Аппараты защиты для защиты электродвигателей от перегрузок

Для защиты электродвигателей от перегрузок в магнитные пускатели соответствующих типов встраивают тепловые реле серий TPH, ТРП, РТТ и РТЛ. Двухполюсные тепловые реле ТРН встраивают в магнитные пускатели ПМЕ, П6 и ПАЕ третьего габарита, имеют температурную компенсацию и поэтому мало чувствительны к колебаниям температуры окружающего воздуха. Реле ТРП однополюсные, ими комплектуются пускатели ПАЕ четвертого и выше габаритов. Реле не имеет температурной компенсации, но влияние изменений температуры воздуха сказывается нa них в небольшой степени. Трехполюсные реле РТТ и РТЛ встраивают соответственно в магнитные пускатели ПМА и ПМЛ. Оба типа тепловых реле имеют температурную компенсацию, поэтому мало чувствительны к изменениям температуры окружающей среды.
Тепловые реле серии ТРН двухполюсные с температурной компенсацией — для защиты асинхронных электродвигателей от недопустимых перегрузок.
Для всех типов тепловых реле предусматривается комплект сменных нагревателей с определенными номинальными токами. Нагреватели отличаются фиксатором (наличием и местоположением), установочными размерами и формой мест крепления, чем обеспечивается свободная (без подгонки) установка нагревателей только в реле того типа, для которого они предназначены.
Каждый нагреватель имеет маркировку (обозначает величину номинального тока теплового элемента), а у реле с несменными нагревателями номинальный ток тепловых элементов обозначается либо на корпусе реле, либо на наконечниках.
Пределы регулирования номинального тока уставки (при крайних положениях регуляторов) составляют для реле ТРН-8А и ТРН-10А (0,8... 1,25) Iн, а для реле остальных типов — (0,75... 1,3) Iн.
Тип реле и номинальный ток теплового элемента выбирают из условий, чтобы максимальный ток продолжительного режима реле (с данным тепловым элементом) был не менее номинального тока защищаемого электродвигателя, ток уставки реле был равен номинальному току электродвигателя (или несколько больше этого тока — в пределах 5%), а запас на регулировку тока уставки как в сторону его увеличения, так и в сторону уменьшения был небольшим. Ток уставки определяется из того, что каждое из 10 делений уставки (по 5 делений влево и вправо от нулевой риски) соответствует в среднем 5% номинального тока теплового элемента.
Реле токовые тепловые серии РТТ — для защиты от недопустимых перегрузок асинхронных электродвигателей. Встраиваются в магнитные пускатели ПМД соответствующих габаритов. Конструктивно представляют собой пластмассовый корпус с четырьмя ячейками, в трех из которых размещаются термоэлементы с нагревателями и выводами, а в четвертой — исполнительный механизм реле, связанный с термоэлементом подвижными планками.
Реле имеют ускоренное срабатывание при обрыве одной из фаз, температурную компенсацию, регулировку тока несрабатывания, свободное расцепление контактов при нажатии кнопки, переключающий контакт для размыкания цепи катушки контактора и включения цепи сигнализации, ручной возврат.

Рисунок 7 – Тепловое реле ТРН:
а — общий вид; б — схема теплового реле; 1 — нагреватель; 2 — биметаллическая пластинка; 3 — регулировочный винт; 4 — защелка; 5 — рычаг; 6 — пружина; 7 — кнопка возврата; 8 — подвижный контакт; 9 — неподвижный контакт; 10 — вывод нагревателя
Реле электротепловые серии РТЛ предназначены для защиты асинхронных электродвигателей от несимметричных режимов работы и симметричных перегрузок недопустимой продолжительности, имеют марки РТЛ-1000, РТЛ-2000 и РТЛ-3000 и встраиваются в магнитные пускатели ПМЛ соответствующих габаритов. Реле состоят из корпуса с крышкой, трех термоэлементов, дифференциального механизма, температурного компенсатора — регулятора уставок, механизма реле, непосредственно управляющего положением размыкающего и замыкающего контактов вспомогающей цепи, кнопки «стоп — возврат». Реле имеют температурную компенсацию и ручной возврат, время которого составляет не менее 90 с

