Thermische relais — apparaat, werkingsprincipe, technische kenmerken
Thermische relais zijn elektrische apparaten die zijn ontworpen om elektromotoren te beschermen tegen overstroom. De meest voorkomende soorten thermische relais zijn TRP, TRN, RTL en RTT.
Het werkingsprincipe van thermische relais
De duurzaamheid van elektrische apparatuur hangt in grote mate af van de overbelasting waaraan het tijdens bedrijf wordt blootgesteld. Voor elk object is het mogelijk om de afhankelijkheid van de duur van de stroom van de grootte ervan te vinden, waar betrouwbaar en op lange termijn werking van apparatuur… Deze afhankelijkheid is weergegeven in de figuur (curve 1).
Bij nominale stroom is de toegestane duur van de stroom oneindig. Een stroom die hoger is dan de nominale waarde leidt tot een extra temperatuurstijging en extra veroudering van de isolatie. Dus hoe groter de overbelasting, hoe korter de toegestane tijd. Curve 1 in de figuur is ingesteld op basis van de vereiste levensduur van de apparatuur. Hoe korter de levensduur, hoe groter de toegestane overbelasting.
Tijdstroomkarakteristieken van het thermische relais en het beveiligde object
Bij een ideale objectbeveiliging moet de tav (I)-afhankelijkheid voor het thermische relais iets onder de objectcurve liggen.
Voor overbelastingsbeveiliging, thermische relais met bimetalen plaat.
De bimetalen plaat van het thermorelais bestaat uit twee platen, waarvan er één een hogere uitzettingscoëfficiënt heeft, de andere een kleinere. Op de plaats van hechting aan elkaar worden de platen stevig bevestigd door warmwalsen of door lassen. Als zo'n plaat stationair wordt gefixeerd en verwarmd, dan zal de plaat minder doorbuigen naar het materiaal. Dit fenomeen wordt gebruikt in thermische relais.
Invar (kleine waarde) en niet-magnetische of chroom-nikkelstaal (grote waarde) materialen worden veel gebruikt in thermische relais.
Het bimetalen element van het thermische relais kan worden verwarmd door de warmte die door de belastingsstroom in de plaat wordt gegenereerd. Heel vaak wordt het bimetaal verwarmd door een speciale verwarmer waar de belastingsstroom doorheen vloeit. De beste eigenschappen worden verkregen met gecombineerde verwarming, wanneer de plaat zowel wordt verwarmd door de warmte die wordt gegenereerd door de stroom die door het bimetaal gaat als door de warmte die wordt gegenereerd door een speciale verwarming, ook door de gestroomlijnde belastingsstroom.
Buigend werkt de bimetalen plaat met zijn vrije uiteinde op het contactsysteem van het thermische relais.
Thermisch relaisapparaat: a - gevoelig element, b - jumpercontact, 1 - contacten, 2 - veer, 3 - bimetalen plaat, 4 - knop, 5 - brug
Huidige-tijdkarakteristieken van het thermische relais
Het belangrijkste kenmerk van het thermische relais is de afhankelijkheid van de reactietijd van de belastingsstroom (stroom-tijdkarakteristiek).In het algemeen vloeit er, voordat de overbelasting begint, een stroom Io door het relais, die de plaat verwarmt tot een temperatuur qo.
Bij het controleren van de huidige-tijdkarakteristieken van thermische relais moet er rekening mee worden gehouden vanuit welke toestand (koud of oververhit) het relais wordt geactiveerd.
Bij het controleren van thermische relais moet er rekening mee worden gehouden dat de verwarmingselementen van thermische relais thermisch onstabiel zijn bij kortsluitstromen.
Selectie van thermisch relais
De nominale stroom van het thermische relais wordt geselecteerd op basis van de nominale belasting van de motor. De geselecteerde thermische relaisstroom is (1,2 - 1,3) van de nominale motorstroom (belastingsstroom), dat wil zeggen, het thermische relais wordt geactiveerd bij 20 - 30% overbelasting gedurende 20 minuten.
De verwarmingsconstante van de elektromotor is afhankelijk van de duur van de stroomoverbelasting. Bij een kortstondige overbelasting neemt alleen de motorwikkeling deel aan de verwarming en een verwarmingsconstante van 5...10 minuten. Bij langdurige overbelasting neemt de gehele massa van de elektromotor deel aan de verwarming en is de verwarming gedurende 40-60 minuten constant. Daarom wordt het gebruik van thermische relais alleen aanbevolen als de inschakeltijd langer is dan 30 minuten.
Effect van omgevingstemperatuur op werking van thermisch relais
De verwarming van de bimetalen plaat van het thermische relais is afhankelijk van de omgevingstemperatuur, dus naarmate de omgevingstemperatuur stijgt, neemt de bedrijfsstroom van het relais af.
