Ремонт теплового реле

Регулировка и настройка тепловых реле и расцепителей автоматических выключателей

Основным средством защиты электроприводов от перегрузок в настоящее время являются тепловые реле, а также автоматические выключатели с тепловыми расцепителями. Наибольшее распространение получили двухполюсные реле типа ТРН и ТРП, а также трехполюсные — РТЛ, РТТ. Последние имеют улучшенные характеристики и обеспечивают защиту от несимметричных режимов.

При 20 % перегрузке тепловое реле должно отключать электродвигатель за время не более 20 мин, а при двукратной перегрузке – примерно за 2 мин. Однако это требование часто не выполняется по той причине, что номинальный ток нагревательного элемента теплового реле не соответствует номинальному току защищаемого электродвигателя. На работу тепловых реле существенное влияние оказывает температура окружающей среды.

Основным параметром тепловых реле является время-токовая защитная характеристика, т. е. зависимость времени срабатывания от величины перегрузки.

Первая из них – для реле, находящегося в холодном состоянии (разогрев током начинается, когда реле имеет температуру, равную температуре окружающей среды), и вторая – для реле, находящегося в горячем состоянии (режим перегрузки наступает после работы реле в течение 30 – 40 мин под номинальным током).

Рис. 1. Защитные характеристики теплового реле: 1 – зона срабатывания из холодного состояния, 2 – зона срабатывания из горячего состояния

Для обеспечения надежного и своевременного отключения электродвигателя при перегрузке тепловое реле должно настраиваться на специальном стенде. При этом исключается ошибка из-за естественного разброса номинальных токов заводских нагревательных элементов.

При проверке и настройке тепловой защиты на стенде используется так называемый метод фиктивных нагрузок. Через нагревательный элемент пропускают ток пониженного напряжения, имитируя таким образом реальную нагрузку, и по секундомеру определяют время срабатывания. В процессе настройки необходимо стремиться к тому, чтобы 5. 6-кратный ток отключался через 9 – 10 с, а 1,5-кратный через 150 с (при холодном состоянии нагревателя).

Для настройки тепловых реле можно использовать серийно выпускавшиеся cпециализированные стенды.

На рис. 2 показана схема такого устройства. Приспособление состоит из маломощного нагрузочного трансформатора TV2, к вторичной обмотке которого подключается нагревательный элемент теплового реле КК, а напряжение первичной обмотки плавно регулируется автотрансформатором TV1 (например ЛАТР-2). Ток нагрузки контролируется амперметром РА, включенным во вторичную цепь через трансформатор тока.

Рис. 2. Принципиальная схема установки для проверки и настройки тепловых реле

Тепловое реле проверяют следующим образом. Ручку автотрансформатора устанавливают в нулевое положение и подают напряжение, затем поворотом ручки устанавливают ток нагрузки I = 1,5 I ном и секундомером контролируют время срабатывания реле (в момент погасания лампы HL). Операцию повторяют для остальных нагревательных элементов реле.

Если время срабатывания хотя бы одного из них не соответствует норме, тепловое реле следует отрегулировать. Регулировка производится специальным регулировочным винтом. При этом добиваются, чтобы при токе I = 1,5 I ном время срабатывания составляло 145 – 150 с.

Отрегулированное тепловое реле следует настроить на номинальный ток двигателя и температуру окружающей среды. Это делают в том случае, когда номинальный ток нагревательного элемента отличается от номинального тока электродвигателя (на практике в основном так и бывает) и когда температура окружающего воздуха ниже номинальной ( + 40° С) более чем на 10° С. Токовую уставку реле можно регулировать в пределах 0,75 – 1,25 номинального тока нагревателя. Настройка производится в следующей последовательности.

1. Определяют поправку (E1) реле на номинальный ток двигателя без температурной компенсации ±Е1 = ( I ном- I о)/С I о,

где Iном – номинальный ток двигателя, I о – ток нулевой уставки реле, С — цена деления эксцентрика (С = 0,05 для открытых пускателей и С = 0,055 для защищенных).

2. Определяют поправку на температуру окружающей среды E2=(t – 30)/10,

где t — температура окружающей среды, °С.

3. Определяют суммарную поправку ±Е=(±Е1) + (-Е2).

При дробной величине Е ее следует округлить до целого в большую или меньшую сторону в зависимости от характера нагрузки.

4. На полученное значение поправки переводят эксцентрик теплового реле.

Тщательно отрегулированные тепловые реле типа ТРН и ТРП имеют защитные характеристики, мало отличающиеся от средних. Однако такие реле не обеспечивают защиту электродвигателя в случае заклинивания, а также электродвигателей, не запустившихся при обрыве фазы.

