Relé térmico para motor eléctrico: principio de funcionamiento, dispositivo, cómo elegir

Durante la explotación de equipos energéticos, constantemente actúan sobre ellos sobrecargas de corriente que reducen la durabilidad. La protección en tales situaciones la proporciona un relé térmico para motor eléctrico, que desconecta el suministro eléctrico cuando ocurren circunstancias anormales.

Proponemos comprender la construcción, principio de funcionamiento, tipos y matices de conexión del dispositivo de protección. Además, explicaremos qué parámetros y características se deben considerar al elegir un relé térmico.

Diseño constructivo de los relés térmicos

Los relés térmicos de todos los tipos tienen un dispositivo similar. El elemento más importante de cualquiera de ellos es la placa bimetálica sensible.

El valor de la corriente de disparo está influenciado por los indicadores de temperatura del ambiente en el que opera el relé. El aumento de la temperatura reduce el tiempo de disparo.

Para minimizar esta influencia, los desarrolladores de dispositivos eligen la temperatura más alta posible del bimetálico. Con el mismo propósito, algunos relés se equipan con una placa de compensación adicional.

El aparato consta de cuerpo, calentador de nicromo, placa bimetálica, pestillo, tornillo, palanca, contacto móvil y botón de reinicio (+)

Si se incluyen calentadores de nicromo en la construcción del relé, su conexión se realiza según un esquema paralelo, en serie o paralelo-serie con la placa.

El valor de la corriente en el bimetálico se regula mediante shunts. Todas las piezas están montadas en el cuerpo. El elemento bimetálico en forma de U está fijado en un eje.

Un resorte cilíndrico se apoya en un extremo de la placa. Por el otro extremo, se basa en una pieza aislante equilibrada. Esta pieza gira alrededor del eje y sirve de soporte para el puente de contacto, equipado con contactos de plata.

Para la coordinación de la corriente de ajuste, la placa bimetálica está conectada por su extremo izquierdo con su mecanismo. El ajuste se produce mediante la influencia sobre la deformación primaria de la placa.

Si la magnitud de las corrientes de sobrecarga se vuelve igual o mayor que la de ajuste, la pieza aislante gira bajo la acción de la placa. Durante su vuelco, se produce la desconexión del contacto de apertura del dispositivo.

Relé térmico TRT en sección. Los elementos principales son: carcasa (1), mecanismo de ajuste (2), botón (3), eje (4), contactos de plata (5), puente de contacto (6), bloque aislante (7), resorte (8), placa bimetálica (9), eje (10).

El relé vuelve automáticamente a su posición inicial. El proceso de rearme automático no supera los 3 minutos desde el momento de la activación de la protección. También es posible el rearme manual, para lo cual se ha previsto una tecla especial Reset.

Al usarla, el dispositivo vuelve a su posición inicial en 1 minuto. Para accionar el botón, se gira en sentido contrario a las agujas del reloj hasta que se eleve por encima de la carcasa. La corriente de ajuste suele estar indicada en la placa.

Principio de funcionamiento del dispositivo

Al realizar la función de protección, el interruptor automático desconecta los circuitos de alimentación de potencia. El relé térmico se diferencia de él en que, cuando se supera la carga, simplemente emite una señal de control. Con esta protección, corrientes de pequeña magnitud se conmutan en un solo circuito de control.

En el esquema, delante del relé térmico se encuentra el contactor magnético. Cuando los circuitos se abren en condiciones de emergencia, desaparece la necesidad de duplicar el funcionamiento del contactor. Por consiguiente, no se gasta material para la fabricación de grupos de contactos de potencia.

Los dispositivos más populares son los equipados con placas bimetálicas. La placa en sí consta de dos elementos análogos.

Uno de ellos posee un coeficiente de temperatura significativo, y el otro uno algo menor. Estos dos componentes se adhieren firmemente entre sí.

Dado que las partes componentes de la placa bimetálica están hechas de un par de metales diferentes con coeficientes de expansión desiguales, el calor la hace curvarse e interactuar con los contactos.

