Elektrický pohon mení elektrickú energiu na mechanickú a je pritom vystavený riziku vnútorných i vonkajších porúch, ktorými môže byť poškodený tak, že nie je schopný vykonávať prácu vôbec, alebo len v obmedzenej miere.

Bežné príčiny vyradenia elektrických pohonov z normálneho stavu:

• Preťažovanie strojov spôsobuje vyššie oteplenie a rýchlejšie starnutie izolácie. Životnosť stroja sa pri trvalom zvýšení teploty o 10 K zmenšuje zhruba na polovicu. Materiál izolácie sa po čase rozpadáva, v slabom mieste dochádza potom k prerazeniu izolácie a spojeniu vodivých častí o rôznom napätí medzi sebou. Následky vyvolaného oblúka sa prejavia mnohokrát roztavením vodičov vinutia, pri strojoch veľkého výkonu často aj okolo miesta poruchy vytavením plechov magnetického obvodu.
• Skratové poruchy mimo stroja pohonu, napr. na prívode; pri skrate klesne napätie na nulu a motor nie je ohrozený, skratový prúd však ohrozuje napájací transformátor, prípojnice a predradené prístroje. Tieto súčasti obvodu je treba chrániť predradným prvkami skratového istenia.

Úlohou projekcie elektrického pohonu, tj. návrhu vhodného elektrického motora a jeho istenie, je voľba takých istiacich prístrojov, ktoré svojimi vlastnosťami, parametrami a nastavením zaisťujú optimálne využitie a dobu života motora elektrického pohonu. Podľa spôsobu sledovania teplotného stavu istených elektrických strojov sa istenia členia na:

• priame, realizované sledovaním skutočnej teploty vinutia jej meraním vnútri stroja;
• nepriame, realizované sledovaním veľkosti prúdu v prívode isteného motora.

Systém priameho teplotného istenia je spoľahlivou a objektívne metódou, pretože rešpektuje skutočnú teplotu isteného vinutia elektrického motora. Konkrétne prevedenia sú realizované prostredníctvom merných sond, vstavaných do vinutia - väčšinou ide o teplotne závislé rezistory s kladným súčiniteľom odporu, termistory PTC. Nevýhodou môže byť oneskorenie reakcie týchto sond na strmé teplotné vzostupy; je spôsobené izolačnou bariérou medzi vstavanou sondou a vinutím. Výhodou je, že nie je potrebné riešiť problémy prúdové nariditeľnosti ani kompenzácia teploty okolia.

Nepriame nadprúdové istiace systémy, realizované tepelnými nadprúdovými spúšťami ističov a istiacich relé, odvodzujú svoju funkciu z veľkosti prúdového preťaženia. Pre ochranu veľa druhov druhu elektrických pohonov, teda trojfázových asynchrónnych indukčných motorov, sa zvyčajne používa istič s tepelnou spúšťou alebo tepelné nadprúdové relé. Tepelné nadprúdové relé je dvojstavový prístroj, ktorý indikuje preťaženie a ovláda cievku stýkača. Má v každej fáze vyhrievací element, reagujúci na oteplenie spôsobené prechádzajúcim prúdom. Toto oteplenie sa prevádza v pohyb a preklápa dvojicu kontaktov zaradených v obvode cievky stýkača. Termobimetalové relé pracuje na princípe pásika, vyrobeného z dvoch materiálov o rôznych súčiniteľoch tepelnej rozťažnosti. Vyhrievanie pásika môže byť priame - prúd motora prechádza priamo bimetalom, alebo nepriame - obvykle výhrevným vinutím navinutým na izolačnej podložke na dvojkove (vyhrievací element ale môže byť umiestnený aj len v blízkosti pásika), alebo zmiešané.