Помимо магнитных пускателей c тепловыми реле в электроприводах для нечастых пусков их и защиты электрических цепей от коротких замыканий используются автоматические выключатели. При наличии комбинированных расцепителей такие аппараты защищают электроприемники также от перегрузки. Характерные параметры автоматических выключателей: минимальный ток срабатывания – (1,1. 1,6) I ном, уставка электромагнитного расцепителя – (3 – 15) I ном, время срабатывания при токе I = 16 I ном – менее 1 с.

Испытание тепловых элементов расцепителей автоматов проводят аналогично проверке тепловых реле. Испытание выполняется током 2 I ном при температуре окружающей среды +25° С. Время срабатывания элемента (35 – 100 с) должно находиться в пределах, указанных в заводской документации или найденных по защитной характеристике каждого автомата. Настройка тепловых элементов заключается в установке при помощи винтов биметаллических пластинок на одинаковое время срабатывания при одинаковом токе.

Для проверки электромагнитного расцепителя автоматического выключателя через него от нагрузочного устройства пропускают ток на 15% меньше тока уставки (тока отсечки). Затем плавно увеличивают испытательный ток до отключения аппарата. При этом максимальное значение тока срабатывания не должно превышать ток уставки электромагнитного расцепителя более чем на 15 %. Испытание проводится не более 5 с во избежание недопустимого перегрева контактов выключателя.

Для проверки расцепителя минимального напряжения на зажимы автоматического выключателя подают напряжение U = 0,8Uном и включают аппарат, затем напряжение плавно понижают до момента срабатывания Uc = (0,35 – 0,7)Uном.

В последнее время в промышленности стали использовать полупроводниковые аппараты защиты и управления. Вместо обычных магнитных пускателей, например, применяют специальные тиристорные блоки. Техническое обслуживание таких устройств заключается в периодических внешних осмотрах и проверке работоспособности.

Назначение и устройство тепловых реле

Тепловые реле работают в цепях переменного и постоянного тока. Их используют как самостоятельно, так и в составе магнитных пускателей. На рисунке 8, а показан принцип действия теплового реле, которое состоит из нагревательного элемента 1, выполненного из материала с большим сопротивлением (нихром, фехраль) и включенного в цепь нагрузки (электродвигателя), биметаллической пластины 2, размыкающих контактов 3, включенных последовательно в цепь управления электродвигателем и кнопки 4 возвра­та контактов во включенное положение.

Действие основано на деформации биметаллической пластины вследствие; теплового воздействия на нее нагревательного элемента, по которому проходит рабочий ток Iн. Время срабатывания реле зависит от величины тока, протекающего по нагревательному элементу. В этом реле применен косвенный метод нагрева биметаллической пластины, изгибающейся вследствие разных коэффициентов расширения применяемых металлов (рисунок 8, г). Биметаллическая пластина может также нагреваться и прямым способом путем пропускания через нее тока нагрузки (рисунок 8, в). В некоторых реле используют сочетание прямого и косвенного нагревов биметаллической пластины.

Реле изготовляют одно-, двух- и трехфазного исполнения (типов РТ, ТРВ, ТРА, ТРН, ТРП и РТЛ) на различные токи от 0,5 до 600 А. Номинальный ток каждого теплового реле является его максимально допустимым током, а сменные тепловые элементы позволяют получить для каждого типоразмера реле от 4 до 12 номинальных токов уставки. При этом для каждого теплового элемента его ток уставки может изменяться (уменьшаться) специальным регулятором на передней панели реле до 30% от номинального значения, а некоторые типы реле (ТРН) имеют предел регулирования от 0,75 до 1,25Iн.

На рисунке 8, б показана конструктивная схема современного трехполюсного теплового реле серии РТЛ, предназначенных для индивидуальной защиты (1—200 А) трехфазных асинхронных электродвигателей (или пристройки к магнитным пускателям серии ПМЛ), Реле работает следующим образом. Ток, протекающий по термоэлементам 1, изгибает биметаллические пластины 2, связанные с рейками дифференциала 3, которые перемещаются в направлении стрелки. Кулачок 9 поворачивается и своим выступом 8 приводит в движение компенсационную пластину 7; при перегрузке упор защелки 4 выскальзывает, а держатель подвижных контактов 5 перемещается под действием пружины 6. Контакты 11 размыкаются, а контакты 10 замыкаются. В отличие от других типов реле, в серии РТЛ предусмотрены температурная компенсация, механизм ускоренного срабатывания при обрыве фаз, дополнительные замыкающие контакты (кроме размыкающих, имеющихся во всех тепловых реле).