Esta unión rígida se logra mediante soldadura o laminación en caliente. Debido a que la placa está fijada de forma inmóvil, al calentarse se observa su curvatura hacia el elemento con menor coeficiente de temperatura. Este principio se tomó como base para la creación de los relés térmicos.

En su fabricación se emplean acero cromo-níquel y acero no magnético, que poseen un alto valor del coeficiente de temperatura. Como material con bajo valor de este parámetro se utiliza el invar, una aleación de níquel con hierro.

Según este esquema funciona el relé térmico. El extremo libre de la placa bimetálica, al flexionarse, actúa sobre los contactos del termorrelé (+).

La placa bimetálica es calentada por las corrientes de carga. Estas circulan generalmente a través de un calentador especial. También existe un calentamiento combinado, en el cual, además del calor proporcionado por el calentador, el bimetal se calienta también por la corriente que lo atraviesa.

Cómo conectar un relé térmico

Un contacto cerrado (normal connected), mediante el cual se conecta el módulo térmico al contactor magnético, se designa como NC (normalmente cerrado). La combinación de letras NO designa el contacto normalmente abierto.

En un circuito simple, se utiliza para enviar una señal que indica que la protección del motor se ha disparado debido a la superación de la temperatura umbral.

Al implementarse en circuitos de control complejos, puede generar, en modo de emergencia, una señal para sacar el transportador de servicio.

El relé térmico se coloca después de los contactores, pero antes del motor eléctrico. La conexión del contacto 'normal connected' al botón de parada en el panel de control se realiza mediante un circuito en serie (+).

La designación de los terminales de los contactores la dicta GOST: normalmente cerrado — 95-96, normalmente abierto — 97-98. Al primer par se conecta el contactor, el segundo se utiliza para circuitos de señalización. Dado que el motor y el relé térmico deben protegerse contra cortocircuitos, el circuito debe incluir un disyuntor.

El esquema del dispositivo incluye los botones 'Test' y 'Stop' o 'Reset'. Con el primero se verifica el funcionamiento, y con el segundo se desconecta la protección manualmente.

Mediante el interruptor de reinicio giratorio, después de la activación de la protección, se reinicia el motor eléctrico. En la cubierta de vidrio del producto se aplica el marcado y se sella.

Según el tipo de conexión, se pueden distinguir dos grandes grupos de relés térmicos:

• Primer grupo – dispositivos montados después del contactor magnético y aquellos que se conectan mediante puentes;
• Segundo grupo – dispositivos instalados directamente en el contactor del arrancador.

En este último caso, durante el arranque, la carga principal recae sobre el contactor. Aquí, el módulo térmico está equipado con contactos de cobre conectados directamente a las entradas del arrancador.

Esquema del relé térmico. En él se indican las designaciones de los elementos de control y los terminales. En diferentes modelos, estas designaciones pueden variar (+).

Al relé térmico se conectan los cables del motor. El propio relé en este esquema representa un nodo intermedio que analiza la corriente que fluye en tránsito hacia el motor desde el contactor magnético.

Matices al instalar el aparato

La velocidad de disparo del módulo térmico puede verse afectada no solo por las sobrecargas de corriente, sino también por las condiciones de temperatura externa. La protección se disparará incluso en condiciones de ausencia de sobrecargas.

También ocurre que, bajo el efecto de la ventilación forzada, el motor está sujeto a sobrecarga térmica, pero la protección no se dispara.

Para evitar estos fenómenos, se deben seguir las recomendaciones de los especialistas:

1. Al seleccionar el relé, orientarse por la temperatura máxima de disparo permitida.
2. Montar la protección en la misma habitación que el objeto protegido.
3. Para la instalación, elegir lugares donde no haya fuentes de calor ni dispositivos de ventilación.
4. Es necesario ajustar el módulo térmico basándose en la temperatura real del entorno.
5. La mejor opción es que el diseño del relé incluya compensación térmica incorporada.

