К тепловым реле можно отнести большую группу электроприборов, предназначенных для регулировки температуры различных нагревательных приборов, контроля технологических процессов, защиты электродвигателей, аккумуляторов и других устройств с использованием различных датчиков температуры. В этой статье рассматриваем конструкции и возможности тепловых реле с биметаллическими пластинами, используемых в основном для защиты электродвигателей промышленных установок.

Принцип действия тепловых реле основан на тепловом действии тока, нагревающего биметаллическую пластину, состоящую из двух соединённых плоскими поверхностями металлических полосок с разными коэффициентами линейного расширения. При изменении температуры из-за различного линейного расширения частей, пластина изгибается. При нагревании до определённой температуры, пластина нажимает на защёлку расцепителя и под действием пружины происходит быстрое электрическое разъединение контактов.

В отличие от предохранителей и электромагнитных расцепителей, которые применяются для защиты электрооборудования от коротких замыканий, тепловые реле предназначены для защиты от перегрузки, в основном электродвигателей. Это объясняется тем, что для нагрева биметаллической пластины до температуры, при которой происходит отключение нужно значительно больше времени, чем для срабатывания предохранителя и защищаемое оборудование может выйти из строя.

По конструкции тепловые реле защиты двигателя различаются в зависимости от назначения, способа установки, рабочего тока. Реле изготавливаются и применяются как отдельные электроустановочные изделия, так и в составе пускателей или автоматических выключателей в качестве конструктивных элементов. Чаще всего это двухфазные или однофазные реле с регулировкой тока срабатывания. Изготавливаются варианты с самовозвратом после срабатывания и с ручным возвратом в исходное положе.

Биметаллическая пластинка нагревается за счёт прохождения тока по токонагревающей спирали, которая наматывается на пластину через теплостойкую изоляцию. Количество витков спирали, а также сечение провода выбирается в зависимости от величины тока, на который рассчитано тепловое реле. При больших значениях тока в качестве нагревательного элемента может использоваться и сама биметаллическая пластина, изготовленная в вида буквы U, прикреплённой концами к контактам токоведущих поверхностей. У однофазных тепловых реле ТРП-60 и ТРП-150 одна часть тока проходит через нагревательный элемент, а вторая через биметаллическую пластину. Система рычагов и пружин по конструкции, отключающих контакты тепловых реле, различается в зависимости от типа и назначения реле.

Выбор теплового реле зависит от тока, потребляемого электродвигателем. Величина изменения тока срабатывания реле с помощью регулировки небольшая, поэтому для разных электродвигателей нужно подбирать тепловые реле с подходящими термоэлементами.

При пуске электродвигателя пусковой ток примерно в 5-7 раз превышает номинальный рабочий. Но, тепловое реле не срабатывает из-за замедления на нагрев биметаллической пластинки. Поэтому тепловое реле выбирается по номинальному току нагрузки или немного больше. Рекомендуемое превышение тока срабатывания защиты составляет 5% - 20% от номинального тока электродвигателя. Лучше всего сразу выбирать комплект для конкретного электродвигателя из пускателя и теплового реле, например, по готовой таблице.

Примечания:
1. Номинальные токи указаны для случая, когда регулятор уставки тока находится в положении 0 и реле установлено открыто на панели при температуре окружающего воздуха 20 С - для реле ТРН и 40 С - для реле ТРП

2. При встройке реле ТРН в пускатель с оболочкой любого исполнения и температуре окружающего воздуха 20 С снижение номинальных токов не требуется. То же не требуется для ТРП 20-60А включительно. требуется снижение номинальных токов при температуре воздуха до 40 С для ТРП.

Настройка теплового реле необходима при изменении температурных условий эксплуатации электрооборудования, подстройки тепловой защиты для конкретного электрооборудования, а также для компенсации разброса характеристик у различных образцов изделий даже одного типа.

Большинство тепловых реле имеют два вида регулировки для установки тока срабатывания. Ближе к концу подвижной части биметаллической пластины находится регулировочный винт, который служит для того, чтобы регулировать расстояние от пластины до поверхности расцепителя, на которую этот винт нажимает для срабатывания реле. Эта регулировка недоступна пользователям без разборки. Вторая регулировка предназначена для подстройки тока срабатывания обслуживающим персоналом. Для этого используют выведенный на лицевую сторону как у реле ТРН регулировочный винт под отвёртку с эксцентриком для механического изменения изгиба. В другом варианте, как у автоматического выключателя АП-50, регулировка выполняется специальным рычажком. Возле регуляторов имеются деления для определения в процентах изменения величины тока. Величина регулировки тока срабатывания теплового реле ограничена и обычно составляет по 25% в одну или другую сторону.

