昌暉儀表介紹熱繼電器工作原理、遵循的國家標(biāo)準(zhǔn)、熱繼電器選用原則和熱繼電器及交流接觸器與執(zhí)行短路保護的元件之間的配合關(guān)系方面的專業(yè)內(nèi)容，讓電工和儀表工能深入了解和正確使用這種常見電氣元件。
1、熱繼電器概述
電動機在實際運行中若出現(xiàn)過載，則電動機的轉(zhuǎn)速將下降，繞組中的電流將增大，從而使電動機的溫度升高。若過載電流不大且過載時間較短，電動機繞組中的溫升不會超過允許值，則此類過載是容許的；若過載時間長，或過載電流大，則電動機的繞組溫升就會超過允許值，這將造成電動機繞組絕緣老化，縮短電動機的使用壽命，嚴(yán)重時甚至?xí)龤щ妱訖C，因此必須對電動機進行過載保護。
熱繼電器利用電流的熱效應(yīng)原理實施過載保護。當(dāng)出現(xiàn)電動機不能承受的過載時，過載電流流過熱繼電器的熱元件引起熱繼電器產(chǎn)生保護動作，配合交流接觸器切斷電動機電路。
熱繼電器的形式多樣，常用的有雙金屬片式和熱敏電阻式，目前使用最多的是雙金屬片式，同時有的規(guī)格還帶有斷相保護功能。
雙金屬片熱繼電器主要由主雙金屬片、熱元件、復(fù)位按鈕、動作機構(gòu)、觸點系統(tǒng)、電路調(diào)節(jié)旋鈕、復(fù)位機構(gòu)和溫度補償元件等構(gòu)成。當(dāng)電動機正常運行時，熱元件產(chǎn)生的熱雖然能使主雙金屬片彎曲，但是彎曲產(chǎn)生的推動力不足以使熱繼電器的觸點動作。當(dāng)電動機過載時，雙金屬片的彎曲位移加大，推動導(dǎo)板使常閉觸點斷開，通過控制電路使得交流接觸器斷電分閘從而切斷電動機的工作電源，由此保護了電動機。
我們來看圖1。
圖1 繼電器過載反時限動作特征
線1為三相籠型異步電動機容許的過載反時限動作特性；曲線2為熱繼電器的冷態(tài)過載反時限動作特性；曲線3為熱繼電器的熱態(tài)過載反時限動作特性；曲線4為熱繼電器的斷相保護特性曲線。
可以看出，使用熱繼電器對三相籠型異步電動機進行過載保護時，必須與交流接觸器配合使用，熱繼電器的過載保護曲線2和3不能與電動機容許的過載反時限曲線1有交點。
熱繼電器遵循的標(biāo)準(zhǔn)是IEC60947-4和GB14048.4，昌暉儀表將標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容摘錄如下：
①標(biāo)準(zhǔn)號：GB 14048.4-2010
②標(biāo)準(zhǔn)名稱：低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備 第4-1部分：接觸器和電動機起動器 機電式接觸器和電動機起動器(含電動機保護器)
③等同使用的IEC標(biāo)準(zhǔn)號：IEC 60947-4-1:2009 Ed.3.0，MOD
④標(biāo)準(zhǔn)摘錄：
5.7.3.2 過載繼電器
d.根據(jù)表2分類的脫扣級別或在7.2.1.5.1表3中D列規(guī)定的條件下脫扣時間超過30s時的最大脫扣時間，單位為s；
表2 熱、電磁或固態(tài)過載繼電器的脫扣級別和脫扣時間
級別 在7.2.1.5.1表3中D列規(guī)定條件下的脫扣時間Tp，s
10A 2＜Tp≤10
10 4＜Tp≤10
20 6＜Tp≤20
30 9＜Tp≤10
注1：按繼電器的類型，在7.2.1.5條中給出了脫扣條件。
注2：對于轉(zhuǎn)子變阻式起動器，過載繼電器通常接在定子電路中。因此，過載繼電器不能有效地保護轉(zhuǎn)子電路，特別是電阻器(通常，起動器在故障條件下起動時，電阻器比轉(zhuǎn)子本身和開關(guān)電器更易損壞)，因此，轉(zhuǎn)子電路的保護應(yīng)符合制造廠和用戶的協(xié)議(7.2.1.1.3)。
注3：對于兩級自耦減壓起動器，起動用自耦變壓器一般僅在起動時間內(nèi)使用，如在故障條件下起動時，自耦變壓器不能受到過載繼電器的有效保護。因此，自耦變壓器的保護應(yīng)符合制造廠和用戶的協(xié)議。
注4：考慮到不同的熱元件特性和制造誤差，可選擇Tp的下限值。
標(biāo)準(zhǔn)中給出的脫扣級別為10A的熱繼電器用于輕載電動機，脫扣級別為10的熱繼電器用于一般的電動機，脫扣級別為20和30的熱繼電器可用于重載起動的電動機。
2、熱繼電器的選擇原則
熱繼電器主要用于電動機的過載保護，使用中應(yīng)當(dāng)考慮電動機的工作環(huán)境、起動情況、負載性質(zhì)等因素，主要有以下幾個方面：
①熱繼電器用于保護長時工作制的電動機
a、按電動機的起動時間來選擇熱繼電器