Для защиты электродвигателей от перегрузок в магнитные пускатели соответствующих типов встраивают тепловые реле серий TPH, ТРП, РТТ и РТЛ. Двухполюсные тепловые реле ТРИ встраивают в магнитные пускатели ПМЕ, П6 и ПАЕ третьего габарита, имеют температурную компенсацию и поэтому мало чувствительны к колебаниям температуры окружающего воздуха. Реле ТРП однополюсные, ими комплектуются пускатели ПАЕ четвертого и выше габаритов. Реле не имеет температурной компенсации, но влияние изменений температуры воздуха сказывается на них в небольшой степени. Трехполюсные реле РТТ и РТЛ встраивают соответственно в магнитные пускатели ПМА и ПМЛ. Оба типа тепловых реле имеют температурную компенсацию, поэтому мало чувствительны к изменениям температуры окружающей среды. Тепловые реле серии ТРН двухполюсные с температурной компенсацией — для защиты асинхронных электродвигателей от недопустимых перегрузок. Выпускаются только в открытом исполнении. Все типы реле имеют одинаковую конструкцию и различаются нагревателями, размерами корпусов и силовых зажимов. Симметричная компоновка реле позволяет расположить в ней ячейке между двумя полюсами с тепловыми элементами ( находятся в крайних ячейках пластмассового корпуса) эксцентриковый регулятор тока срабатывания устройства (тока уставки), защелочный механизм срабатывания, температурный компенсатор, контактную группу с одним размыкающим контактом мостикового типа (с двойным разрывом цеии) и кнопку ручного возврата. Тепловые элементы реле ТРН-8А (ТРН-10А) состоят из термобиметалличвской пластины с закрепленным на ней несменными нагревателем, а тепловые элементы реле остальных типов – из термобиметаллической пластины с расположенным под ней сменным нагревателем, прикрепленным двумя винтами к силовым зажимам реле. Нагреватели закрывают легкоснимаемой крышкой, которая удерживается пружиной.

Регулирование тока уставки производится поворотом эксцентрика (плавно) или сменой нагревателей (ступенчато), т.е.. изменением номинального тока теплового элемента (рисунок 9).

Для всех типов тепловых реле предусматривается комплект сменных нагревателей с определенными, номинальными токам. Нагреватели отличаются фиксатором (наличием и местоположением), установочными размерами и формой мест крепления, чем обеспечивается свободная (без подгонки) установка нагревателей только в реле того типа, для которого они предназначены.

Каждый нагреватель имеет маркировку (обозначает величи­ну номинального тока теплового элемента), а у реле с несменными нагревателями номинальный ток тепловых элементов обозна­чается либо на корпусе реле, либо на наконечниках.

Тип реле и номинальный ток теплового элемента выбирают из условий, чтобы максимальный ток продолжительного режима реле (с данным тепловым элементом) был не менее номинального тока защищаемого электродвигателя, ток уставки реле был равен номинальному току электродвигателя (или несколько больше этого тока —в пределах 5%), а запас на регулировку тока уставки как в сторону его увеличения, так и в сторону уменьшения был небольшим. Ток уставки определяется из того, что каждое из 10 делений уставки (по 5 делений влево и вправо от нулевой риски) соответствует в среднем 5% номинального тока теплового элемента.

Ремонт тепловых реле.

Проверять и налаживать тепловые реле рекомендуется в лаборатории, используя специальные электрические устройства. Проверку реле начинают с внешнего осмотра: проверяют наличие пломб, целостность кожуха и плотность прилегания его к цоколю, состояние уплотнений, очистка реле.

После снятия кожуха приступают к внутреннему осмотру: очищают детали, проверяют затяжку винтов, гаек, крепящих пружин, контакты, подпятники, магнитопроводы; проверяют надежность внутренних соединений; регулируют механическую часть реле; контакты тщательно очищают и полируют. (пользоваться надфилем или абразивными материалами нельзя).

Далее измеряют сопротивление изоляции мегаомметром 1000 В между электрическими частями реле и корпусом, которое должно быть не менее 10 МОм, проверяют уставки. Если обнаружены дефекты, выходящие за возможность устранения их в лаборатории, реле заменяют новым.

При ремонте магнитных пускателей с тепловыми реле должно быть обращено внимание на целостность и состояние этих реле. У тепловых реле чаще всего выходят из строя (перегорают) нагревательные элементы. Эти элементы имеют различное устройство и бывают 6 типов, рассчитанных на различные токи. Элементы первого и второго типов изготовляют из нихромовой или фехралевой проволоки. В элементах первого типа проволока намотана на пластинку из слюды и к концам проволоки припаяны серебром медные наконечники. В элементах второго типа проволока навита в виде спирали к ее концам припаяны стальные наконечники. Спиральные элементы кадмированны для предохранения их от окисления. Элементы остальных четырех типов изготовляют методом штамповки.

