Jak vybrat tepelný relé pro ochranu motoru

Termální relé pro ochranu motoru před přetížením: principy, výběr a aplikace

V systémech řízení motorů jsou pojistky primárně používány pro ochranu před krátkým obvodem. Nicméně, nemohou chránit před přehřátím způsobeným dlouhodobým přetížením, častým přepínáním směru otáčení nebo provozem při nízkém napětí. V současné době jsou široce používána termální relé pro ochranu motoru před přetížením. Termální relé je ochranné zařízení, které funguje na základě tepelného efektu elektrického proudu a ve své podstatě je to typ proudu relé. Funguje tak, že generuje teplo průchodem proudu svým ohřívacím prvkem, což způsobí deformaci bimetrické pásky (vyráběné ze dvou kovů s různými koeficienty teplotní roztažnosti). Když deformace dosáhne určité hranice, aktivuje spojovací mechanismus, otevírá kontrolní obvod. Tímto se deenergizuje kontaktor a odpojí hlavní obvod, což chrání motor před přetížením.

Termální relé se dělí podle počtu ohřívacích prvků: dvoupólové a třípólové typy. Třípólová relé jsou dále rozdělena na modely s a bez ochrany před ztrátou fáze. Běžné série zahrnují JR0, JR9, JR14 a JR16. Charakteristika proud-čas (ampersekundová charakteristika) termálních relé obvykle ukazuje inverzní chování, které odpovídá povolenému přetížení motoru: čím větší přetížení proudu, tím kratší doba spouštění; naopak, čím menší přetížení proudu, tím delší doba spouštění. Správným výběrem lze zajistit, aby relé spustilo před dosažením termální hranice motoru, tedy plně využít přetížení motoru, zatímco zabránit jeho poškození.

Díky své malé velikosti, jednoduché konstrukci a nízké ceně jsou termální relé široce používána v průmyslových aplikacích pro ochranu motorů.

I. Ochrana motorů pomocí termálních relé

Typ spojení statorových vinutí motoru určuje charakteristiky přetížení a ztráty fáze, což dále určuje vhodný typ termálního relé.

Hvězdicové (Y) spojení statorových vinutí

Při hvězdicovém spojení se lineární proud rovná fázovému proudu. Při přetížení motoru obvykle vzrůstají všechny tři fázové proudy. Pokud je třífázové napětí vyrovnané a motory mají symetrické proudy, může dvoupólové termální relé efektivně chránit třífázový motor. Pokud je však třífázové napětí silně nerovnoměrné (např. 4% nerovnováha napětí může způsobit až 25% nerovnováhu proudu), nebo pokud dojde k jednofázovému krátkému obvodu, kde vadný proud neprojde ohřívacím prvkem, dvoupólové relé může selhat v poskytnutí dostatečné ochrany. V takových případech by se mělo použít třípólové termální relé.

Trojúhelníkové (Δ) spojení statorových vinutí

Během normálního provozu platí, že lineární proud (I) = 0,58 × fázový proud (Iφ), a fázový proud Iφ = 0,58 × lineární proud I. Pokud je ztracen jeden zásobovací fáz (např. jeden pojistka praskne), jak je znázorněno na obrázku 1 (s otevřenou fází B), kvůli stejnému impedanci vinutí platí, že Ic = Ia + Ib = 1,5Iφ, a Ib = (2/3)Ic. To ukazuje, že lineární proud již nedokládá fázový proud, takže použití lineárního proudu pro ochranu selže v detekci skutečného přetížení vinutí.

Pokud dojde k ztrátě fáze při plném zatížení, Ia = 0,58Ie, Ib = 1,16Ie—tento přetížení proudu je dostatečné pro standardní třípólové termální relé, aby spustilo. Avšak při 64 % nominálního zatížení s ztrátou fáze, Ia = 0,37Ie, Ib = 0,75Ie. Přetížení proudu způsobené ztrátou fáze je nižší než 20%, takže standardní třípólové relé může nespustit, i když jedna fáze nese 58 % více než její normální proud, což může vést k opálení motoru. Proto pro trojúhelníkově spojené motory standardní třípólové termální relé nemohou poskytnout efektivní ochranu; musí se použít relé s ochranou před ztrátou fáze.

