Relés térmicos: dispositivo, principio de funcionamiento, características técnicas.
Los relés térmicos son dispositivos eléctricos diseñados para proteger motores eléctricos de sobrecorriente. Los tipos más comunes de relés térmicos son TRP, TRN, RTL y RTT.
El principio de funcionamiento de los relés térmicos.
La durabilidad de los equipos de potencia depende en gran medida de las sobrecargas a las que se ven sometidos durante su funcionamiento. Para cada objeto, es posible encontrar la dependencia de la duración del flujo de corriente en su magnitud, donde confiable y a largo plazo operación del equipo… Esta dependencia se muestra en la figura (curva 1).
A corriente nominal, la duración permisible de su flujo es infinita. Un flujo de corriente superior al nominal provoca un aumento adicional de la temperatura y un envejecimiento adicional del aislamiento. Por lo tanto, cuanto mayor sea la sobrecarga, menor será el tiempo permitido. La curva 1 de la figura se establece en función de la vida útil requerida del equipo. Cuanto más corta es su vida, mayores sobrecargas son admisibles.
Características de corriente de tiempo del relé térmico y del objeto protegido
Con una protección de objeto ideal, la dependencia de tav (I) para el relé térmico debe estar ligeramente por debajo de la curva de objeto.
Para protección de sobrecarga, relés térmicos con placa bimetálica.
La placa bimetálica del termorrelé consta de dos placas, una de las cuales tiene un coeficiente de expansión de temperatura más alto y la otra tiene uno más pequeño. En el lugar de adhesión entre sí, las placas se fijan rígidamente ya sea por laminación en caliente o por soldadura. Si dicha placa se fija estacionaria y se calienta, entonces la placa se doblará menos al material. Este fenómeno se utiliza en relés térmicos.
Los materiales de acero invar (pequeño valor) y no magnético o cromo-níquel (gran valor) se utilizan ampliamente en relés térmicos.
El elemento bimetálico del relé térmico puede ser calentado por el calor generado en la placa por la corriente de carga. Muy a menudo, el bimetal se calienta mediante un calentador especial a través del cual fluye la corriente de carga. Las mejores características se obtienen con el calentamiento combinado, cuando la placa se calienta tanto por el calor generado por la corriente que pasa por el bimetal como por el calor generado por un calentador especial, también por la corriente de carga aerodinámica.
Al doblarse, la placa bimetálica con su extremo libre actúa sobre el sistema de contacto del relé térmico.
Dispositivo de relé térmico: a — elemento sensible, b — contacto de puente, 1 — contactos, 2 — resorte, 3 — placa bimetálica, 4 — botón, 5 — puente
Características tiempo-corriente del relé térmico
La principal característica del relé térmico es la dependencia del tiempo de respuesta de la corriente de carga (característica corriente-tiempo).En el caso general, antes de que comience la sobrecarga, fluye una corriente Io a través del relé, que calienta la placa a una temperatura qo.
Al verificar las características de tiempo de corriente de los relés térmicos, se debe tener en cuenta desde qué estado (frío o sobrecalentado) se activa el relé.
Al verificar los relés térmicos, se debe tener en cuenta que los elementos calefactores de los relés térmicos son térmicamente inestables en corrientes de cortocircuito.
Selección de relé térmico
La corriente nominal del relé térmico se selecciona en función de la carga nominal del motor. La corriente del relé térmico seleccionado es (1,2 — 1,3) de la corriente nominal del motor (corriente de carga), es decir, el relé térmico se activa al 20 — 30 % de sobrecarga durante 20 minutos.
La constante de calentamiento del motor eléctrico depende de la duración de la sobrecarga de corriente. En el caso de una sobrecarga a corto plazo, solo el devanado del motor participa en el calentamiento y una constante de calentamiento de 5 a 10 minutos. En caso de sobrecarga prolongada, toda la masa del motor eléctrico participa en el calentamiento y el calentamiento es constante durante 40-60 minutos. Por tanto, sólo se recomienda el uso de relés térmicos cuando el tiempo de encendido sea superior a 30 minutos.
Efecto de la temperatura ambiente en el funcionamiento del relé térmico
El calentamiento de la placa bimetálica del relé térmico depende de la temperatura ambiente, por lo tanto, a medida que aumenta la temperatura ambiente, disminuye la corriente de operación del relé.
