Relé térmico: princípio de funcionamento, tipos, esquema de conexão + ajuste e marcação

A durabilidade e confiabilidade em operação de qualquer instalação com motor elétrico depende de vários fatores. No entanto, as sobrecargas de corrente afetam significativamente a vida útil do motor. Para preveni-las, um relé térmico é conectado, protegendo o órgão de trabalho principal da máquina elétrica.

Explicaremos como selecionar um dispositivo que preveja o surgimento de situações de emergência com excesso dos valores máximos permitidos de corrente. No artigo apresentado, descrevemos o princípio de funcionamento, apresentamos as variedades e suas características. São fornecidas dicas para conexão e ajuste adequado.

Por que são necessários aparelhos de proteção?

Mesmo que o acionamento elétrico seja projetado corretamente e usado sem violar as regras básicas de operação, sempre existe a possibilidade de ocorrência de falhas.

Os modos de operação de emergência incluem curtos-circuitos monofásicos e polifásicos, sobrecargas térmicas do equipamento elétrico, travamento do rotor e destruição do conjunto do mancal, e ruptura de fase.

Funcionando em regime de cargas elevadas, o motor elétrico consome uma enorme quantidade de energia elétrica. E com o excesso regular dos valores de tensão nominal, o equipamento aquece intensamente.

Como resultado, o isolamento se desgasta rapidamente, levando a uma redução significativa da vida útil das instalações eletromecânicas. Para evitar tais situações, relés de proteção térmica são conectados no circuito de corrente elétrica. Sua função principal é garantir o modo normal de operação dos consumidores.

Eles desligam o motor com um atraso de tempo determinado, e em alguns casos – instantaneamente, para evitar a destruição do isolamento ou danos a partes individuais da instalação elétrica.

O relé de corrente protege constantemente o motor elétrico contra ruptura de fase e sobrecargas tecnológicas, bem como contra travamento do rotor. Estas são as principais causas que levam a modos de emergência.

Com o objetivo de evitar a redução da resistência de isolamento, são utilizados dispositivos de proteção diferencial, e se a tarefa for prevenir a falha de resfriamento, são conectados aparelhos especiais de proteção térmica embutida.

Dispositivo e princípio de funcionamento do relé térmico

Estruturalmente, um relé eletrotérmico padrão é um pequeno aparelho que consiste em uma lâmina bimetálica sensível, uma espiral de aquecimento, um sistema de alavanca e mola, e contatos elétricos.

A chapa bimetálica é fabricada a partir de dois metais diferentes, geralmente invar e aço cromo-níquel, firmemente unidos durante o processo de soldagem. Um metal possui um coeficiente de expansão térmica maior que o outro, portanto, eles aquecem em velocidades diferentes.

Em caso de sobrecarga de corrente, a parte não fixada da chapa se deforma em direção ao material com menor coeficiente de expansão térmica. Isso exerce uma força sobre o sistema de contatos no dispositivo de proteção, ativando o desligamento da instalação elétrica em caso de superaquecimento.

Na maioria dos modelos de relés térmicos mecânicos, existem dois grupos de contatos. Um par é normalmente aberto, o outro é permanentemente fechado. Quando o dispositivo de proteção atua, o estado dos contatos muda. Os primeiros fecham e os segundos se tornam abertos.

Em relés térmicos eletrônicos, são utilizados sensores especiais e sondas sensíveis que reagem ao aumento de corrente. No microprocessador desses dispositivos de proteção, são programados parâmetros que determinam as situações em que é necessário interromper o fornecimento de energia elétrica.

A corrente é detectada por um transformador integrado, após o que a eletrônica processa os dados obtidos. Se o valor da corrente no momento presente for maior que o ajuste, o impulso é transmitido instantaneamente diretamente ao disjuntor.

Ao abrir o contator externo, o relé com mecanismo eletrônico bloqueia a carga. O próprio relé térmico para motor elétrico é instalado no contator.

A chapa bimetálica pode ser aquecida diretamente – pela ação da corrente de pico da carga na tira metálica – ou indiretamente, por meio de um termoelemento separado. Frequentemente, esses princípios são combinados em um único aparelho de proteção térmica. Com aquecimento combinado, o dispositivo apresenta melhores características de desempenho.

Após o resfriamento, a chapa retorna ao seu estado original. Os contatos de comutação fecham automaticamente ou é necessário forçá-los para o estado fechado.

Características básicas do relé de corrente

A principal característica do comutador de proteção térmica é a dependência acentuada do tempo de atuação em relação à corrente que flui por ele — quanto maior o valor, mais rápido ele atua. Isso indica uma certa inércia do elemento relé.

