Gdy silnik elektryczny zaczyna pracować pod zbyt dużym obciążeniem, samo zabezpieczenie zwarciowe nie wystarczy. Przekaźnik termiczny pomaga wykryć długotrwały wzrost prądu i wyłączyć stycznik, zanim uzwojenia silnika zostaną przegrzane. Wyjaśniam, jak działa to zabezpieczenie, jak je dobrać, podłączyć i rozpoznać sytuacje, w których potrzebne jest inne rozwiązanie.
Najważniejsze informacje o ochronie silnika przed przeciążeniem
- Główne zadanie to ochrona silnika przed skutkami długotrwałego przeciążenia i zaniku fazy.
- Nastawę prądu dobiera się przede wszystkim do prądu znamionowego z tabliczki silnika.
- Klasa 10 sprawdza się przy standardowych rozruchach, a klasy 20 i 30 przy rozruchach ciężkich.
- Urządzenie zwykle działa razem ze stycznikiem, ponieważ samo nie rozłącza głównego obwodu silnika.
- Nie zastępuje zabezpieczenia zwarciowego ani czujnika temperatury uzwojeń.
Co dokładnie robi to zabezpieczenie
W automatyce przemysłowej określenie przekaźnik termiczny najczęściej oznacza przekaźnik przeciążeniowy silnika. Jego zadaniem jest kontrolowanie prądu płynącego do odbiornika i reagowanie wtedy, gdy obciążenie utrzymuje się zbyt długo.
Najczęściej spotykany model ma elementy bimetalowe. Prąd przepływający przez grzałki nagrzewa bimetal, a jego odkształcenie powoduje przełączenie styków pomocniczych. Te styki rozłączają obwód cewki stycznika, który odcina zasilanie silnika. Im większe przeciążenie, tym krótszy czas zadziałania.
To ważne rozróżnienie. Zabezpieczenie nie reaguje jak zwykły termostat mierzący temperaturę powietrza. Ocenia przede wszystkim efekt cieplny prądu przepływającego przez obwód. Dlatego dobrze chroni przed przeciążeniem wynikającym na przykład z zablokowanej pompy, zbyt ciężkiej pracy wentylatora lub mechanicznego oporu.
W praktyce nie jest to urządzenie do samodzielnego rozłączania dużego prądu zwarciowego. Przed nim trzeba zastosować odpowiedni wyłącznik nadprądowy, bezpieczniki lub zabezpieczenie silnikowe. Przekaźnik przeciążeniowy i zabezpieczenie zwarciowe pełnią różne funkcje i dopiero razem tworzą sensowny układ ochrony.
Jak działa w układzie ze stycznikiem
W typowym układzie trzy przewody fazowe przechodzą przez tor główny urządzenia, a styki pomocnicze są włączone w obwód sterowania stycznika. Najczęściej spotykany zestaw zacisków to 95-96 jako styk normalnie zamknięty oraz 97-98 jako styk normalnie otwarty. Po przeciążeniu pierwszy rozłącza sterowanie, a drugi może uruchomić lampkę lub sygnał alarmowy.
Po zadziałaniu zabezpieczenie trzeba zresetować ręcznie albo pozwolić mu na reset automatyczny, jeśli producent i charakter instalacji na to zezwalają. W maszynach, pompach i układach, w których niekontrolowany ponowny start mógłby stworzyć zagrożenie, zdecydowanie preferuję reset ręczny.
Co dzieje się podczas zaniku fazy
Przy zaniku jednej fazy silnik trójfazowy może nadal próbować pracować, ale pozostałe uzwojenia zostają nadmiernie obciążone. Dobre modele mają funkcję czułości na asymetrię lub zanik fazy, dzięki czemu reagują szybciej niż przy zwykłym, równomiernym przeciążeniu.
Nie każdy tani model zapewnia identyczny poziom ochrony. Przy zakupie trzeba sprawdzić kartę katalogową, a nie tylko nazwę produktu. Szukam w niej informacji o wyzwalaniu różnicowym, zakresie temperatury pracy i sposobie montażu.
Dlaczego urządzenie czasem wyłącza silnik dopiero po kilku minutach
Jest to normalne dla charakterystyki przeciążeniowej. Zabezpieczenie ma tolerować krótki prąd rozruchowy, który w silniku indukcyjnym może być wielokrotnie większy od prądu znamionowego. Nie powinno więc wyłączać silnika natychmiast po każdym uruchomieniu.
