés elleni védelmére szolgál. A TRP-t egyenáramú elektromos hálózatokban használják, amelyek alapfeszültsége normál üzemmódban nem haladja meg a 440 V-ot. Elenálló a rezgéssel és ütéssel szemben.

RTL. A kővetkező esetekben bíztošítanak védelmet a motoroknak:

• egy fázis kiesése esetén;
• áram-aszimmetria és túlterhelések esetén;
• elhúzódó indítás esetén;
• a végrehajtó mechánzimus blokkolása esetén.

Felszerelhetők KRL kapcsokkal külön a mágneskapcsolóktól, vagy közvetlenül a PML-re szerelhetők. Szabványos típusú sínekre szerelik, védettségi osztály: IP20.

RTT. Védi az aszinkron háromfázisú, rövidre zárt rotorú gépeket a mechanizmus elhúzódó indításától, a hosszan tartó túlterhelésektől és az aszimmetriától, azaz a fáziseltolódástól.

Az RTT-k használhatók alkatrészként különböző villamos hajtásvezérlő kapcsolásokban, valamint a PMA sorozatú indítókba integrálva.

TRN. Kétfázisú kapcsolók, amelyek vezérlik a villamos berendezés indítását és a motor üzemmódját. Gyakorlatilag függetlenek a külső környezet hőmérsékletétől, csak kézi érintkezővisszaállító rendszerrel rendelkeznek. Használhatók egyenáramú hálózatokban.

RTI. Elektromos kapcsolókészülékek, állandó, bár csekély villamosenergia-fogyasztással. A KMI sorozatú kontaktorokra szerelik. Biztosítékokkal/kismegszakítókkal együtt működnek.

Szilárdtest-áramrelék. Kis méretű, háromfázisú elektronikus eszközök, amelyek szerkezetében nincsenek mozgó alkatrészek.

A motor átlaghőmérsékletének kiszámításának elve alapján működnek, folyamatosan figyelve az üzemi és indítóáramot. Ellenállnak a környezeti változásoknak, ezért robbanásveszélyes zónákban használják.

RTK. Indítókapcsolók a villamos berendezés házában lévő hőmérséklet ellenőrzésére. Olyan autmatizálási kapcsolásokban használják, ahol a hőrelék alkatrészként szérelpnek.

A villamos berendezések megbízható működésének biztosítása érdekében a reléelemnek olyan tulajdonságokkal kell rendelkeznie, mint az érzékenység, a gyorsaság és a szelektivitás.

Fontos megjegyezni, hogy a fent említett készülékek egyike sem alkalmas az áramkörök rövidzárlat elleni védelmére.

A hővédő készülékek csak a vészüzemmódokat akadályozzák meg, amelyek a mechanizmus rendellenes működése vagy túlterhelés során lépnek fel.

A villamos berendezés akár a relé működésbe lépése előtt is kiéghet. A komplex védelem érdekében biztosítékokkal vagy moduláris kivitelű kompakt kismegszakítókkal kell kiegészíteni őket.

Csatlakoztatás, beállítás és jelölés

A túlterhelés kapcsolókészüléke, eltérően a villamos megszakítótól, nem szakítja meg közvetlenül a tápáramkört, hanem csak jelet ad a berendezés időleges lekapcsolására vészüzemmód esetén. Normálisan bekapcsolt érintkezője a kontaktor „stop” gombjaként működik, és soros kapcsolásban csatlakozik.

Az eszközök csatlakoztatási rajza

A relé kivitelében nem szükséges megismételni az erősáramú érintkezők összes funkcióját sikeres működés esetén, mivel az közvetlenül az MP-hez csatlakozik. Ez a kivitel lehetővé teszi az erősáramú érintkezők anyagainak jelentős megtakarítását. Sokkal könnyebb a vezérlőáramkörben kis áramot bekötni, mint azonnal három fázist nagy árammal lekapcsolni.

Sok hőrelé bekötési rajzában az objektumhoz normálisan zárt érintkezőt használnak. Ezt sorba kötik a vezérlőpult „stop” gombjával, és NC – normálisan zárt (vagy N.Z.) jelöléssel látják el.

A nyitott érintkező ilyen kapcsolásban használható a hővédelem működésbe lépésének elindítására. Azon villanymotorok bekötési rajzai, amelyekbe hővédő relé van bekötve, jelentősen eltérhetnek a további eszközök vagy technikai sajátosságok függvényében.

