Thermorelais – Gerät, Funktionsprinzip, technische Eigenschaften

Thermorelais sind elektrische Geräte zum Schutz von Elektromotoren vor Überstrom. Die gebräuchlichsten Arten von Thermorelais sind TRP, TRN, RTL und RTT.

Das Funktionsprinzip von Thermorelais

Die Lebensdauer von Energieanlagen hängt in hohem Maße von den Überlastungen ab, denen sie während des Betriebs ausgesetzt sind. Für jedes Objekt ist es möglich, die Abhängigkeit der Dauer des Stromflusses von seiner Größe zu ermitteln, sofern zuverlässig und langfristig Gerätebetrieb… Diese Abhängigkeit ist in der Abbildung (Kurve 1) dargestellt.

Bei Nennstrom ist die zulässige Dauer seines Flusses unendlich. Ein über dem Nennwert liegender Stromfluss führt zu einem zusätzlichen Temperaturanstieg und einer zusätzlichen Alterung der Isolierung. Je größer die Überlastung ist, desto kürzer ist daher die zulässige Zeit. Kurve 1 in der Abbildung wird basierend auf der erforderlichen Lebensdauer der Ausrüstung festgelegt. Je kürzer die Lebensdauer, desto größere Überlastungen sind zulässig.

Zeitliche Stromeigenschaften des Thermorelais und des Schutzobjekts

Bei idealem Objektschutz sollte die tav(I)-Abhängigkeit für das Thermorelais leicht unter der Objektkurve liegen.

Zum Überlastschutz dienen Thermorelais mit Bimetallplatte.

Die Bimetallplatte des Thermorelais besteht aus zwei Platten, von denen eine einen höheren Temperaturausdehnungskoeffizienten hat, die andere einen kleineren. An der Klebestelle aneinander werden die Platten entweder durch Warmwalzen oder durch Schweißen starr fixiert. Wenn eine solche Platte ortsfest befestigt und erhitzt wird, verbiegt sich die Platte weniger stark gegenüber dem Material. Dieses Phänomen wird bei Thermorelais genutzt.

In thermischen Relais werden häufig Materialien aus Invar (kleiner Wert) und nichtmagnetischem Stahl oder Chrom-Nickel-Stahl (großer Wert) verwendet.

Das Bimetallelement des Thermorelais kann durch die durch den Laststrom in der Platte erzeugte Wärme erwärmt werden. Sehr oft wird das Bimetall durch eine spezielle Heizung erhitzt, durch die der Laststrom fließt. Die besten Eigenschaften werden mit der kombinierten Erwärmung erzielt, wenn die Platte sowohl aufgrund der Wärme, die durch den durch das Bimetall fließenden Strom erzeugt wird, als auch aufgrund der Wärme, die von einer speziellen Heizung erzeugt wird, sowie durch den stromlinienförmigen Laststrom erhitzt wird.

Beim Biegen wirkt die Bimetallplatte mit ihrem freien Ende auf das Kontaktsystem des Thermorelais.

Thermorelaisgerät: a – empfindliches Element, b – Überbrückungskontakt, 1 – Kontakte, 2 – Feder, 3 – Bimetallplatte, 4 – Taste, 5 – Brücke

Strom-Zeit-Kennlinien des Thermorelais

Das Hauptmerkmal des Thermorelais ist die Abhängigkeit der Ansprechzeit vom Laststrom (Strom-Zeit-Kennlinie).Im allgemeinen Fall fließt vor Beginn der Überlastung ein Strom Io durch das Relais, der die Platte auf eine Temperatur qo erwärmt.

Bei der Prüfung der Strom-Zeit-Kennlinien von Thermorelais muss berücksichtigt werden, ab welchem ​​Zustand (kalt oder überhitzt) das Relais anspricht.

Bei der Prüfung von Thermorelais ist zu berücksichtigen, dass die Heizelemente von Thermorelais bei Kurzschlussströmen thermisch instabil sind.

Auswahl des Thermorelais

Der Nennstrom des Thermorelais wird basierend auf der Nennlast des Motors ausgewählt. Der ausgewählte Thermorelaisstrom beträgt (1,2 – 1,3) des Motornennstroms (Laststrom), d. h. das Thermorelais wird bei 20 – 30 % Überlast für 20 Minuten aktiviert.

Die Erwärmungskonstante des Elektromotors hängt von der Dauer der Stromüberlastung ab. Bei kurzzeitiger Überlastung nimmt nur die Motorwicklung an der Erwärmung teil und die Heizdauer beträgt 5 – 10 Minuten. Bei längerer Überlastung beteiligt sich die gesamte Masse des Elektromotors an der Erwärmung und die Erwärmung bleibt 40-60 Minuten konstant. Daher empfiehlt sich der Einsatz von Thermorelais erst ab einer Einschaltzeit von mehr als 30 Minuten.

Einfluss der Umgebungstemperatur auf den Betrieb des Thermorelais

Die Erwärmung der Bimetallplatte des Thermorelais hängt von der Umgebungstemperatur ab, daher nimmt mit steigender Umgebungstemperatur der Betriebsstrom des Relais ab.