Bij een temperatuur die sterk afwijkt van de nominale, is het noodzakelijk om ofwel een extra (soepele) regeling van het thermische relais uit te voeren, ofwel een verwarmingselement te selecteren, rekening houdend met de werkelijke omgevingstemperatuur.
Om ervoor te zorgen dat de omgevingstemperatuur minder invloed heeft op de uitschakelstroom van het thermisch relais, is het noodzakelijk om de uitschakeltemperatuur zo hoog mogelijk te kiezen.
Voor een correcte werking van de thermische beveiliging is het aanbevolen om het relais in dezelfde ruimte te plaatsen als het beveiligde object. Het relais mag niet in de buurt van geconcentreerde warmtebronnen worden geplaatst - verwarmingsovens, verwarmingssystemen, enz. Temperatuurgecompenseerde relais (TPH-serie) worden momenteel geproduceerd.
Ontwerp van thermisch relais
De doorbuiging van de bimetalen plaat is langzaam. Als het beweegbare contact rechtstreeks op de plaat is aangesloten, kan de lage snelheid van zijn beweging de boog niet doven die optreedt wanneer het circuit wordt uitgeschakeld. Daarom werkt de plaat op het contact via een versnellingsapparaat. Het meest perfecte is het «springende» contact.
In de uitgeschakelde toestand creëert de veer 1 een koppel ten opzichte van punt 0, waardoor de contacten 2 worden gesloten. De bimetalen plaat 3 buigt bij verhitting naar rechts, de positie van de veer verandert. Het creëert een moment dat 2 contacten tegelijk opent, wat zorgt voor betrouwbare boogdoving. Moderne schakelaars en starters zijn uitgerust met TRP (enkelfasig) en TRN (tweefasig) thermisch relais.
Thermische relais TRP
Eenpolige thermische stroomrelais van de TRP-serie met nominale stromen van thermische elementen van 1 tot 600 A zijn voornamelijk bedoeld voor bescherming tegen onaanvaardbare overbelastingen van driefasige asynchrone elektromotoren die werken vanuit een netwerk met een nominale spanning tot 500 V bij een frequentie van 50 en 60 Hz. TRP thermische relais voor stromen tot 150 A worden gebruikt in gelijkstroomnetwerken met een nominale spanning tot 440 V.
Thermisch relaisapparaat type TRP
De bimetalen plaat van het TRP-thermorelais heeft een gecombineerd verwarmingssysteem. De plaat wordt zowel door de verwarmer als door de doorgang van stroom door de plaat zelf verwarmd. Bij afbuiging werkt het uiteinde van de bimetalen plaat op de brugcontactbrug.
Het TRP thermisch relais maakt een soepele aanpassing van de bedrijfsstroom mogelijk binnen (± 25% van de nominale instelstroom). Deze aanpassing gebeurt met een knop die de initiële vervorming van de plaat verandert. Deze opstelling kan het aantal vereiste verwarmingsopties drastisch verminderen.
De terugkeer van het TRP-relais naar zijn oorspronkelijke positie na bediening wordt uitgevoerd door de knop. Het is ook mogelijk om zelfherstel uit te voeren nadat het bimetaal is afgekoeld.
De hoge reactietemperatuur (meer dan 200°C) vermindert de afhankelijkheid van de relaiswerking van de omgevingstemperatuur.
De instelling van het thermisch relais TRP verandert met 5% wanneer de omgevingstemperatuur verandert in KUS.
Door de hoge schok- en trillingsbestendigheid van het TRP-thermorelais kan het in de moeilijkste omstandigheden worden gebruikt.
Thermische relais RTL
Het thermische relais RTL is ontworpen om elektromotoren te beschermen tegen stroomoverbelastingen van onaanvaardbare duur. Ze bieden ook bescherming tegen asymmetrie van stromen in fasen en tegen uitval van een van de fasen. RTL elektrisch thermische relais met een stroombereik van 0,1 tot 86 A.
RTL thermische relais kunnen zowel direct op PML-starters als afzonderlijk van starters worden geïnstalleerd (in het laatste geval moeten ze worden uitgerust met KRL-klemmenblokken). Er zijn RTL-relais en KRL-klemmenblokken ontwikkeld en geproduceerd die een beschermingsgraad IP20 hebben en op een standaard rail kunnen worden geïnstalleerd.De nominale stroom van de contacten is 10 A.
PTT thermisch relais
RTT-brandstofrelais zijn ontworpen om driefasige inductiemotoren met eekhoornkooien te beschermen tegen overbelastingen van onaanvaardbare duur, inclusief die welke het gevolg zijn van het verlies van een van de fasen, evenals van fase-asymmetrie.
PTT-relais zijn bedoeld voor gebruik als componenten in regelcircuits voor elektrische aandrijvingen en voor installatie in magnetische starters PMA serie voor 660V wisselstroom met een frequentie van 50 of 60 Hz, voor 440V gelijkstroom doeleinden.