Dôležitým faktorom je charakteristika nadprúdového relé. Táto charakteristika znázorňuje vzťah medzi vybavovacou dobou relé a prechádzajúcim prúdom. Je prirodzene klesajúci - čím väčší prúd, tým kratšia doba vybavenia. Udáva sa pre pôsobenie zo studeného stavu a zo stavu teplého, predhriateho prúdom motora pri plnom výkone. Relé musí svoju charakteristikou vrátane rozptylového pásma umožniť rozbeh motora bez vybavenia, a súčasne musí zapôsobiť skôr, než vinutie motora dosiahne nebezpečné oteplenie pri preťažení. Tepelné nadprúdové relé je pomerne robustný, ale spoľahlivý prvok. Je však potrebné spomenúť aspoň dve oblasti použitia, kde možno očakávať možné problémy pri nastavení. Pri prerušovanom chode motora je istenie prechodných stavov nadprúdovým relé ťažšie - otepľovavanie a ochladzovanie časovej konštanty popudových článkov relé sa líši od konštánt isteného elektromotora. Pre dosiahnutie spoľahlivého istenia motorov za všetkých prevádzkových stavov treba menovitý prúd istiaceho prístroja prispôsobiť tzv. ekvivalentnému trvalému prúdu motora. Je to taký trvalý prúd, ktorý spôsobí rovnaké oteplenie ako krátkodobý popr. prerušovaný prúd. Ďalšou otázkou je funkcia relé pri použití frekvenčných meničov. Z dôvodu magnetického využitia stroja sa pri ich napájanie požaduje približne konštantný pomer U / f. Ak má motor vlastnú ventiláciu, bude sa pri nižších rýchlostiach horšie chladiť. Preto je nutné korigovať (znížiť) nariadený prúd istiaceho relé, alebo nepriame istenie vôbec nevyužiť. Ale aj pri motoroch s iným chladením nastávajú problémy vďaka obvykle prítomnosti vyšších harmonických v napätí zdroja, teda meniča kmitočtu. Materiál bimetalových prúdových členov relé je feromagnetický, ohrieva sa teda vírivý prúd; na vykurovacom vinutí sa môže prejavovať skinefekt a výsledkom oboch javov je zvýšený vykurovací výkon a úplne nesprávne vyhodnotenie zaťaženia motora. Pomôcť môže zaradenie vhodných tlmiviek do prívodov k motoru.

Redukciu nariadených prúdových hodnôt nepriamych nadprúdových relé býva nutné vykonať aj vtedy, ak pracuje istený motor v prostredí s vyššou teplotou, najmä nad 40 °C; nadprúdové relé pritom môžu byť - a väčšinou sú - umiestnené v prostredí teplotne odlišnom oproti prostrediu isteného motora. Zohľadnenie napr. vysokej teploty vo vnútri rozvádzača motorového vývodu sa rieši najlepšie použitím relé teplotne kompenzovaných. Správna funkcia nadprúdových istiacich relé sa konečne musí prejaviť aj v prípade nesymetrického zaťaženia motora. K takémuto stavu môže dôjsť napr. výpadkom fázy v dôsledku pretavenia jednej poistky. Trojfázový motor, bežiaci ďalej jednofázovo, je ohrozený tepelným preťažením. Vinutím, zapojeným medzi zvyšné fázy, preteká asi 126% normálneho prúdu vinutia, čo zodpovedá asi 160% vývinu tepla. Ak je motor v pokoji, nerozbehne sa, pretože stator nebudí točivé pole. Nadprúdové relé je vhodné vybaviť mechanizmom zcitlivujícím jeho funkciu pri nesymetrickom prúdovom zaťažení tak, aby pri dvojpólovom zaťažení došlo k podstatnému skráteniu doby do zapôsobenia relé.

Stýkač C150 s nasadeným nadprúdovým relé T63 I (vľavo) a stykač C50 s nasadeným nadprúdovým relé T63 II (vpravo)

