4.9 热继电器

热继电器是用来对负载（通常为三相交流异步电动机）进行过载保护常用的一种装置。

4.9.1 热继电器的类型

在热继电器中，用得最多、最普遍的是双金属式热继电器。双金属式热继电器有各种不同的系列产品。主要区别在于：极数、控制触头型号、复位方式、有无温度补偿、有无电流调节装置、有无断相保护功能、有无专用配套电流互感器等。热继电器根据分类方式的不同有以下类型。

1. 根据极数分类

热继电器根据极数分类，可分为单极、两极和三极共三种类型。热继电器电流调整范围一般为1～1.6，，调节范围越大，热元件的规格就越少，选择使用也就越方便。

2. 根据复位方式分类

从复位方式上看，热继电器又可分为自动和手动复位两种。自动复位只需一对常闭触头，使用比较方便；手动复位需要一对常开触头和一对常闭触头，结构比较复杂，但安全可靠性较高。

由于三相交流异步电动机断相保护的需要，有些热继电器还设置了断相保护功能。少数热继电器（例如JR9系列产品）还设置了短路保护功能，以实现短路保护用。

4.9.2 热继电器的类型及电路图形符号

常用的热继电器有 JRO 系列、JRS 系列、T系列、JR16 系列、JR20 系列等，用得最多的是 JR16与JR20系列，这两大系列热继电器的主要参数见表4-45与表4-46所列，适用于交流电压50Hz、500V以下的电气装置中，作为长期或间断长期工作的交流电动机作过载保护。分为20 A、60 A、150 A三个等级，共有1～20号热元件，全部采用三相式结构，有带断相保护装置和不带断相保护装置两种规格。带有断相保护装置的热继电器能在三相电动机一相断线或三相电流严重不平衡时起保护作用。

热继电器在电路中，其热金属片两端串接于负载（通常为三相异步电动机，以下均同）的供电回路中，受金属片控制的触点串接于控制电路的供电通路中，单极、双极与三极热继电器的电路图形符号如图4-35所示，在电路中通常用字母“FT”或“FR”表示。

4.9.3 热继电器的特点

热继电器主要由热元件、双金属片和触头三部分组成。热元件直接串接或间接串接在电动机定子绕组电路中，反映了电动机定子绕组电流的大小。热继电器双金属片的加热方式主要有：直接加热、间接加热和复合式加热三种。

双金属片是将等长的具有不同线膨胀系数的两种金属以机械方式碾压后形成一体制成的。受热时，线膨胀系数大的一面——主动层产生较大的延伸，线膨胀系数小的一面——从动层延伸量较小，这样导致它们由平直状态变为弯曲状态，主动层向从动层方向发生弯曲，这就是双金属片受热时弯曲形变的工作机理。

热继电器双金属片主动层多采用铁镍合金、高锰合金等材料，线膨胀系数为：

a1=（13～20）×10-6（1/℃）

从动层采用铁镍类合金（殷钢），线膨胀系数为：

a1=（1～2）×10-6（1/℃）

若需电动机再次起动，一般需经30 s后，待双金属片冷却并恢复原状时，按下复位按钮，使热继电器的常闭触点闭合，然后再起动电动机。过载电流与动作时间的关系，即热继电器的保护特性见表4-47所列。

对带断相保护装置的热继电器，其保护特性不仅要满足表4-47的要求，还必须同时满足表4-48、表4-49的要求。热继电器额定电流与断相保护动作时间关系见表4-48所列，热继电器保护类型，额定电流倍数与动作时间关系见表4-49所列。

4.9.4 热继电器的选择

热继电器的保护对象是电动机，故选用时应了解电动机的技术性能、起动情况、负载性能以及电动机允许过载能力等。

1. 长期稳定工作的电动机

对于长期稳定工作的电动机，可按电动机的额定电流选用热继电器。取热继电器整定电流的0.95～1.05倍或中间值等于电动机额定电流。使用时，要将热继电器的整定电流调至电动机的额定电流值。

2. 应考虑电动机的绝缘等级及结构

由于电动机绝缘等级不同，其容许温升和承受过载的能力也不同。同样条件下，绝缘等级越高，过载能力就越强。即使所用绝缘材料相同，但电动机结构不同，在选用热继电器时也应有所差异。例如，封闭式电动机散热比开启式电动机差，其过载能力比开启式电动机低，热继电器的整定电流应选为电动机额定电流的69%～80%。