A szabványos egyszerű kapcsolásban a hőrelét (TR) a kisfeszültségű indító kimenetére kötik az elektromos motorhoz. A készülék kiegészítő érintkezőit kötelezően sorba kell kötni az indító tekercsével.

Ez biztosítja az elektromos berendezések túlterhelés elleni megbízható védelmét. Az áram határértékének megengedhetetlen túllépése esetén a relé elem megszakítja az áramkört, azonnal lekapcsolva az MP-t és a motort a tápfeszültségről.

A hőrelé bekötését és telepítését általában a mágneskapcsolóval együtt végzik, amely az elektromos hajtás kapcsolására és indítására szolgál. Vannak azonban olyan típusok, amelyeket DIN-sínre vagy speciális panelre szerelnek.

A reléelemek beállításának finomságai

A villanymotorok védelmi eszközeivel szemben támasztott egyik fő követelmény a készülékek egyértelmű működése a motor vészüzemmódjainak fellépésekor. Nagyon fontos, hogy helyesen válasszuk ki és állítsuk be a paramétereket, mivel a téves kioldások teljesen elfogadhatatlanok.

Az elektrotermikus relé, amely minden műszaki paraméter tekintetében optimálisan illeszkedik az adott motortípushoz, megbízható védelmet tud nyújtani a túlterhelések ellen minden fázisban, megakadályozhatja a berendezés elhúzódó indítását és megelőzheti a rotor beszorulásával járó vészhelyzeteket.

Az áramvédelmi elemek használatának előnyei közé tartozik a viszonylag nagy sebesség és a széles kioldási tartomány, valamint a kényelmes szerelhetőség. A villanymotor túlterhelés esetén történő időben történő lekapcsolásának biztosításához a hővédő relét egy speciális platformon/állványon kell beállítani.

Ebben az esetben kiküszöbölhető a névleges áramok természetes egyenetlen szórásából adódó pontatlanság az NE-ben. A védőberendezés állványon történő ellenőrzéséhez a fiktív terhelések módszerét alkalmazzák.

A termoszelvényen keresztül csökkentett feszültségű elektromos áramot vezetnek át, hogy szimulálják a valós hőterhelést. Ezután egy időzítő segítségével hibátlanul meghatározzák a pontos bekapcsolási időt.

Az alapvető paraméterek beállításakor a következő értékekre kell törekedni:

• 1,5-szeres áram esetén a készüléknek 150 másodperc után le kell kapcsolnia a motort;
• 5-6-szoros áram esetén 10 másodperc után kell lekapcsolnia a motort.

Ha a bekapcsolási idő nem felel meg a normának, a reléelemet a beállítócsavar segítségével kell beállítani.

A helyes működéshez feltétlenül be kell állítani a készüléket a motor legnagyobb megengedett áramára és a levegő hőmérsékletére.

Ezt azokban az esetekben végzik, amikor a termoelem és a motor névleges áramértékei különböznek, valamint ha a környezeti hőmérséklet több mint 10 Celsius-fokkal alacsonyabb a névlegesnél (+40 °C).

Az elektrotermikus kapcsoló bekapcsolási árama csökken a tárgy körüli hőmérséklet növekedésével, mivel a bimetálszalag felmelegedése ettől a paramétertől függ. Jelentős eltérések esetén tovább kell állítani a TR-t (termikus relét) vagy megfelelőbb termoelemet kell választani.

A hőmérsékleti értékek éles ingadozásai nagymértékben befolyásolják az áramrelé működőképességét. Ezért nagyon fontos olyan termoelemet választani, amely a valós értékek figyelembevételével hatékonyan képes ellátni az alapvető funkciókat.

A TR-t célszerű a védett elektromos berendezéssel egy helyiségben elhelyezni. Nem szabad hőgenerátorok, fűtőkemencék és más hőforrások közelébe szerelni.

A hőmérséklet-kompenzált relékre ezek a korlátozások nem vonatkoznak. A védőberendezés árambeállítását a termoelem névleges áramértékének 0,75-1,25-szörösének tartományában lehet szabályozni. A beállítást lépésenként végzik.

Először kiszámítják az E₁ korrekciót hőmérséklet-kompenzáció nélkül:

E₁=(I_nom-I_ne)/c×I_ne,

Ahol

• I_nom – a motor terhelésének névleges árama,
• I_ne – a relé munkafűtőelemének névleges árama,
• c – a skála osztásértéke, azaz az excenter (c=0,055 védett indítóknál, c=0,05 nyitott indítóknál).