O movimento direcionado das partículas portadoras de carga através de qualquer dispositivo elétrico, bomba de circulação e caldeira elétrica, gera calor. Na corrente nominal, sua duração permitida tende ao infinito.

E em valores que excedem os parâmetros nominais, a temperatura no equipamento aumenta, o que leva ao desgaste prematuro do isolamento.

A interrupção do circuito bloqueia instantaneamente o aumento adicional das temperaturas. Isso permite prevenir o superaquecimento do motor e evitar a falha emergencial da instalação elétrica.

A carga nominal do próprio motor é o fator chave que determina a escolha do dispositivo. Um indicador na faixa de 1,2-1,3 indica uma atuação bem-sucedida em uma sobrecarga de corrente de 30% por um período de 1200 segundos.

A duração da sobrecarga pode afetar negativamente o estado do equipamento elétrico — com uma exposição curta de 5 a 10 minutos, apenas o enrolamento do motor, que tem pequena massa, aquece. Já com exposições longas, todo o motor aquece, o que pode levar a sérias avarias. Ou pode até ser necessária a substituição do equipamento queimado por um novo.

Para proteger ao máximo o objeto contra sobrecarga, deve-se usar especificamente para ele um relé de proteção térmica, cujo tempo de atuação corresponda aos valores máximos permitidos de sobrecarga do motor elétrico específico.

Na prática, não é viável montar relés de monitoramento de tensão para cada tipo de motor. Um elemento de relé é usado para proteger motores de diferentes projetos. No entanto, garantir uma proteção confiável em toda a faixa de trabalho, limitada pela carga mínima e máxima, é impossível.

O aumento dos valores de corrente não leva imediatamente a um estado perigoso de emergência do equipamento. Antes que o rotor e o estator aqueçam até a temperatura limite, algum tempo se passará.

Portanto, não há necessidade extrema de que o dispositivo de proteção reaja a cada aumento, mesmo que insignificante, de corrente. O relé deve desligar o motor elétrico apenas nos casos em que houver risco de desgaste rápido da camada de isolamento.

Tipos de relés de proteção térmica

Existem vários tipos de relés para proteger motores elétricos contra perda de fase e sobrecargas de corrente. Todos eles diferem nas características construtivas, no tipo de microprocessadores utilizado e na aplicação em diferentes motores.

TRP. Aparelho de comutação unipolar com sistema de aquecimento combinado. Destinado à proteção de motores elétricos trifásicos assíncronos contra sobrecargas de corrente. O TRP é utilizado em redes elétricas de corrente contínua com tensão base em condições normais de operação não superior a 440 V. Caracteriza-se pela resistência a vibrações e impactos.

RTL. Fornecem proteção aos motores nos seguintes casos:

• na perda de uma das três fases;
• assimetria de correntes e sobrecargas;
• partida prolongada;
• travamento do mecanismo acionador.

Eles podem ser instalados com terminais KRL separadamente dos contatores magnéticos ou montados diretamente no PML. São instalados em trilhos padrão, classe de proteção – IP20.

RTT. Protegem máquinas assíncronas trifásicas com rotor em gaiola de esquilo contra partida prolongada do mecanismo, sobrecargas prolongadas e assimetria, ou seja, desequilíbrio de fases.

Os RTT podem ser utilizados como componentes em vários esquemas de controle de acionamentos elétricos, bem como para integração em contatores da série PMA

TRN. Comutadores bifásicos que controlam a partida da instalação elétrica e o regime de funcionamento do motor. Praticamente independentes da temperatura ambiente, possuem apenas sistema de retorno manual dos contatos ao estado inicial. Podem ser usados em redes de corrente contínua.

RTI. Aparelhos de comutação elétrica com consumo constante, embora pequeno, de energia elétrica. São montados em contatores da série KMI. Funcionam juntamente com fusíveis/disjuntores automáticos.

Relés de estado sólido de corrente. São pequenos dispositivos eletrônicos para três fases, sem partes móveis em sua construção.

Funcionam com base no princípio de cálculo dos valores médios de temperatura do motor, monitorando constantemente a corrente de trabalho e de partida. Distinguem-se pela imunidade a mudanças no ambiente, sendo utilizados em áreas com risco de explosão.

RTK. Comutadores de partida para controle de temperatura no invólucro do equipamento elétrico. Utilizados em esquemas de automação onde os relés térmicos atuam como componentes.

Para garantir o funcionamento confiável do equipamento elétrico, o elemento relé deve possuir qualidades como sensibilidade, rapidez de ação e seletividade

É importante lembrar que nenhum dos tipos de dispositivos acima é adequado para proteção de circuitos contra curto-circuito.