Pokud dojde k poruše jednoho statorového vinutí (např. uvolnění spojení mezi vedením vinutí a terminálem, jako je otevření mezi A a B, jak je znázorněno na obrázku 2), pak Ia = Ic = Iφ, a Ib = Iφ. Zde je jeden lineární proud roven fázovému proudu, stejně jako během normálního provozu. V tomto případě může relé s ochranou před ztrátou fáze stále poskytnout ochranu, zatímco ochranná zařízení, která spoléhají na detekci ztráty fáze na straně zásobování, selžou v funkci.

II. Výběr termálních relé

Správný výběr a použití termálních relé je známým tématem, ale přesto se stále často vyskytují nehody s opálením motoru z důvodu nesprávného výběru a použití. Proto by začátečníci měli kromě sledování standardních pokynů upozornit na následující body:

• Porozumět modelu, specifikacím a charakteristikám motoru, který má být chráněn.

• Výběr typu: V venkovských oblastech s častou nerovnovahou třífázového napětí použijte standardní třípólové termální relé pro motory s hvězdicovým spojením a relé s ochranou před ztrátou fáze pro motory s trojúhelníkovým spojením.

• Výběr nominálního proudu: Nominální proud termálního relé vyberte na základě nominálního proudu motoru, poté vyberte nominální proud ohřívacího prvku. Upravitelný rozsah nastavení proudu ohřívacího prvku lze najít v tabulkách výrobce. Pokud je startovací proud motoru asi 6krát nominální proud a startovací doba je do 5 sekund, nastavte proud ohřívacího prvku roven nominálnímu proudu motoru. Pro motory s delší startovací dobou, dynamickými zatíženími nebo kde není dovoleno vypnutí, nastavte proud na 1,1–1,15krát nominální proud motoru.

• Příklad: Motor má nominální proud 30,3 A, startovací proud 6krát nominální, krátkou startovací dobu a žádné dynamické zatížení. Vhodné modely zahrnují JR0-40, JR0-60 nebo JR16-60. Použití JR16-60: nominální proud relé je 60 A, třípólový typ. Vyberte ohřívací prvek 32 A, upravitelný na okolo 30,3 A.

• Výběr spojovacího drátu: Použití příliš tlustých nebo tenkých drátů ovlivňuje tepelné odvádění a tedy výkon termálního relé. Velikost drátu by měla odpovídat instrukcím výrobce nebo elektrotechnickým ručičkám.

• Motory s nízkou schopností přetížení nebo špatným chlazením: Nastavte nominální proud termálního relé na 60 %–80 % nominálního proudu motoru.

• Režim resetování: Termální relé obvykle nabízejí jak manuální, tak automatický režim resetování, který lze přepnout pomocí nastavovacího šroubu. Výrobci obvykle dodávají relé v automatickém režimu resetování. Volba závisí na řídicím obvodu. Obecně platí, že i když relé automaticky resetuje, chráněný motor by neměl automaticky restartovat—jinak nastavte relé na manuální resetování, aby se zabránilo opakovanému startu za výkonových podmínek a poškození zařízení. Například v manuálních start-stop obvodech s tlačítky je automatické resetování přijatelné; v automatických startovacích obvodech použijte manuální resetování.

III. Předběžné opatrnosti při použití

Pro prodloužení životnosti termálních relé a zajištění optimálního výkonu dodržte následující:

• Používejte spojovací dráty na terminálech relé s průřezem striktně podle specifikací.

• Termální relé nemohou poskytnout ochranu před krátkým obvodem—samostatně musí být instalovány pojistky. Nejsou vhodné pro motory s velmi dlouhou startovací dobou, častým provozem nebo intermitentním cyklem.

• Při instalaci s jinými zařízeními umístěte termální relé pod nimi, abyste zabránili tepelnému zasahování. Pravidelně čistěte prach a saz.

• Po spuštění automatické resetování proběhne do 5 sekund; manuální resetování vyžaduje čekání 2 minuty před stisknutím tlačítka resetování.

• Po výpadku krátkého obvodu zkontrolujte ohřívací prvek na poškození a bimetrickou pásku na deformaci (nikdy neohněte bimetrickou pásku), ale neodebírejte komponenty.

• Při výměně termálního relé ujistěte se, že nové relé odpovídá původním specifikacím.

Závěr

Jen správným výběrem, správným zapojením a vhodným použitím termálních relé lze dosáhnout efektivní ochrany motorů před přetížením.