A következő lépés az E₂ korrekció meghatározása a környezeti levegő hőmérsékletére:

E₂=(t_a-30)/10,

Ahol t_a (ambient temperature) – a külső környezet hőmérséklete Celsius-fokban.

Az utolsó lépés a teljes korrekció meghatározása:

E=E₁+E₂.

A teljes E korrekció lehet „+” vagy „-” előjelű. Ha az eredmény tört szám, akkor feltétlenül egészre kell kerekíteni a kisebb/nagyobb abszolút értékű oldalra, az áramterhelés jellegétől függően.

A relé beállításához az excentert az összkorrekció kapott értékére állítják. A magas kioldási hőmérséklet csökkenti a védőberendezés működésének függőségét a külső paraméterektől.

A hővédő relé lehetővé teszi a készülék kioldóáramának kézi fokozatos beállítását az elektromechanikus berendezés névleges áramának ±25%-án belül.

Ezeknek a paramétereknek a beállítása egy speciális karral történik, amelynek elmozdítása megváltoztatja a bimetál lemez kezdeti hajlítását. A kioldóáram szélesebb tartományban történő beállítása a hőelemek cseréjével történik.

A modern túlterhelésvédő kapcsolókészülékek rendelkeznek egy tesztgombbal, amely lehetővé teszi a készülék működőképességének ellenőrzését különleges próbapad nélkül. Továbbá van egy gomb az összes beállítás visszaállításához. Ezek automatikusan vagy kézzel nullázhatók. Ezenkívül a termék el van látva az elektromos készülék aktuális állapotát jelző indikátorral.

Az elektromos hőrélék jelőlése

A védőberendezéseket az elektromos motor teljesítményének nagysága alapján választják ki. A legfontosabb jellemzők nagy része a jelölésben van elrejtve.

Így néz ki a KEAZ gyár hőreléinek jelölése. Választáskor fontos figyelmet fordítani a kiválasztott modell névleges áramának értékére, hogy az elegendő legyen.

Különös figyelmet kell fordítani bizonyos pontokra:

1. Az árambeállítási értékek tartománya (zárójelben feltüntetve) a különböző gyártóknál minimálisan különbözik.
2. A konkrét kivitel típusának betűjelölései eltérhetnek.
3. A klímaváltozat gyakran tartomány formájában van megadva. Például az UHL3O4 jelölést így kell olvasni: UHL3-O4.

Ma már a készülék legkülönfélébb változatai megvásárolhatók: váltakozó- és egyenáramú relék, monostabil és bistabil berendezések, be-/kikapcsoláskor késleltetéssel rendelkező készülékek, gyorsító elemekkel ellátott hővédő relék, tartótekercs nélküli TR, egy vagy több tekercssel rendelkezők.

Ezek a paraméterek nem mindig jelennek meg a készülékek jelölésében, de az elektrotechnikai termékek műszaki adatlapján feltétlenül fel kell tüntetni.

Az elektromágneses relé felépítésével, típusaival és jelölésével a következő cikk ismerteti meg, amelyet javasolunk elolvasni.

Következtetések és hasznos vidéó a témából

Az áramrelé felépítése és működési elve az elektromos motor hatékony védelmére az RTT 32P készülék példáján keresztül:

A túlterhelés és a fáziskimaradás elleni helyes védelem az elektromos motor hosszú távú hibamentes működésének záloga. Videó arról, hogyan reagál a reléelem a mechanizmus rendellenes működése esetén:

Hogyan kell csatlakoztatni a hővédő berendezést az MP-hez, az elektrotermikus relé elvi kapcsolási rajzai:

A túlterhelés elleni hővédő relé minden villamos hajtásvezérlő rendszer kötelező funkcionális eleme. Reagál a motoron átfolyó áramra, és akkor aktiválódik, amikor az elektromechanikus berendezés hőmérséklete eléri a határértékeket. Ez lehetővé teszi a környezetbarát villanymotorok élettartamának maximális meghosszabbítását.

Kérjük, írja meg észrevételeit az alábbi blokkban. Mesélje el, hogyan választotta ki és állította be a hőrelét a saját villanymotorjához. Ossza meg hasznos információit, tegye fel kérdéseit, és helyezzen el fényképeket a cikk témájában.