Os dispositivos de proteção térmica apenas previnem regimes de falha que ocorrem durante operação anormal do mecanismo ou sobrecarga.

O equipamento elétrico pode queimar antes mesmo do relé atuar. Para proteção abrangente, eles devem ser complementados com fusíveis ou disjuntores automáticos compactos de construção modular.

Conexão, ajuste e marcação

O dispositivo de comutação de sobrecarga, ao contrário do disjuntor automático, não interrompe diretamente o circuito de potência, mas apenas envia um sinal para desligamento temporário do objeto em regime de falha. O contato normalmente fechado funciona como um botão de 'parada' do contator e é conectado em esquema série.

Esquema de conexão dos dispositivos

No projeto do relé, não é necessário repetir absolutamente todas as funções dos contatos de potência quando há um disparo bem-sucedido, pois ele é conectado diretamente ao MP. Tal execução permite economizar significativamente materiais para os contatos de potência. É muito mais fácil conectar uma pequena corrente no circuito de controle do que desligar imediatamente três fases com corrente elevada.

Em muitos esquemas de conexão do relé térmico ao objeto, utiliza-se um contato normalmente fechado. Ele é conectado em série com a tecla 'parar' do painel de controle e é designado como NF – normalmente fechado, ou NC – normal connected.

O contato aberto nesse esquema pode ser usado para iniciar o disparo da proteção térmica. Os esquemas de conexão de motores elétricos nos quais o relé de proteção térmica está conectado podem variar significativamente dependendo da presença de dispositivos adicionais ou características técnicas.

No esquema padrão simples, o RT é conectado à saída do contator de baixa tensão para o motor elétrico. Os contatos adicionais do dispositivo são obrigatoriamente ligados em série com a bobina do contator.

Isso garantirá uma proteção confiável contra sobrecargas do equipamento elétrico. Em caso de exceder os valores limites de corrente de forma inadmissível, o elemento do relé abrirá o circuito, desconectando instantaneamente o MP e o motor da alimentação elétrica.

A conexão e a instalação do relé térmico geralmente são feitas junto com o contator magnético, destinado à comutação e partida do acionamento elétrico. No entanto, existem tipos que são montados em trilho DIN ou em um painel especial.

Detalhes do ajuste dos elementos de relé

Um dos principais requisitos para os dispositivos de proteção de motores elétricos é a ação precisa dos aparelhos quando ocorrem modos de operação de emergência do motor. É muito importante selecioná-lo e ajustar as configurações corretamente, pois disparos falsos são absolutamente inaceitáveis.

O relé eletrotérmico, que se adapta otimamente a um tipo específico de motor em todos os parâmetros técnicos, é capaz de fornecer proteção confiável contra sobrecargas em cada fase, prevenir uma partida prolongada da instalação e evitar situações de emergência com travamento do rotor.

Entre as vantagens do uso de elementos de proteção de corrente, também se deve notar a alta velocidade e a ampla faixa de disparo, e a facilidade de montagem. Para garantir o desligamento oportuno do motor elétrico em caso de sobrecarga, o relé de proteção térmica precisa ser ajustado em uma plataforma/banco especial.

Nesse caso, elimina-se a imprecisão devido à dispersão natural desigual das correntes nominais no NE. Para verificar o dispositivo de proteção no banco, utiliza-se o método de cargas fictícias.

Um termoelemento é percorrido por uma corrente elétrica de tensão reduzida para simular uma carga térmica real. Depois disso, o tempo exato de atuação é determinado com precisão por meio de um temporizador.

Ao configurar os parâmetros básicos, você deve buscar os seguintes valores:

• com corrente 1,5 vezes maior, o dispositivo deve desligar o motor após 150 segundos;
• com corrente 5 a 6 vezes maior, ele deve desligar o motor após 10 segundos.

Se o tempo de atuação não estiver de acordo com a norma, o elemento de relé deve ser ajustado por meio do parafuso de controle.

Para um funcionamento correto, é necessário ajustar o aparelho para a corrente elétrica máxima admissível do motor e para a temperatura do ar

Isso é feito nos casos em que os valores da corrente nominal do NE e do motor diferem, e também se a temperatura ambiente estiver abaixo da nominal (+40 ºC) em mais de 10 graus Celsius.

A corrente de atuação do comutador eletrotérmico diminui com o aumento da temperatura ao redor do objeto considerado, pois o aquecimento da lâmina bimetálica depende desse parâmetro. Em caso de diferenças significativas, é necessário ajustar adicionalmente o TR ou selecionar um termoelemento mais adequado.

