열동계전기(Thermal Relay)의 구조 및 기능

열동계전기(Thermal Relay)의 구조 및 기능

 

1. 열동계전기의 개요

전동기에 유입되는 전류로 릴레이의 열선을 가열하여 그 열에 의해 바이메탈의 만곡작용을 이용하여 접점을 개폐하고 전자개폐기를 개로하는 구조로 되어있다. 그림1에서 보는 바와 같이 열동소자(heater와 bimetal)가 2개인 경우가 대부분인데 3상모터 보호목적으로는 2소자만으로 충분하나 상 보호기능까지 요구되면 반드시 3상 각각에 열동소자가 필요하게 된다.

1) 이론상으로는 보호하고자 하는 전동기에 흐른 전류의 크기에 상응하여 전동기의 권선온도를 간접적으로 검지하여 Thermal Relay의 열동소자 온도와 전동기 온도가 비례관계에 따라 온도 매칭에 의해 릴레이가 동작하여 전동기의 소손을 정확히 보호한다고 생각하고 있다.

 

2) 그림1에서 보는 바와 같이 온도보상용 바이메탈이 설치되어 있어 주위온도 보상은 될 수 있으나 보증할 수 있는 사용온도의 한계는 40℃로 되어 있어 설치장소에 따라 온도의 변화폭이 커서 실무현장에서는 주위온도와 모터별 냉각방식에 따라 Factor가 일정하지 않으므로 신뢰성을 인정하기가 매우 어려운 실정이다.

 

3) 그림 2에서 보는 바와 같이 결상 보호용 Thermal Relay(2E-relay)가 개발되어 활용되고 있는바 결상검출은 건전상과 결상상의 주 바이메탈의 만곡차를 이용하여 이 차를 정도가 높게 제 1Lever 및 제2 Lever, 차동 Lever가 조합된 차동 증폭기구에 의해 동작된다.

 

2. 열동계전기의 동작원리

· 무 통전시 : 변화없음

· 정격부하 통전시 :

각 상의 바이메탈이 부하전류에 의해 "a" 만큼 만곡해서 제1Lever와 차동 Lever를 동시에 좌로 "a"만큼 평행이동 시키지만 접점은 개방되지 않는다. 이것은 열동계전기의 부하전류에 의한 포화온도 상태를 의미하며 과부하동작을 위해 바이메탈이 예열되어 있다고 볼 수 있다.

· 삼상 과부하동작시 :

과전류에 의해 정격부하 통전시보다 "b" 만큼 평행 이동되어 접점이 개방된다.

· 결상동작시("예" T 상 결상의 경우) :

T상의 바이메탈은 만곡하지 않고 R,S상의 바이메탈은 " a"만큼 만곡되고 이 "a"가 차동 Lever에 의해 Y/X배 증폭되어 접점은 빨리 개방한다. 따라서 결상시에는 삼상 과부하동작시보다 작은 전류에 의해서도 동작하게 된다.

 

3. 열동계전기의 구조 및 기능

열동계전기의 구조는 그림1과 같으며 아래와 같은 기능을 가지고 있다.

1) 검출방법

모터의 부하전류를 히터의 열에 의해 검출하여 바이메탈을 만곡시킨다.

 

2) 트립동작

바이메탈이 만곡하여 연동판, 작동레버에 의해 전달되어 과부하접점을 개방한다.

 

3) Reset동작

Reset Button에 의해 접점을 복귀시킨다

 

4) 주위온도보정

보조 바이메탈에 의해 주위 외기온도 영향을 보정한다.

 

5) Dial조정

조정 Dial의 중심전류표시에 대한 ±20% 범위로 조정이 가능하다.

 

4. 열동계전기의 성능과 특성

1) 성능

한국 공업규격 교류전자개폐기에 의하면 그 성능을 다음과 같이 보장하고 있다.

 

[표1] 시동특성(cold start) 열동소자가 냉각된 상태에서 직접 시동된 경우의 동작특성

◆ 참고규격

- JEM 1355 : 3상 유도전동기용 보호계전기 통칙

- JEM 1356 : 3상 유도전동기용 열동형 및 電磁형 보호계전기

- IEC 292-1 : Low Voltage Starters(저압시동기)

◆ 과부하 특성(Hot Start) : 정격운전중에 과부하된 경우 동작특성

 

2) 특성

그림 3과 같이 과부하 특성과 결상보호 특성으로 분류된다.