Bei einer Temperatur, die stark von der Nenntemperatur abweicht, ist entweder eine zusätzliche (sanfte) Regelung des Thermorelais erforderlich oder die Auswahl eines Heizelements unter Berücksichtigung der tatsächlichen Umgebungstemperatur.

Damit die Umgebungstemperatur einen geringeren Einfluss auf den Auslösestrom des Thermorelais hat, ist es notwendig, die Auslösetemperatur möglichst hoch zu wählen.

Für die korrekte Funktion des Thermoschutzes wird empfohlen, das Relais im selben Raum wie das zu schützende Objekt zu platzieren. Das Relais sollte nicht in der Nähe konzentrierter Wärmequellen wie Heizöfen, Heizsystemen usw. angebracht werden. Derzeit werden temperaturkompensierte Relais (Serie TPH) hergestellt.

Design des thermischen Relais

Die Auslenkung der Bimetallplatte erfolgt langsam. Wenn der bewegliche Kontakt direkt mit der Platte verbunden ist, kann die geringe Geschwindigkeit seiner Bewegung den Lichtbogen, der beim Ausschalten des Stromkreises entsteht, nicht löschen. Daher wirkt die Platte über eine Beschleunigungsvorrichtung auf den Kontakt ein. Am vollkommensten ist der „springende“ Kontakt.

Im ausgeschalteten Zustand erzeugt die Feder 1 ein Drehmoment relativ zum Punkt 0, das die Kontakte 2 schließt. Die Bimetallplatte 3 biegt sich bei Erwärmung nach rechts, die Position der Feder ändert sich. Es erzeugt einen Moment, der zwei Kontakte gleichzeitig öffnet und so für eine zuverlässige Lichtbogenlöschung sorgt. Moderne Schütze und Starter sind mit Thermorelais TRP (einphasig) und TRN (zweiphasig) ausgestattet.

Thermorelais TRP

Einpolige thermische Stromrelais der TRP-Serie mit Nennströmen von Thermoelementen von 1 bis 600 A sind hauptsächlich zum Schutz vor unzulässigen Überlastungen von Drehstrom-Asynchron-Elektromotoren vorgesehen, die an einem Netz mit einer Nennspannung von bis zu 500 V betrieben werden eine Frequenz von 50 und 60 Hz. Thermorelais TRP für Ströme bis 150 A werden in Gleichstromnetzen mit einer Nennspannung bis 440 V eingesetzt.

Thermorelaisgerät Typ TRP

Die Bimetallplatte des TRP-Thermorelais verfügt über ein kombiniertes Heizsystem. Die Platte wird sowohl durch die Heizung als auch durch den Stromfluss durch die Platte selbst erwärmt. Bei Auslenkung wirkt das Ende der Bimetallplatte auf die Jumper-Kontaktbrücke.

Das TRP-Thermorelais ermöglicht eine stufenlose Einstellung des Betriebsstroms innerhalb von (± 25 % des Nenneinstellstroms). Diese Einstellung erfolgt mit einem Knopf, der die anfängliche Verformung der Platte verändert. Dieser Aufbau kann die Anzahl der erforderlichen Heizoptionen drastisch reduzieren.

Die Rückkehr des TRP-Relais in seine Ausgangsposition nach der Betätigung erfolgt über die Taste. Es ist auch möglich, eine Selbsterholung nach dem Abkühlen des Bimetalls durchzuführen.

Die hohe Reaktionstemperatur (über 200 °C) verringert die Abhängigkeit des Relaisbetriebs von der Umgebungstemperatur.

Die Einstellung des Thermorelais TRP ändert sich um 5 %, wenn die Umgebungstemperatur auf KUS wechselt.

Die hohe Schlag- und Vibrationsfestigkeit des TRP-Thermorelais ermöglicht den Einsatz unter schwierigsten Bedingungen.

Thermorelais RTL

Das RTL-Thermorelais dient zum Schutz von Elektromotoren vor Stromüberlastungen unzulässiger Dauer. Sie bieten auch Schutz gegen Asymmetrie der Ströme in den Phasen und gegen den Ausfall einer der Phasen. Elektrische Thermorelais RTL mit einem Strombereich von 0,1 bis 86 A.

RTL-Thermorelais können sowohl direkt auf PML-Startern als auch getrennt von den Startern installiert werden (im letzteren Fall müssen sie mit KRL-Klemmenblöcken ausgestattet sein). Es wurden RTL-Relais und KRL-Reihenklemmen entwickelt und hergestellt, die über die Schutzart IP20 verfügen und auf einer Standard-Sammelschiene montiert werden können.Der Nennstrom der Kontakte beträgt 10 A.

PTT-Thermorelais

RTT-Kraftstoffrelais dienen dem Schutz von Drehstrom-Kurzschlussläufer-Induktionsmotoren vor Überlastungen von unzulässiger Dauer, einschließlich solchen, die durch den Verlust einer der Phasen sowie durch Phasenasymmetrie entstehen.

PTT-Relais sind für den Einsatz als Komponenten in Steuerkreisen elektrischer Antriebe sowie für den Einbau in elektrische Antriebe vorgesehen Magnetstarter PMA-Serie für 660-V-Wechselstrom mit einer Frequenz von 50 oder 60 Hz, für 440-V-Gleichstromzwecke.