Relés tèrmics per a la protecció de sobrecàrrega dels motors: principis, selecció i aplicació
En els sistemes de control de motors, els fusibles s'utilitzen principalment per a la protecció contra curts circuits. No obstant això, no poden protegir contra el sobrecalorament causat per una sobrecàrrega prolongada, operacions freqüents d'endavant-endarrere o funcionament amb baixa tensió. Actualment, els relés tèrmics són ampliament utilitzats per a la protecció de sobrecàrrega dels motors. Un relé tèrmic és un dispositiu de protecció que funciona basant-se en l'efecte tèrmic de la corrent elèctrica i, essencialment, és un tipus de relé de corrent. Funciona generant calor a través de la corrent que flueix en el seu element calefactor, fent que una lletja bimetàlica (feta de dos metalls amb diferents coeficients d'expansió) es deformi. Quan la deformació arriba a un cert llindar, actua un mecanisme d'enllaç, obrint el circuit de control. Això desenergítza el contactador i desconnecta el circuit principal, així protegint el motor de la sobrecàrrega.
Els relés tèrmics es classifiquen segons el nombre d'elements calefactors: de dos pols i de tres pols. Els relés de tres pols es divideixen més endavant en models amb i sense protecció contra la pèrdua de fase. Les sèries comunes inclouen JR0, JR9, JR14 i JR16. La característica corrent-temps (característica amper-segon) dels relés tèrmics sol mostrar un comportament invers al temps que coincideix amb la corba d'admissió de sobrecàrrega del motor: quan la corrent de sobrecàrrega és més gran, el temps de disparada és més curt; al contrari, quan la corrent de sobrecàrrega és més petita, el temps de disparada és més llarg. Amb una selecció adequada, el relé pot disparar abans que el motor arribi al seu límit tèrmic, així s'utilitza plenament la capacitat de sobrecàrrega del motor mentre se'n pren precaució per evitar danys.
Degut a la seva petita mida, estructura simple i cost reduït, els relés tèrmics s'utilitzen extensament en aplicacions industrials per a la protecció dels motors.
I. Protecció dels motors mitjançant relés tèrmics
El tipus de connexió de les bobines de l'estator del motor determina les característiques de corrent de sobrecàrrega i pèrdua de fase, que a la vegada dicten el tipus adequat de relé tèrmic.
Connexió estel (Y)
En la connexió estel, la corrent de línia és igual a la corrent de fase. Durant la sobrecàrrega del motor, les tres corrents de fase sovint augmenten. Quan la tensió de tres fases és equilibrada i les corrents del motor són simètriques, un relé tèrmic de dos pols pot protegir eficaçment un motor de tres fases. Tanmateix, si hi ha una desigualtat severa de tensió de tres fases (per exemple, un 4% de desequilibri de tensió pot causar un 25% de desequilibri de corrent), o si ocorre un curt circuit de fase única on la corrent de fallada no passa a través de l'element calefactor, el relé de dos pols pot no proporcionar una protecció adequada. En aquests casos, s'hauria d'utilitzar un relé tèrmic de tres pols.
Connexió delta (Δ)
En funcionament normal, la corrent de línia (I) = 0,58 × corrent de fase (Iφ), i la corrent de fase Iφ = 0,58 × corrent de línia I. Quan una fase de subministrament es perd (per exemple, un fusible es fon), com es mostra en la Figura 1 (amb la fase B oberta), degut a la igualtat de l'impedància de les bobines, Ic = Ia + Ib = 1,5Iφ, i Ib = (2/3)Ic. Això mostra que la corrent de línia ja no reflecteix exactament la corrent de fase, així que utilitzar la corrent de línia per a la protecció no detecta la sobrecàrrega real de les bobines.
Quan ocorre la pèrdua de fase sota càrrega total, Ia = 0,58Ie, Ib = 1,16Ie—aquesta sobrecorrent és suficient perquè un relé tèrmic de tres pols estàndard dispare. Tanmateix, sota una càrrega del 64% de la nominal amb pèrdua de fase, Ia = 0,37Ie, Ib = 0,75Ie. La sobrecorrent deguda a la pèrdua de fase és inferior al 20%, així que un relé tèrmic de tres pols estàndard pot no disparar, encara que una fase porta un 58% més de corrent que la normal, posant en risc de cremar el motor. Per tant, per als motors connectats en delta, els relés tèrmics de tres pols estàndard no poden proporcionar una protecció efectiva; cal utilitzar relés protectors de pèrdua de fase.