A una temperatura muy diferente de la nominal, es necesario realizar una regulación adicional (suave) del relé térmico o seleccionar un elemento calefactor, teniendo en cuenta la temperatura ambiente real.
Para que la temperatura ambiente tenga menos influencia en la corriente de disparo del relé térmico, es necesario seleccionar la temperatura de disparo lo más alta posible.
Para el correcto funcionamiento de la protección térmica, se recomienda colocar el relé en la misma habitación que el objeto protegido. El relé no debe ubicarse cerca de fuentes concentradas de calor: hornos de calefacción, sistemas de calefacción, etc. Actualmente se están fabricando relés compensados por temperatura (serie TPH).
Diseño de relé térmico
La deflexión de la placa bimetálica es lenta. Si el contacto móvil está conectado directamente a la placa, la baja velocidad de su movimiento no podrá extinguir el arco que se produce cuando se apaga el circuito. Por tanto, la placa actúa sobre el contacto a través de un dispositivo acelerador. El más perfecto es el contacto de «salto».
En el estado apagado, el resorte 1 crea un par en relación con el punto 0, que cierra los contactos 2. La placa bimetálica 3 se dobla hacia la derecha cuando se calienta, la posición del resorte cambia. Crea un momento que abre 2 contactos a la vez, proporcionando una extinción de arco confiable. Los contactores y arrancadores modernos están equipados con relés térmicos TRP (monofásico) y TRN (bifásico).
Relés térmicos TRP
Los relés de corriente térmica unipolares de la serie TRP con corrientes nominales de elementos térmicos de 1 a 600 A están destinados principalmente a la protección contra sobrecargas inaceptables de motores eléctricos asíncronos trifásicos que funcionan desde una red con una tensión nominal de hasta 500 V en una frecuencia de 50 y 60 Hz. Los relés térmicos TRP para corrientes de hasta 150 A se utilizan en redes de CC con una tensión nominal de hasta 440 V.
Dispositivo de relé térmico tipo TRP
La placa bimetálica del termorrelé TRP tiene un sistema de calentamiento combinado. La placa se calienta tanto por el calentador como por el paso de corriente a través de la propia placa. Cuando se desvía, el extremo de la placa bimetálica actúa sobre el puente de contacto del puente.
El relé térmico TRP permite un ajuste suave de la corriente de funcionamiento dentro de (± 25% de la corriente de ajuste nominal). Este ajuste se realiza con una perilla que cambia la deformación inicial de la placa. Esta configuración puede reducir drásticamente la cantidad de opciones de calentador requeridas.
El retorno del relé TRP a su posición inicial después de la operación se realiza mediante el botón. También es posible realizar la auto-recuperación después de que el bimetal se haya enfriado.
La alta temperatura de reacción (superior a 200 °C) reduce la dependencia del funcionamiento del relé con respecto a la temperatura ambiente.
El ajuste del relé térmico TRP cambia en un 5 % cuando la temperatura ambiente cambia a KUS.
La alta resistencia a impactos y vibraciones del termorrelé TRP permite su uso en las condiciones más difíciles.
Relés térmicos RTL
El relé térmico RTL está diseñado para proteger motores eléctricos de sobrecargas de corriente de duración inaceptable. También brindan protección contra la asimetría de corrientes en las fases y contra la falla de una de las fases. Relés térmicos eléctricos RTL con un rango de corriente de 0,1 a 86 A.
Los relés térmicos RTL se pueden instalar tanto directamente en los arrancadores PML como por separado de los arrancadores (en este último caso, deben estar equipados con bloques de terminales KRL). Se han desarrollado y fabricado relés RTL y regletas KRL que tienen un grado de protección IP20 y pueden instalarse en un embarrado estándar.La corriente nominal de los contactos es de 10 A.
Relé térmico PTT
Los relés de combustible RTT están diseñados para proteger los motores de inducción jaula de ardilla trifásicos de sobrecargas de duración inaceptable, incluidas las resultantes de la pérdida de una de las fases, así como de la asimetría de fase.
Los relés PTT están destinados para su uso como componentes en circuitos de control de accionamiento eléctrico, así como para su instalación en arrancadores magnéticos Serie PMA para corriente alterna de 660V con una frecuencia de 50 o 60 Hz, para propósitos de corriente continua de 440V.