Flutuações bruscas nos indicadores de temperatura afetam fortemente o desempenho do relé de corrente. Portanto, é muito importante escolher um NE capaz de realizar efetivamente as funções principais levando em consideração os valores reais.

Recomenda-se instalar o TR no mesmo cômodo que a instalação elétrica protegida. Eles não devem ser montados próximos a geradores de calor, fornos de aquecimento e outras fontes de calor.

Essas restrições não se aplicam aos relés com compensação de temperatura. O ajuste de corrente do dispositivo de proteção pode ser regulado na faixa de 0,75 a 1,25 vezes o valor da corrente nominal do termoelemento. A configuração é realizada em etapas.

Em primeiro lugar, calcula-se a correção E₁ sem compensação de temperatura:

E₁=(I_nom-I_ne)/c×I_ne,

Onde

• I_nom – corrente nominal de carga do motor,
• I_ne – corrente nominal do elemento de aquecimento de trabalho no relé,
• c – valor da divisão da escala, ou seja, o excêntrico (c=0,055 para contatores protegidos, c=0,05 para abertos).

O próximo passo é a determinação da correção E₂ para a temperatura do ar ambiente:

E₂=(t_a-30)/10,

Onde t_a (temperatura ambiente) – temperatura do ambiente externo em graus Celsius.

A última etapa é o cálculo da correção total:

E=E₁+E₂.

A correção total E pode ser com sinal «+» ou «-». Se o resultado for um valor fracionário, ele deve ser arredondado para um número inteiro para o lado menor/maior em módulo, dependendo da natureza da carga de corrente.

Para ajustar o relé, o excêntrico é movido para o valor obtido da correção total. A alta temperatura de atuação reduz a dependência do funcionamento do dispositivo de proteção em relação a fatores externos.

O relé de proteção térmica permite o ajuste manual suave do valor da corrente de atuação do dispositivo dentro de ±25% do valor da corrente nominal da instalação eletromecânica.

O ajuste desses parâmetros é realizado por uma alavanca especial, cujo movimento altera a curvatura inicial da lâmina bimetálica. A configuração da corrente de atuação em uma faixa mais ampla é feita através da substituição dos termoelementos.

Nos modernos aparelhos de comutação de proteção contra sobrecarga, há um botão de teste que permite verificar o funcionamento do dispositivo sem um suporte especial. Há também uma tecla para redefinir todas as configurações. É possível zerá-las automática ou manualmente. Além disso, o produto é equipado com um indicador do estado atual do aparelho elétrico.

Marcação de relés eletrotérmicos

Os dispositivos de proteção são selecionados de acordo com a potência do motor elétrico. A maior parte das características principais está oculta na designação simbólica.

Assim é a marcação dos relés térmicos da fábrica KEAZ. É importante, ao escolher, prestar atenção ao valor da corrente nominal do modelo em questão, para que seja suficiente.

A atenção deve ser focada em alguns pontos:

1. A faixa de valores das correntes de ajuste (indicada entre parênteses) difere minimamente entre diferentes fabricantes.
2. As designações alfabéticas do tipo de execução específico podem variar.
3. A execução climática frequentemente é apresentada na forma de uma faixa. Por exemplo, UHL3O4 deve ser lido como: UHL3-O4.

Hoje é possível comprar diversas variações do dispositivo: relés para corrente alternada e contínua, monoestáveis e biestáveis, aparelhos com retardo na ativação/desativação, relés de proteção térmica com elementos aceleradores, TR sem bobina de retenção, com uma ou várias bobinas.

Esses parâmetros nem sempre são exibidos na marcação dos dispositivos, mas devem obrigatoriamente constar na ficha técnica dos produtos eletrotécnicos.

O dispositivo, as variedades e a marcação do relé eletromagnético são apresentados no artigo a seguir, que recomendamos consultar.

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

Dispositivo e princípio de funcionamento do relé de corrente para proteção eficaz do motor elétrico, usando como exemplo o dispositivo RTT 32P:

A proteção adequada contra sobrecarga e falta de fase é a chave para o funcionamento confiável e duradouro do motor elétrico. Vídeo sobre como o elemento de relé reage em caso de operação anormal do mecanismo:

Como conectar o dispositivo de proteção térmica ao MP, esquemas básicos do relé eletrotérmico:

Relé de proteção térmica contra sobrecargas – um elemento funcional obrigatório em qualquer sistema de controle de acionamento elétrico. Ele reage à corrente que passa pelo motor e é ativado quando a temperatura da instalação eletromecânica atinge valores limites. Isso permite prolongar ao máximo a vida útil de motores elétricos ecologicamente corretos.

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