Выполнить ТР тепловых реле.

При текущем ремонте проводят следующие операции.

Снятие. Отсоединить провода; открыть и снять реле.

Разборка. Отвернуть винты, снять крышку реле; снять подвижные контакты и возвратную

пружину; от­жать пружину и снять крышку тепловых элементов; от­вернуть винты и снять

тепловые элементы; открепить и снять биметаллические и контактные пластины.

Таблица 2 Выявленные неисправности, способы обнаружения и ремонта

Ремонт деталей тепловых реле

Нагар на контактах реле удаляют салфеткой, смо­ченной в уайт-спирте или бензине. Брызги металла или «корольки» на поверхности контактов удаляют надфи­лем.

При срыве резьбы в отверстиях под винты крепления токоподводящих проводов отверстия с дефектной резьбой заваривают медью, используя в качестве флюса техническую буру. Мес­то заварки зачищают напильником, накернивают, про­сверливают новое отверстие и нарезают в нем резьбу,

Отверстия с поврежденной резьбой рассверливают и в них нарезают резьбу ремонтного раз­мера.

Сборка. Установить и закрепить биметаллические и контактные пластины; установить и закрепить тепло­вые элементы; поставить и закрепить пружинкой крыш­ку тепловых элементов; поставить и закрепить подвиж­ные контакты с возвратной пружиной; поставить и за­крепить крышку реле.

Испытание к проверка работы тепловых реле

Перед испытаниями проверяют надежность затяжки контактов в местах присоединения нагревательных эле­ментов, а также четкость работы механизма реле при замыкании и размыкании контактов вручную. При за­мыкании и размыкании контактов не должно наблюдаться заеданий и задержек.

Величину контактного давления измеряют путем нажатия головкой граммометра на подвижную систему непосредственно у контакта (рис 6).

Щупами измеряют величину растворов контактов. Затем проверяют время срабатывания и возврата реле. Зажимы реле подключают к схеме, позволяющей плавно регулировать величину испытательного токаили к специальному прибору, например к стенду МИИСП

Рис 6 Измерение контактного давления реле ТРП-25

1— неподвижные контакт, 2 — подвиж­ный контакт, 3 — граммометр.

4 — кон­тактная колодка, 5—упор

Через реле пропускают испытательный ток, величина которого равна 1,05 Iном, и убеждаются, что при температуре 20° С реле не срабатывает в течение ча­са. Увеличив ток до величины 1,2 Iном. убеждаются в том, что реле срабатывает в течение 20 .мин. Если время сра­батывания не соответствует указанному значению, реле регулируют с помощью рычага плавной регулировки. В случае, когда рычагом не удается отрегулировать ре­ле, нагревательный элемент следует заменить. После на­стройки краской наносят метку на корпусе реле напро­тив положения рычагов, соответствующего требуемой уставке.

Для настройки реле описанным методом требуется сравнительно много времени, поэтому на практике часто применяют форсированный метод настройки, основан­ный на сравнении испытуемого реле с эталонным. При этом нагревательные элементы испытуемых и эталонного реле соединяют последовательно и подключают к нагру­зочной схеме. Затем ток в цепи устанавливается равным 2,5—3 Iном. и фиксируется время срабатывания испытуе­мых и эталонного откалиброванного реле.

У реле, не сработавших до отключения эталонного реле, плавно передвигают рычаг регулятора до отключе­ния реле. Эту операцию проводят как можно быстрее, но не позднее 0,5 мин после отключения эталонного реле. Спустя 10—15 мин опыт повторяют. Настройку реле счи­тают удовлетворительной, если время срабатывания на­страиваемых реле отличается от времени срабатывания эталонного реле не более чем на ±10%.

Преимущество этого метода, кроме быстроты на­стройки, заключается еще и в том, что отпадает необходимость ожидания полного остывания реле перед каждым новым опытом для настройки после сдвига рычагов и на результаты настройки не влияет температура окружающего воздуха.

Во время настройки или после се окончания убежда­ются, что на возврат реле в исходное положение затра­чивается не более 3 мин.

Мегомметром на 500 В измеряют сопротивление изоляции между токопроводящими частями реле и ме­таллической панелью, на ко­торой закреплено реле.

Сопротивление изоляции должно быть не менее 10 МОм при температуре 20° С.