Рисунок 8 – Тепловое реле ТРП:
а - термоэлемент; б - общий вид, в - схема проверки реле; Т1 - автотрансформатор, F - предохранитель, Т2 - трансформатор 220/12(36) В, ТР - тепловые реле, Q1 и Q2 - выключатели, ТА - трансформатор тока
Все типы реле имеют одинаковую конструкцию и различаются нагревателями, размерами корпусов и силовых зажимов. Симметричная компоновка реле позволяет расположить в средней ячейке между двумя полюсами с тепловыми элементами (находятся в крайних ячейках пластмассового корпуса) эксцентриковый регулятор тока срабатывания устройства (тока уставки) защелочный механизм срабатывания, температурный компенсатор, контактную группу с одним размыкающим контактом мостикового типа (с двойным разрывом цепи) и кнопку ручного возврата.
Тепловые элементы реле ТРН-8А (ТРН-10А) состоят из термобиметаллической пластины с закрепленным на ней несменным нагревателем, а тепловые элементы реле остальных типов — из термобиметаллической пластины с расположенным под ней сменным нагревателем, прикрепленным двумя винтами к силовым зажимам реле. Нагреватели закрывают легкоснимаемой крышкой, которая удерживается пружиной.
Схема устройства и принципа работы реле показана на рисунке 7. Реле состоит из нагревательного элемента 1, включаемого последовательно в одну из фаз цепи электродвигателя, биметаллической пластины 2, удерживающей спусковой механизм 3, нормально замкнутых контактов 4, которые включаются последовательно в цепь катушки пускателя. При увеличении тока в результате перегрузки двигателя температура нагревательного элемента возрастает. Под воздействием тепла, выделяемого нагревателем и собственного тепла термобиметаллический элемент деформируется, его левая часть, отклоняясь в сторону воздействует на размыкающие контакты и разрывает цепь питания удерживающей катушки, в результате чего пускатель отключается. По истечении времени, необходимого для остывания термобиметаллического элемента после срабатывания, происходит самовозврат размыкающих контактов в первоначальное (замкнутое) положение. Во избежание задержки или отказа самовозврата контактов тепловое реле снабжено устройством для ручного возврата контактов, состоящим из системы рычажков, управляемых кнопкой. Устанавливаемый в тепловом реле нагреватель является сменной деталью и подбирается по номинальному току защищаемого электродвигателя. Ток срабатывания реле может изменяться в определенных пределах при помощи регулятора 4 уставок тока. Пределы регулировки тока срабатывания указаны на шкале уставок тока, расположенной в верхней части реле.
Традиционная тепловая защита при помощи настроенных тепловых реле хорошо защищает электродвигатель лишь от перегрузок по току, но ненадежно – при обрыве фазы, при включении двигателя с заторможенным ротором и вовсе не реагирует на нарушение охлаждения. Температурная защита при помощи устройств встроенной температурной защиты надежно работает при нарушении охлаждения и перегрузках по току, но не защищает от потери фазы и при включении двигателя с заторможенным ротором. Другими словами, ни та, ни другая защита не обладает универсальностью.
Более универсальным при защите трехфазных электродвигателей является устройство защиты ФУЗ. Оно показано на рисунке 9.
Оно состоит из двух фазовращательных трансформаторов тока ТА, у которых первичные обмотки 1 – сменные, имеющие от 1…2 витков (для электродвигателей с номинальным током 16…32 А) до 16…32 витков (1…2 А). Вторичные обмотки трансформаторов, между средними выводами которых включена катушка защитного реле К, выведены в схему 1 контроля угла сдвига фаз между векторами напряжения U1 и U2 во вторичных обмотках трансформаторов тока и схему 2 контроля за перегрузкой. В нормальном режиме угол сдвига фаз между U1 и U2 равен около 120о, а при обрыве фаз становится равным 180о, что вызывает срабатывание реле К, контакты которого размыкают цепь магнитного пускателя.
Ток срабатывания защиты от перегрузки регулируется при помощи резистора R в предлелах от 0,65 до 1,35 Iуст.н. При надлежащей настройке эта защита срабатывает за 30…50 секунд, если перегрузка составляет 50%, и за 6…10 секунд при коротких замыканиях.

Рисунок 9 – Схема включения фазочувствительного защитного устройства ФУЗ:
1 – блок со схемой контроля угла сдвига фаз (защита от потери фаз), 2 – блок со схемой защиты от перегрузки по току, R – резистор регулирования установок, RT – позистор, встраиваемый в любую часть обмотки защищаемого электродвигателя.
Для того, чтобы обеспечить отключение электродвигателя при нарушении его охлаждения в цепь защиты включается позистор RT, размещенный в лобовой части обмотки электродвигателя.