熱繼電器在電動機起動電流為6In時的返回時間tf與動作時間td之間有如下關(guān)系：tp=(0.5~0.7)×td，這個公式中，tf為熱繼電器動作后的返回時間，單位為s；td為熱繼電器的動作時間，單位為s。
按電動機的起動電流為6In時具有三路熱元件的熱繼電器動作特性見表3
表3 電動機的起動電流為6In時具有三路熱元件的熱繼電器動作特性
整定電流 動作時間 工作條件
1.0In 不動作 冷態(tài)
1.2In ＜20min 熱態(tài)
1.5In ＜30min 熱態(tài)
1.5In 返回時間tf≥3s 冷態(tài)
1.5In 返回時間tf≥5s 冷態(tài)
1.5In 返回時間tf≥8s 冷態(tài)
表1的環(huán)境條件是：海拔不大于1000m，環(huán)境溫度為40℃。
b、按電動機額定電流來選擇熱繼電器及整定熱繼電器保護參數(shù)一般地，熱繼電器的整定電流可按公式IFR=(1.05~1.1)In來選擇，公式中，IFR為熱繼電器整定值；In為電動機額定電流。
例如30kW的電動機，已知它的額定電流是56A，則熱繼電器的整定電流按公式計算，則IFR=(1.05~1.1)×In=(1.05~1.1)×56≈58.8A~61.6A，故取熱繼電器的規(guī)格為63A。
對于過載能力比較差的電動機，通常按電動機額定電流的60%-80%來選擇熱繼電器的額定電流。
c、按斷相保護要求來選擇熱繼電器
對于星形聯(lián)結(jié)的電動機，建議采用三極的熱繼電器；對于三角形聯(lián)結(jié)的電動機，應(yīng)當(dāng)采用帶斷相保護裝置的熱繼電器，即脫扣級別為20或者30。
具有斷相保護的熱繼電器其動作特性見表4
表4 斷相保護的熱繼電器其動作特性
注：熱繼電器的復(fù)位時間不大于5min，手動復(fù)位時間不大于2min；電流調(diào)節(jié)范圍：66%~100%。
當(dāng)電動機出現(xiàn)斷相時，電動機各繞組的電流、流過熱繼電器的電流及熱繼電器保護狀況見表3
表3 電動機出現(xiàn)斷相時各繞組的電流、流過熱繼電器的電流及熱繼電器保護狀況
圖A 圖B 圖C
②熱繼電器用于保護重復(fù)短時工作制的電動機
對于重復(fù)短時工作制的電動機，例如起重電機，由于電動機不斷重復(fù)起動使得溫升加劇，熱繼電器雙金屬片的溫升跟不上電動機繞組的溫升，則電動機將得不到可靠的過載保護，電動機的過載保護不宜選用雙金屬片熱繼電器，而應(yīng)當(dāng)選用過電流繼電器或能反映出繞組實際溫度的溫度繼電器來實施保護。
③選擇用于重載起動電動機保護的熱繼電器
當(dāng)電動機起動慣性矩較大時，例如用于風(fēng)機、卷揚機、空壓機和球磨機等設(shè)備的電動機，其起動時間較長，一般在5s以上，甚至可達1min。為了使熱繼電器在電動機起動期間不動作，可采用以下電動機重載起動的熱繼電器配套方法。
a、配套方法一：熱繼電器經(jīng)過飽和電流互感器接入(說明：電動機重載起動時間一般在20~30s，最長可達40s)。
b、配套方法二：起動時利用接觸器將熱繼電器熱元件接線端子短接，正常運行時再斷開接觸器(說明：用于長時間的起動，需要配套時間繼電器，可用于反復(fù)起動過程。電動機起動時熱繼電器無法進行過載保護)。
c、配套方法三：熱繼電器經(jīng)過電流互感器接入，起動時間用中間繼電器將繼電器熱元件接線端子短接，正常運行時再斷開中間繼電器(說明：用于長時間的起動，需要配套時間繼電器，可用于反復(fù)起動過程。電動機起動時熱繼電器無法進行過載保護)。
d、采用脫扣級別為30的熱繼電器(說明：用于長時間的起動，需要配套時間繼電器，可用于反復(fù)起動過程。電動機起動時熱繼電器無法進行過載保護)。
注：配套方法二和配套方法三可用普通熱繼電器和普通電流互感器。
4、熱繼電器及交流接觸器與執(zhí)行短路保護的元件之間的配合關(guān)系
對于電動機主電路，一般主元件的配置中用斷路器或熔斷器進行短路保護，用交流接觸器控制電動機的合分和運行，用熱繼電器對電動機實施過載保護。
當(dāng)電動機或者電動機回路引至電動機的電纜發(fā)生短路時，短路電流將流過短路保護元件(斷路器或者熔斷器)，也流過交流接觸器和熱繼電器，但只有短路保護元件才能切斷短路電流，而交流接觸器和熱繼電器只能承受短路電流的沖擊。
為此，執(zhí)行短路保護的元件和交流接觸器、熱繼電器之間需要有短路保護協(xié)調(diào)配合。關(guān)于短路保護協(xié)調(diào)配合昌暉儀表網(wǎng)將在《接觸器與短路保護低壓電器間的協(xié)調(diào)配合形式試驗》中詳細介紹。
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