Tepelné nadproudové relé EPM – typy T17, T50 a T63

Nepriame tepelné nadprúdové relé T17 sú dodávané pre oblasť menovitých prúdov 0,1 A až 25 A. Vstup do relé je vykonaný prívodnými zbernicami, ktoré umožňujú priamu montáž na stykače C9, C12, C17, C23, C20, C25, C32 a C40. Keďže stýkače majú rozdielne rozstupy hlavných svoriek, sú dva zbernice relé výkyvné. K samostatnej montáži je potrebné použiť adaptér H17. Rad tepelných nadprúdových relé bol pred niekoľkými rokmi doplnený typom T50 s pevnými zbernicamii; tieto relé v rozsahu 25 A, 35 A a 50 A je možné priamo pripojiť k svorkám stykačov C20, C25, C32 a C40. Adaptér pre samostatnú montáž nie je dodávaný - pre takéto použitie je k dispozícii ďalej spomínané relé T63 s adaptérom H63. Relé T63 sú vyrábané pre rozmedzie menovitých prúdov 10 A až 80 A. Majú všetky tri zbernice pevné a sú určené pre priamu montáž na stykače C50, C65 a C80. K samostatnej montáži je potrebné použiť adaptér H63. Relé T63 je navyše možné priamo pripojiť aj do svoriek väčších stykačov C95, C115 a C150 - napríklad pri použití stykačov v kategórii AC-4. Z hľadiska konštrukčných a funkčných požiadaviek zodpovedajú relé normám ČSN EN 60947-1, STN EN 60947-4-1 a STN EN 60947-5-1. Všetky relé T17, T50 aj T63 sú takmer ideálne tepelne kompenzované v rozsahu teplôt mínus 30 °C do plus 60 °C a teda nevyžadujú korekciu prúdového nariadenia ani v extrémnych teplotách. Sú vybavené istením symetrie fáz; v prípade výpadku jednej fázy alebo pri nesymetrickom zaťažení pólov relé dochádza k urýchleniu ich funkcie.

Na prednom paneli relé je umiestnený regulačný kotúč, umožňujúci prúdové nastavenie v rozsahu (0,69 až 1) × In a tlačidlo voľby automatického či manuálneho znovuzapínání. Funkcia relé je nezávislá na pridržanie tohto tlačidla; stlačení znovuzapínacího tlačidla nijako neobmedzuje pôsobenia relé. Ďalej je na prednom paneli umiestnené testovacie tlačidlo, ktorého stlačením sa simuluje pôsobenie relé, ďalej ukazovateľ vypnutého stavu a priestor pre štítok označujúci relé v rozvádzači. Relé majú dva galvanicky oddelené pomocné kontakty - jeden zapínací, jeden rozpínací. Svorky relé sú kryté v smere kolmom k upevňovaciemu panelu proti dotyku prstom (IP20) a v smere rovnobežnom s panelom proti dotyku chrbtom ruky (IP10) v zmysle STN EN 60529. Relé sú vyrábané s dvoma charakteristikami. Charakteristika T..I (rímska jedna) zodpovedá vypínací triede 10A, charakteristika T..II vypínacie triede 20.  U triedy 10A resp. 20 relé zaťažené 1,5 násobkom prúdového nariadenia musí pôsobiť za menej ako 2 min resp. 8 min počnúc z teplého stavu, a pri 7,2 násobku musí pôsobiť medzi 2 s až 10 s pre triedu 10A resp. medzi 6 s až 20 s pre triedu 20 zo studeného stavu. Funkčná zaťažiteľnosť relé je obmedzená 10 násobkom menovitého prúdu relé; proti účinkom skratových prúdov je nutné obvod istiť ističom alebo tavnými poistkami. Hodnota predpokladaného skúšobného prúdu podľa menovitého prúdu je 1 kA do 16 A vrátane, 3 kA pre rozmedzí nad 16 A do 63 A vrátane a 5 kA pre oblasť nad 63 A do 125 A vrátane. Predpísaným istením tavnými poistkami gG a aM je pre všetky relé dosiahnutá koordinácia typu "2".

Tepelné nadproudové relé EPM – typy T17, T50 a T63

Pre zaistenie bezpečnosti prevádzky strojových zariadení a na základe ustanovení STN EN 60204-1 je nutné v prípadoch automaticky riadených prevádzok zaistiť blokovanie proti nekontrolovanému opätovnému rozbehu pohonu cez pomocné kontakty príslušného stýkače, vypínaného nadprúdovým relé - napr. Zapojením s dvojtlačítkom. V prípade zapojenia motora do hviezdy má nariadená hodnota relé zodpovedať štítkovému prúdu motora. U zapojení do trojuholníka záleží, ak je relé zaradených v obvode pred rozvetvením vinutia motora, kde preteká sieťový prúd, alebo vo vetvách, kde preteká fázový prúd. V druhom prípade má byť nariadená hodnota relé rovná štítkovému prúdu motora lomenému √3. Toto zapojenie relé sa používa u spúšťačov hviezda-trojuholník. Relé je tiež možné použiť pre jednofázové istenie alebo v jednosmerných obvodoch. V tom prípade je nutné prepojiť všetky tri členmi jednotlivých fáz buď do série, alebo paralelne - pri nesúmerné zaťažení pólov by bolo pôsobenie relé urýchlené. Pri sériovom zapojení jednotlivých pólov sa menovitý prúd odvodu zhoduje s nariadenú hodnotou relé, pri paralelnom zapojení musí byť nariadená hodnota relé prirodzene trikrát menší než prúd isteného obvodu. V oboch prípadoch je z dôvodu rovnomerného rozloženia úbytkov napätia na popudových členoch a propojkách vhodné zapojiť vstup do relé na svorku 1 a výstup z relé na svorku 6.