Una opción adicional del termorrelé es la protección contra la pérdida de fase o de la red de alimentación completa. Para motores trifásicos, este punto es especialmente relevante.

La corriente en el relé térmico fluye en serie a través de su módulo calefactor y luego al motor. Con el devanado del contactor, el dispositivo se conecta mediante contactos adicionales (+).

Cuando ocurre un fallo en una fase, las otras dos asumen una corriente de mayor magnitud. Como resultado, se produce un sobrecalentamiento rápido y luego una desconexión. Si el relé no funciona eficazmente, tanto el motor como el cableado pueden dañarse.

Tipos existentes de dispositivos

La clase de relés térmicos incluye varios tipos: TRN, RTL, TRP, RTI, RTT. La aplicación de cada uno viene determinada por las características de diseño.

Relé de corriente bifásico (TRN), se usa principalmente para la protección eléctrica de motores asíncronos con rotor de jaula de ardilla. Generalmente, funcionan con una red de hasta 500 V y frecuencia de 50 Hz.

El relé está equipado con un mecanismo manual de control de contactos. Las dimensiones del TRN permiten integrarlos en dispositivos compactos, tanto de tipo cerrado como abierto, de las estaciones que coordinan el funcionamiento de los accionamientos. No realizan la función de protección contra cortocircuitos y ellos mismos la necesitan.

Relé TRP tiene un mecanismo resistente a las vibraciones y una carcasa resistente a los impactos. Están diseñados para proteger motores trifásicos asíncronos que funcionan en condiciones de grandes cargas mecánicas.

Están diseñados para una corriente máxima de 600 A y un voltaje máximo de 500 V, y en circuitos de corriente continua, 440 V. La automática no es sensible a la temperatura externa y se activa cuando el valor supera los 200 °C.

Dispositivos RTL son trifásicos; además de proteger el motor contra sobrecargas, evitan el bloqueo del rotor. Lo protegen contra averías en caso de desequilibrio de fases o durante un arranque prolongado.

Funcionan de forma autónoma con bornes KRL y en la modificación con contactor magnético PML. El rango de corriente de trabajo es de 0,10 a 86 A.

Contactor junto con un relé térmico. Cuando el dispositivo se activa, el contacto normalmente cerrado y el contacto normalmente abierto cambian sincrónicamente su posición.

RTT – el dispositivo protege los motores asíncronos contra picos de corriente, desequilibrio de fases, bloqueo y otras situaciones anómalas. Se utiliza tanto como dispositivo independiente como integrado en contactores PMA, PME.

Dispositivo trifásico RTI tiene las mismas funciones que el anterior, pero se utiliza en la modificación con contactores KTM y KMI.

Cómo elegir un relé térmico

El motor necesita un relé de protección cuando, por razones tecnológicas, existe una amenaza potencial de sobrecarga. El segundo caso es la necesidad de limitar el tiempo de arranque en condiciones de baja tensión.

Estos requisitos están contenidos en la instrucción correspondiente. En ella se expresa la recomendación de dotar al dispositivo de protección con un retardo de tiempo. Todo esto se implementa mediante relés térmicos.

Características básicas de los dispositivos

Los datos básicos del dispositivo que protege el motor son:

1. La rapidez de los contactos en función de los parámetros de corriente — indicador tiempo-corriente.
2. Corriente de trabajo a la que se activa el relé térmico.
3. Ajustes de corriente límite de la consigna. En todos los dispositivos fabricados por diferentes productores, este parámetro varía ligeramente. Una superación del valor nominal en un 20% provoca la activación del dispositivo después de unos 25 minutos.
4. Valor nominal de la corriente de la placa bimetálica de trabajo. Se refiere al valor cuyo exceso no provoca la desconexión inmediata del relé.
5. Rango de corriente en el que se activa el relé.

Se puede obtener información sobre el relé térmico descifrando su marcado. El símbolo que indica el tipo de ejecución puede diferir.