При правильной настройке тока срабатывания обеспечивается защита электродвигателя трёхфазного тока от перегрузки при остановке двигателя от заклинивания ротора, при чрезмерном увеличении механической нагрузки на приводимый в движение механизм, при затяжном пуске электродвигателя. Тепловым реле обеспечивается также защита электродвигателя от перекоса или обрыва фазы по увеличению тока в оставшихся фазах. Для срабатывания тепловой защиты вполне достаточно повышения тока даже в одной из фаз, если ток проходит через нагреватель теплового реле. Поэтому достаточно надёжная защита электродвигателя от перегрузки обеспечивается одним двухфазным реле или двумя однофазными.

Настройка тока срабатывания теплового реле проводится на несложном стенде. Реле подключается через понижающий трансформатор и регулятор тока ЛАТР. Потребляемый ток измеряется амперметром. Правильно настроенное тепловое реле не должно срабатывать при значении тока I_н = 1,05, но должно срабатывать за время не больше 20 минут при токе I_н = 1,2 от номинального значения.

Время срабатывания теплового реле зависит от величины тока и температуры окружающей среды для каждого типа реле. Их значения, с учётом разброса характеристик, приводятся в специальных таблицах. Предварительно проверяемое реле прогревают номинальным током в течение 2-х часов.

Настройку и проверку реле при значительном из количестве можно производить в форсированном режиме сравнением реле, испытанным по вышеизложенному методу и принятым в качестве образца-эталона. На соединенные последовательно с образцовыми 8-10 тепловых элементов с одинаковым номинальным током подаётся 2,5-3 кратный ток уставки, и отчитывается время их срабатывания (обычно 5-8 минут). Тепловые элементы сработавшие с большим отклонением от образцового, подвергаются регулировке изменением положения регулировочного рычага до отключения реле. Эту операцию необходимо выполнить за время не более 25-30 секунд.

При особой требовательности к реле после его охлаждения (через 10-15 минут) испытание повторяют для контроля полученных результатов. Настройку реле можно считать удовлетворительной, если время срабатывания испытуемого реле будет отличаться от образцового не более чем на 10%.

Применение тепловых реле, а также их обслуживание имеет свои особенности. Схема защиты двигателя построена так, что ток электродвигателя проходит через нагреватели теплового реле, а его размыкающий контакт отключает цепь управления пускателем электродвигателя. Поэтому нужно иметь в виду, что при залипании двух или больше контактов на пускателе, реле не обеспечит отключение электродвигателя.

Тепловые реле имеют разброс по отключению, прежде всего это связано с сезонными и суточными изменениями температуры окружающего воздуха. Время срабатывания зависит от того, было ли до этого токовое реле под нагрузкой. Если реле было под нагрузкой и прогретое, то время срабатывания теплового реле уменьшается.

Срабатывание теплового реле обычно сигнализирует о наличии плохо заметной неисправности. Даже непродолжительный осмотр оборудования поможет своевременно выявить скрытые неисправности электрооборудования и предотвратит его выход из строя.

При плохом контакте происходит нагрев места соединения, и тепловое реле преждевременно срабатывает и при нормальном режиме работы защищаемого электрооборудования. Если сильно загрубить уставку теплового реле, то контакт подгорит, а тепловое реле может не сработать при увеличении тока в двух оставшихся фазах.

После срабатывания теплового реле необходимо некоторое время для остывания термоэлемента, только после этого возможно его повторное включение. Перед повторным включением очень желательно проверить на ощупь температуру электродвигателя. Если температура повышена, то нужно дать время для его остывания и проверить двигатель. Время остывания электродвигателя существенно больше, чем время необходимое для остывания и повторного включения теплового реле.

Частые включения электродвигателей не рекомендуются, если двигатель специально не предназначен для работы в таких режимах. Перед повторным включением желательно осмотреть и проверить вал электродвигателя на отсутствие заклинивания, люфтов в подшипниках. Отключив автомат электродвигателя проверить контакты пускателя на отсутствие залипания, состояние подвижной системы, затяжку электрических контактов. После включения автоматического выключателя проверить наличие напряжения на верхних контактах пускателя. При запуске электродвигателя нужно обратить внимание на отсутствие чрезмерного искрения в пусковой аппаратуре, на шумы в двигателе и приводимых в движение механизмах. Нужно проверить потребление тока в каждой фазе защищаемого двигателя по стационарным приборам или токовыми клещами.

Не редки случаи, когда из-за невнимательного осмотра оборудования или закорачивании отключающего контакта теплового реле, за короткое время на одном месте один за другим палят несколько электродвигателей.

Правила устройства электроустановок (3.1.19.) вводят ограничения на применение защиты электродвигателей, отключение которых может привести к серьёзным последствиям. Это некоторые виды сигнализации, средства пожаротушения, вентиляторы, предотвращающие образование взрывоопасных смесей и другие ответственные устройства.