Трехфазное тепловое реле (ТР) – это электромеханическое или электронное устройство защиты, предназначенное для отключения трехфазного асинхронного электродвигателя при возникновении недопустимых перегрузок по току, а также при обрыве одной или двух фаз (неполнофазном режиме). Его основная функция – защита обмоток статора от перегрева и теплового разрушения изоляции, что напрямую влияет на срок службы электропривода. Тепловые реле не предназначены для защиты от коротких замыканий, для этой цели в цепь последовательно устанавливаются автоматические выключатели или предохранители.
Наиболее распространенным типом является электромеханическое реле на основе биметаллической пластины. Конструктивно оно включает в себя следующие ключевые элементы:
Принцип действия основан на тепловом моделировании нагрева двигателя. При длительном превышении тока над установленным значением биметаллические пластины, нагреваясь, изгибаются и через толкатель воздействуют на механизм расцепителя. Это приводит к переключению контактов управления и разрыву цепи катушки пускателя. Время срабатывания обратно зависит от величины перегрузки: чем больше ток, тем быстрее срабатывает реле. После остывания пластин реле можно вернуть в исходное состояние.
Современная альтернатива биметаллическим устройствам. В них отсутствуют подвижные механические элементы, связанные с нагревом. Принцип действия основан на постоянном измерении тока в каждой фазе с помощью трансформаторов тока (ТТ) или датчиков Холла и его цифровой обработке микропроцессором.
Электронные реле обеспечивают более высокую точность, повторяемость, имеют широкий диапазон регулировок и дополнительные функции диагностики.
Выбор трехфазного теплового реле осуществляется на основе параметров защищаемого электродвигателя и условий эксплуатации.
| Параметр | Описание | Типичные значения/примеры |
|---|---|---|
| Номинальный ток нагревательного элемента (Iн) | Максимальный длительный ток, который реле может пропускать без срабатывания при номинальной температуре. Должен соответствовать току защищаемого оборудования. | Диапазон от 0.1 до 630 А и более. Выбирается в зависимости от номинального тока двигателя (Iдв). |
| Уставка тока срабатывания (Iуст) | Регулируемый ток, при котором реле сработает за время, определяемое времятоковой характеристикой. Обычно регулируется в пределах ±25% от Iн. | Устанавливается равным номинальному току двигателя, указанному на его шильдике. |
| Времятоковая характеристика (класс срабатывания) | Определяет время срабатывания реле в зависимости от кратности перегрузки. Ключевой параметр для обеспечения запуска двигателя. | Класс 10А: срабатывание при 7.2*Iн за 2-10 сек (для легких пусков). Класс 10: срабатывание за 2-10 сек (стандарт). Класс 20: срабатывание за 4-20 сек (для тяжелых пусков). Класс 30: срабатывание за 6-30 сек (для особо тяжелых пусков). |
| Напряжение управления | Напряжение вспомогательной цепи, в которую включаются контакты реле. | ~24В, ~110В, ~220В, ~380В; =24В, =110В и др. |
| Количество и тип контактов | Контакты для отключения пускателя (NC) и для сигнализации (NO). | 1НО + 1НЗ (стандартно), 2НЗ, 2НО+2НЗ и др. |
| Степень защиты (IP) | Определяет защиту от проникновения пыли и влаги. | IP00 (для установки в шкаф), IP20, IP40. |
| Температурная компенсация | Диапазон температур окружающей среды, в котором уставка реле остается стабильной. | Обычно от -20°C до +60°C. |
| Функция защиты от обрыва фазы | Наличие и чувствительность функции. В биметаллических реле реализуется за счет дифференциального механизма. | Обязательная функция. Срабатывание при перекосе фаз более 30-50%. |
| Критерий | Биметаллическое реле | Электронное (микропроцессорное) реле |
|---|---|---|
| Принцип действия | Тепловой нагрев биметалла | Цифровое моделирование теплового процесса |
| Точность и повторяемость | Средняя, зависит от температуры среды, «усталости» металла | Высокая, стабильная |
| Диапазон регулировок | Ограничен (в основном Iуст) | Широкий (Iуст, класс, время пуска, пороги асимметрии) |
| Защита от обрыва фазы | Есть, но менее чувствительная | Есть, с точной настройкой порога |
| Индикация и диагностика | Минимальная (флажок срабатывания) | Ток по фазам, причина срабатывания, предупреждения |
| Интеграция в АСУ | Нет | Да, через цифровые интерфейсы |
| Стойкость к вибрации | Ниже (механическая система) | Выше |
| Цена | Ниже | Выше |
| Требование питания | Не требуется (автономное) | Требуется вспомогательное питание (не всегда) |
Тепловое реле всегда устанавливается после контактора магнитного пускателя и перед электродвигателем. Его силовые контакты (клеммы 1L1-2T1, 3L2-4T2, 5L3-6T3) включены последовательно в разрыв каждой из трех фаз. Нормально замкнутый (NC) контакт (обозначаемый, как правило, 95-96) включается в цепь управления катушки пускателя последовательно с кнопкой «Стоп». При срабатывании реле этот контакт размыкается, разрывая цепь катушки и отключая пускатель.