Contactor en par con un relé térmico. Cuando el dispositivo se activa, el contacto normalmente cerrado y el contacto normalmente abierto cambian sincrónicamente su posición (+)

Los lugares de instalación de los relés térmicos nacionales están regulados por la norma GOST 15150. Su funcionamiento se ve afectado por factores como la altitud sobre el nivel del mar, vibraciones, impactos, aceleraciones.

Todos estos detalles los fabricantes reflejan en el marcado de sus productos. Algunos de ellos incluyen además información sobre la posibilidad de funcionamiento en presencia de sustancias nocivas y gases explosivos.

Selección del dispositivo según las reglas

Los requisitos para el termorrelé se exponen en la instrucción. Aquí también se establece que la protección debe tener un retardo de tiempo. Todas las solicitudes se implementan mediante dispositivos especiales.

Características tiempo-corriente del relé térmico y del motor protegido. Con corrientes de cortocircuito, los elementos calefactores del relé se vuelven térmicamente inestables (+)

Al analizar las características tiempo-corriente del relé térmico, se debe tener en cuenta que la activación puede ocurrir desde un estado sobrecalentado o frío.

Una protección impecable supone que la curva que representa la dependencia óptima de la duración del paso de corriente respecto a la magnitud de la corriente para el relé y el motor son diferentes. La primera debe estar por debajo de la segunda.

En la tabla se muestran las características técnicas del termorrelé tipo RTL. Con ella se puede seleccionar un dispositivo de protección con los parámetros necesarios según la potencia del motor (+)

La selección correcta del dispositivo de protección se realiza sobre la base de un parámetro como la corriente nominal de trabajo. Su valor está relacionado con la corriente nominal de carga del motor eléctrico.

Tanto las normas internacionales como las nacionales establecen que la corriente nominal del motor es análoga al ajuste de corriente de disparo del relé térmico.

Esto significa que el dispositivo se activa cuando hay una sobrecarga del 20 al 30% o con Iprom. x 1,2 o 1,3 dentro de los 20 minutos como máximo.

En base a esto, la selección debe realizarse de modo que la corriente de no disparo del TR supere la corriente nominal del objeto protegido en un promedio del 12%. El valor de In se muestra en la ficha técnica del dispositivo y en la placa fijada al cuerpo.

Basándose en ella, se seleccionan tanto el TR como el contactor correspondiente. La escala del relé está calibrada en amperios y, generalmente, corresponde al valor de la corriente de ajuste.

Como ejemplo, se puede mencionar la selección de un relé térmico para un motor asíncrono conectado a una red de 380 V, con una potencia de 1,5 kW.

La corriente nominal de trabajo para él es de 2,8 A, por lo tanto, para el relé térmico la corriente umbral será: 1,2 * 2,8 = 3,36 A. Según la tabla, la selección debe recaer en el RTL-1008, cuyo rango de ajuste está entre 2,4 y 4 A.

Cuando se produce el disparo de la protección, primero se elimina la causa raíz de la parada y luego se devuelve el «relé térmico» a su estado original mediante el botón de reinicio.

Cuando se desconocen los datos de placa del motor, la corriente se determina mediante el uso de instrumentos especiales: pinzas amperimétricas o un multímetro con la opción correspondiente. Las mediciones se realizan en cada una de las fases.

Es importante prestar atención al voltaje indicado en el dispositivo al seleccionarlo. Si se planea usar el tándem TR-contactor, se debe tener en cuenta el número de contactos.

Al conectar el dispositivo a una red trifásica, se necesita un módulo que tenga función de protección para casos de quema de conductores o desequilibrio de fases.

Conclusiones y video útil sobre el tema

Esquema de protección eficaz del motor:

Componentes del relé térmico:

El principio de interacción de los diferentes dispositivos en las distintas variantes de conexión del relé térmico es el mismo. Para una mejor orientación en los esquemas, es necesario saber “leer” el marcado de los dispositivos. Idealmente, todos los trabajos de conexión deben ser realizados por un técnico calificado autorizado para trabajar en condiciones de alta tensión.

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