Quan una bobina de l'estator es trenc (per exemple, una connexió feta entre la bobina i el terminal, com ara una apertura entre A i B, com es mostra en la Figura 2), llavors Ia = Ic = Iφ, i Ib = Iφ. Aquí, una corrent de línia és igual a la corrent de fase, tal com en el funcionament normal. En aquest cas, un relé protector de pèrdua de fase encara pot proporcionar protecció, mentre que els dispositius de protecció de pèrdua de fase que depenen de la detecció de la pèrdua de fase al costat del subministrament no funcionaran.
II. Selecció de relés tèrmics
La selecció i utilització correctes dels relés tèrmics són un tema ben conegut, però encara ocorren accidents de cremat de motors deguts a una selecció i utilització inadequades. Per tant, els principiants haurien de tenir en compte els punts següents a més de seguir les directrius estàndard:
Comprendre el model, les especificacions i les característiques del motor a protegir.
Selecció del tipus: En zones rurals amb desigualtat freqüent de tensió de tres fases, utilitzar relés tèrmics de tres pols estàndard per a motors connectats en estel, i relés protectors de pèrdua de fase per a motors connectats en delta.
Selecció de la corrent nominal: seleccionar la corrent nominal del relé tèrmic basant-se en la corrent nominal del motor, després triar la corrent nominal de l'element calefactor. L'interval ajustable de la corrent de configuració de l'element calefactor es pot trobar en taules del fabricant. Si la corrent de inici del motor és aproximadament 6 vegades la corrent nominal i el temps d'inici és inferior a 5 segons, configurar la corrent de l'element calefactor igual a la corrent nominal del motor. Per a motors amb temps d'inici més llargs, càrregues d'impacte o on no es permet l'aturada, configurar la corrent a 1,1–1,15 vegades la corrent nominal del motor.
Exemple: Un motor té una corrent nominal de 30,3 A, corrent d'inici 6 vegades la nominal, temps d'inici curt, i sense càrrega d'impacte. Models adequats inclouen JR0-40, JR0-60, o JR16-60. Utilitzant JR16-60: corrent nominal del relé 60 A, tipus de tres pols. Seleccionar un element calefactor de 32 A, ajustable a uns 30,3 A.
Selecció del cablal: utilitzar cables massa gruosos o fins afecta la dissipació de calor i, per tant, el rendiment del relé tèrmic. La mida del cable ha de seguir les instruccions del fabricant o manuals elèctrics.
Motors amb baixa capacitat de sobrecàrrega o refrigeració deficiente: configurar la corrent nominal del relé tèrmic a un 60%–80% de la corrent nominal del motor.
Mode de reinici: els relés tèrmics solen oferir modes de reinici manual i automàtic, canviants a través d'un torn d'ajust. Els fabricants solen enviar-los en mode de reinici automàtic. La elecció depèn del circuit de control. Com a regla general, encara que el relé es reinicii automàticament, el motor protegit no hauria de reiniciar-se automàticament; en cas contrari, configurar el relé a reinici manual per evitar inicis repetits en condicions de fallada i danys a l'equipament. Per exemple, en circuits de inici i atur manual utilitzant botons, el reinici automàtic és acceptable; en circuits de inici automàtic, utilitzar reinici manual.
III. Precaucions durant l'ús
Per a allargar la vida útil dels relés tèrmics i assegurar un rendiment òptim, es recomana observar el següent:
Utilitzar cables de connexió als terminals del relé amb seccions estrictament segons les especificacions.
Els relés tèrmics no poden proporcionar protecció contra curts circuits—cal instal·lar fusibles separadament. No són adequats per a motors amb temps d'inici molt llargs, operacions freqüents o cicles de dut intermitents.
Quan s'instal·len amb altres dispositius, muntar el relé tèrmic sota d'ells per evitar interferències de calor. Netejar regularment el pols i la saletat.
Després de disparar, el reinici automàtic ocorre en menys de 5 segons; el reinici manual requereix esperar 2 minuts abans de premer el botó de reinici.
Després d'una fallada de curt circuit, comprovar si l'element calefactor està deteriorat i si la lletja bimetàlica està deformada (no doblegar mai la lletja bimetàlica), però no retirar components.
Quan es substitueix un relé tèrmic, assegurar-se que el nou coincideix amb les especificacions de l'original.
Conclusió
Només seleccionant, connectant i utilitzant correctament els relés tèrmics es pot assolir una protecció efectiva de sobrecàrrega dels motors.