Важные правила монтажа:
Настройка заключается в установке регулятора уставки тока на значение, равное номинальному току двигателя (Iдв). Для электронных реле дополнительно настраиваются: класс срабатывания, время пуска (допустимое время разгона без срабатывания), уровень защиты от дисбаланса фаз.
В процессе эксплуатации необходимо периодически проверять:
После аварийного отключения повторное включение возможно только после полного остывания тепловой модели двигателя (индикатор на реле). Причину перегрузки необходимо устранить.
Автоматический выключатель (АВ) предназначен для защиты кабельной линии от перегрузок и КЗ. Его тепловой расцепитель калибруется на номинальный ток кабеля. Тепловое реле специализировано для защиты двигателя: его времятоковая характеристика точно повторяет кривую нагрева электродвигателя, позволяя пропускать пусковые токи, и обеспечивает защиту от обрыва фазы, что АВ делает менее эффективно. В схемах управления двигателем они используются совместно: АВ защищает линию и обеспечивает защиту от КЗ, а ТР – от перегрузок.
Класс определяет время срабатывания при 7.2-кратной перегрузке (условно – пусковом токе).
Для защиты однофазного двигателя следует использовать специальное однофазное реле. Использование трехфазного неэффективно, так как ток будет протекать только через один полюс, и защита от дисбаланса фаз окажется бесполезной. Для защиты осветительных или нагревательных цепей применение ТР нецелесообразно, так как их нагрузка не имеет пусковых бросков тока. Здесь применяются автоматические выключатели.
Функция «Test» имитирует условие перегрузки и проверяет исправность логики обработки и выходного контакта реле без подачи реального тока. Это проверка именно электронной части. Механическую часть биметаллического реле таким способом не проверить. Проверку работоспособности всей цепи защиты (пускатель + реле) рекомендуется проводить по графику планово-предупредительного ремонта (ППР), но не реже 1 раза в 6-12 месяцев, а также после каждого серьезного срабатывания. Полную характеристику срабатывания с измерением времени при различных перегрузках проводят на специальных стендах.
Трехфазное тепловое реле остается критически важным и востребованным элементом в схемах управления асинхронными электродвигателями. Несмотря на рост популярности частотных преобразователей, имеющих встроенные защиты, применение реле в паре с магнитными пускателями в простых и надежных схемах массово распространено. Правильный выбор типа реле (биметаллическое или электронное), его номинальных параметров и класса срабатывания, грамотный монтаж и настройка под конкретный двигатель и условия его пуска – обязательные условия для обеспечения долговечной и безотказной работы электропривода. Современный тренд смещается в сторону цифровых устройств, которые благодаря своей гибкости, точности и диагностическим возможностям позволяют реализовать более качественную защиту и снизить риски дорогостоящих простоев из-за выхода из строя электродвигателя.