Adaptér sa používa v prípade, kedy je na vstup relé potreba zapojiť viac vodičov, napr. Pre reverzáciu trojfázových asynchrónnych motorov. Ak nie je z akéhokoľvek dôvodu možné použiť relé s adaptérom, možno s práporcami relé zovrieť do svoriek stýkača tuhý Cu vodič. Vopred tvarované a do zväzku vyviazané spojky sa vloží do otvorených svoriek stýkače, zasunie sa relé a svorky sa utiahnu. Spojky musia byť vyvedené zo svoriek stýkača priestorom medzi stykačom a relé a musia byť tvarované tak, aby nebránili vstupu vodičov do svoriek pomocných kontaktov.

Istiace súpravy s prúdovými transformátormi

Pre prúdy nad 80 A možno použiť sekundárne istenie istiacou súpravou, pozostávajúcou z relé T17I 1 A (T17II 1 A) v adaptéri H17 a 3 ks istiacich transformátorov radu M. Výhodou zostavy je tak vysoká skratová odolnosť, že pre skratové istenie všetkých prevedení istiacich súprav pri použití sa stýkačmi plne vyhovuje skratové istenie predpísané pre jednotlivé stýkače. Konštrukcia a funkčné vlastnosti istiacich transformátorov M zodpovedajú norme STN EN 60044-1. Kategória transformátorov 10P5 (trieda presnosti 10P pri nadprúdovou činiteľmi 5) znamená, že päťnásobok menovitého primárneho prúdu je prevedený s desaťpercentnou prúdovou chybou, tj. Ako 4,5 násobok menovitého sekundárneho prúdu. Vypínacia charakteristika súpravy T17I 1 A s istiacimi transformátormi M odpovedá vypínacej triede 20 (8 s pri 7,2 násobku nariadeného prúdu zo studeného stavu); vypínacia charakteristika súpravy T17II 1 A + 3 ks M vypínacej triede 30 (18 s pri 7,2 násobku zo studeného stavu).

Istiaca súprava zostavená z relé T17I 1 A (T17II 1 A) v adaptéri H17 a 3 ks istiacich transformátorov série M

Pracovný prúd súpravy je určený počtom prievlakov vodiča oknom transformátora. Pri jednoduchom prievlaku istí súprava obvod s hodnotou prúdu zodpovedajúcemu menovitej hodnote (100 A až 1100 A) transformátorov M s nastaviteľnosťou (0,69 až 1) x In. Vytvorením viac primárnych prievlakov možno rozšíriť možnosti použitia pre obvody s menším prúdom ako 69 A. Počet prievlakov je definovaný počtom priechodov vodiča oknom transformátora (napr. Tri prievlaky sú vytvorené dvojitým ovinutím toho istého vodiča). Istiacu súpravu možno použiť pre iné frekvencie siete s rešpektovaním takmer lineárnej zmeny nadprúdového činiteľa a tým aj výslednej charakteristiky súpravy. Zmena funkčných časov je nepodstatná pre rozsah 42 Hz až 60 Hz.

Záver

Tepelné nadprúdové relé je istiaci prvok, ktorý aj v súčasnosti má výhody proti elektronickým istiacim zariadeniam; zaobíde sa bez cudzieho napájania, pri správnom priradení a nastavení bude spoľahlivo a dlhodobo plniť očakávanú funkciu a je veľmi vhodné pre motorové vývody, istené proti skratu poistkami.

Zdroj : elektroprumysl.cz