Czas zależy od wielkości przeciążenia i od tego, czy element bimetalowy jest już rozgrzany. Rozgrzane urządzenie zadziała szybciej. Trzeba też pamiętać, że wartości z katalogu są określane w warunkach testowych, dlatego rzeczywisty czas może zależeć od temperatury w rozdzielnicy i liczby obciążonych torów.
Jak dobrać zakres i nastawę prądu
Pierwszym źródłem informacji powinna być tabliczka znamionowa silnika. Odczytaj prąd dla konkretnego napięcia i sposobu połączenia uzwojeń. Następnie wybierz model, którego zakres regulacji obejmuje tę wartość, najlepiej bez ustawiania pokrętła na skrajnym końcu skali.
Przykład jest prosty. Jeżeli silnik pobiera 8,4 A przy napięciu 400 V, odpowiedni może być model o zakresie 7-10 A. Nastawę ustawia się w pobliżu 8,4 A, a nie na 10 A tylko dlatego, że jest to maksymalna wartość urządzenia.
| Parametr | Na co zwrócić uwagę | Dlaczego ma znaczenie |
|---|---|---|
| Zakres prądu | Musi obejmować prąd znamionowy silnika | Chroni przed zbyt wczesnym lub zbyt późnym zadziałaniem |
| Klasa wyzwalania | 10A, 10, 20 albo 30 | Decyduje o tolerowaniu prądu rozruchowego |
| Liczba faz | Układ jednofazowy lub trójfazowy | Wpływa na sposób pomiaru i ochronę przed zanikiem fazy |
| Reset | Ręczny, automatyczny lub wybieralny | Określa, czy silnik może uruchomić się ponownie bez operatora |
| Kompatybilność | Stycznik, sposób montażu i zaciski | Decyduje o poprawnym połączeniu mechanicznym i elektrycznym |
Klasa wyzwalania a trudność rozruchu
Klasa wyzwalania określa, jak długo zabezpieczenie może tolerować określony prąd rozruchowy. Według objaśnień Schneider Electric przy przeciążeniu wynoszącym około sześciokrotność nastawy klasa 10 reaguje w czasie do około 10 sekund, a klasa 20 i 30 pozwala na odpowiednio dłuższy rozruch.
| Klasa | Typowe zastosowanie | Przykładowe urządzenia |
|---|---|---|
| 10A | Bardzo lekki i krótki rozruch | Małe wentylatory, lekkie napędy |
| 10 | Standardowy rozruch | Pompy, sprężarki i większość typowych silników |
| 20 | Rozruch wydłużony lub wymagający większego momentu | Niektóre przenośniki i maszyny warsztatowe |
| 30 | Ciężki rozruch | Napędy o dużej bezwładności i wysokim momencie startowym |
Wybór wyższej klasy nie jest automatycznie lepszy. Zbyt wysoka klasa może opóźnić reakcję na rzeczywiste przeciążenie. Zbyt niska będzie natomiast wyłączać silnik podczas każdego startu. Najlepiej zmierzyć czas rozruchu i porównać go z charakterystyką konkretnego modelu.
Jeżeli silnik startuje przez kilka sekund, klasa 10 zwykle wystarcza. Gdy rozruch trwa kilkanaście sekund albo odbywa się pod dużym obciążeniem, trzeba rozważyć klasę 20 lub 30. Przy częstych rozruchach i zmiennym obciążeniu rozsądniejszy może być elektroniczny przekaźnik przeciążeniowy, który dokładniej analizuje prąd i często oferuje więcej ustawień.
Najczęstsze błędy przy montażu i eksploatacji
Najpoważniejszym błędem jest ustawienie prądu „na zapas”. Jeśli silnik ma prąd znamionowy 6,2 A, nastawa 8 A nie poprawi jego ochrony. Tylko zwiększy ryzyko przegrzania uzwojeń, zanim układ zareaguje.
- Dobór wyłącznie po mocy zamiast po prądzie z tabliczki znamionowej.
- Brak sprawdzenia, czy urządzenie jest przeznaczone do danego stycznika.
- Podłączenie styku pomocniczego poza obwodem cewki stycznika.
- Ustawienie resetu automatycznego w maszynie, która po powrocie zasilania może ruszyć bez ostrzeżenia.
- Traktowanie tego zabezpieczenia jako ochrony zwarciowej.
- Kasowanie zadziałania bez znalezienia przyczyny przeciążenia.
Powtarzające się wyłączenia zwykle nie oznaczają, że trzeba zamontować mocniejszy model. Przyczyną może być zatarte łożysko, zablokowana pompa, zbyt napięty pas, zabrudzony filtr, spadek napięcia albo brak jednej fazy. W pierwszej kolejności sprawdzam prądy na wszystkich fazach, stan mechaniczny napędu i temperaturę silnika.
Przeczytaj również: EtherCAT w automatyce - jak działa i kiedy warto go wybrać?
Kiedy zwykły model nie wystarczy
Klasyczne zabezpieczenie reaguje na prąd, a nie bezpośrednio na temperaturę uzwojeń. Może więc nie wykryć przegrzania spowodowanego bardzo wysoką temperaturą otoczenia, słabą wentylacją lub pracą silnika samowentylowanego przy niskiej prędkości.
W takich warunkach lepsze będzie połączenie z czujnikami PTC w uzwojeniach albo zastosowanie elektronicznego układu monitorującego temperaturę. To droższa opcja, ale przy kosztownych silnikach i pracy ciągłej często daje znacznie pewniejszą ochronę.
Przekaźnik przeciążeniowy czy wyłącznik silnikowy
Oba rozwiązania chronią silnik, ale nie są tym samym. Przekaźnik przeciążeniowy współpracuje ze stycznikiem i zazwyczaj nie rozłącza samodzielnie torów głównych. Wyłącznik silnikowy ma własny mechanizm rozłączający, a często także człon zwarciowy i możliwość ręcznego odłączania obwodu.
| Cecha | Przekaźnik przeciążeniowy | Wyłącznik silnikowy |
|---|---|---|
| Współpraca ze stycznikiem | Zwykle konieczna | Nie zawsze potrzebna |
| Ochrona przed przeciążeniem | Tak | Tak |
| Ochrona zwarciowa | Wymaga osobnego zabezpieczenia | Często zintegrowana |
| Zdalne sterowanie | Bardzo wygodne w układzie ze stycznikiem | Ograniczone, zależnie od modelu |
| Typowe zastosowanie | Automatyka, rozruszniki, układy sterowania | Proste napędy i lokalna ochrona silnika |
Do układu z częstym startem, zatrzymaniem i sterowaniem z kilku miejsc wybrałbym stycznik z odpowiednio dobranym zabezpieczeniem przeciążeniowym. Do małego napędu uruchamianego lokalnie wyłącznik silnikowy może być prostszy i bardziej kompaktowy. Ostateczny wybór zależy od schematu sterowania, prądu zwarciowego w instalacji i wymagań maszyny.
Jak podejść do doboru bez zgadywania
Najbezpieczniejsza procedura zajmuje kilka minut. Najpierw odczytaj prąd znamionowy, napięcie i sposób połączenia silnika. Potem sprawdź czas rozruchu, wybierz zakres obejmujący prąd znamionowy, dopasuj klasę wyzwalania i zweryfikuj współpracę ze stycznikiem.
Po montażu zmierz prąd na każdej fazie przy normalnym obciążeniu. Różnice nie powinny być ignorowane, bo równomierna praca jednej fazy nie oznacza jeszcze, że cały silnik jest w dobrym stanie. Jeżeli zabezpieczenie wyzwala bez wyraźnej przyczyny, nie zwiększaj nastawy w ciemno.
W mojej ocenie największą różnicę robi nie sama marka urządzenia, lecz prawidłowa nastawa i analiza przyczyny przeciążenia. Dobrze dobrany model nie powinien być traktowany jak przycisk resetu problemu, tylko jako ostatnia warstwa ochrony przed kosztowną awarią.
Mały element, który decyduje o trwałości napędu
Termiczne zabezpieczenie przeciążeniowe ma prostą zasadę działania, ale wymaga poprawnego doboru. Prąd z tabliczki, klasa rozruchowa, ochrona przed zanikiem fazy i sposób resetowania są ważniejsze niż przypadkowy wybór urządzenia o większym zakresie.
Jeżeli silnik pracuje w trudnych warunkach, często się uruchamia albo jest szczególnie kosztowny, rozważ zabezpieczenie elektroniczne i czujniki temperatury uzwojeń. W typowym układzie warsztatowym dobrze dobrany przekaźnik przeciążeniowy, stycznik oraz ochrona zwarciowa tworzą jednak sprawdzony i skuteczny zestaw.