3. 应考虑电动机的起动电流和起动时间

电动机的起动电流一般为额定电流的5～7 倍。对于不频繁起动、连续运行的电动机，在起动时间不超过6s的情况下，可按电动机的额定电流选用热继电器。

4. 若用热继电器作电动机缺相保护，应考虑电动机的接法

（1）对于Y形接法的电动机，当某相断线时，其余未断相绕组的电流与流过热继电器电流的增加比例相同。一般的三相式热继电器，只要整定电流调节合理，是可以对Y形接法的电动机实现断相保护的。

（2）对于△形接法的电动机，当某相断线时，流过未断相绕组的电流与流过热继电器的电流增加比例则不同。也就是说，流过热继电器的电流不能反映断相后绕组的过载电流。

因此，一般的热继电器，即使是三相式，也不能为△形接法的三相异步电动机的断相运行提供充分保护。此时，应选用JR20型或T系列这类带有差动断相保护机构的热继电器。

5. 应考虑具体工作情况

若要求电动机不允许随便停机，以免遭受经济损失，只有发生过载事故时，方可考虑让继电器脱扣。此时，选取热继电器的整定电流应比电动机额定电流偏大一些。

热继电器只适用于不频繁起动、轻载起动的电动机进行过载保护。对于正、反转频繁转换以及频繁通断的电动机，如起重用的电动机就不宜采用热继电器作过载保护。

6. 普通热继电器的应用场合

普通热继电器适用于负荷比较稳定、连续运行电动机的过载保护。使用时可选择热继电器的额定电流等于电动机额定电流或与额定电流相近，再用电流调节装置调整到与电动机额定电流相等。

7. 重负载类电动机继电器的选用

对于驱动惯性巨大的重负载类（如空压机、卷扬机、鼓风机等）电动机，起动时间常数在 5s以上。为使热继电器在起动过程中不动作，应使用带饱和电流互感器的热继电器。用此类互感器接入后，可使6倍整定电流时的动作时间达到10 s以上。

另外，为了使普通热继电器适用于起动时间长的要求，可以采用增加附属装置的方法，在起动过程中将热继电器短接，待起动完成后才将热继电器接入到主电路中。

8. 温度补偿类热继电器的选用

热继电器可分为有温度补偿和无温度补偿两类。没有温度补偿的热继电器保护性能较好，通常适用于与电动机环境温度变化不大的地方。有温度补偿的热继电器，通常适用于温度变化较大的地方。应根据生产的现场具体情况加以选择。

9. 热继电器型号规格的选择

按额定电流选择热继电器的型号规格时，可按以下公式确定：

IRe=（0.95～1.05）Ide

式中

IRe——热继电器的额定电流（A）。

Ide——电动机的额定电流（A）。

10. 热继电器热元件编号和额定电流的选择

按所需要的整定电流选择热元件的编号和额定电流时，对于电动机保护，可按电动机额定电流值在所选的热元件的电流调节范围内来确定其编号，即整定电流要留有一定的上、下调整范围。

对于无温度补偿的热继电器，如环境温度不是生产厂家规定的+35℃时，应按以下公式校正电流值：

It=I35（95—t/60）

式中

It——环境温度为t℃时的电流（A）。

I35——热继电器在35℃时额定电流（A）。

t——环境温度（℃）。

11. 两相式与三相式热继电器的选择

一般情况下，两相式热继电器与三相式热继电器具有相同的效果，但两相式热继电器接线和调试简单，价格便宜，宜优先选用。但对于定子绕组经常一相断线，多台电动机的功率差别比较显著，电源电压显著不平衡的场合，不宜选用两相式热继电器。

当采用热继电器作断相保护时，对于星形连接的电动机，可采用一般的三相式热继电器；对于三角形连接的电动机，应采用带断相保护装置的热继电器。

12. 热继电器保护特性的选择

选择热继电器时，原则上一定要使热继电器的保护特性位于电动机过载特性的下方，尽可能接近，甚至重合，但需注意这两种特性曲线都有误差。在热继电器与控制电路串联使用时，不可按接触器等的容量来选热继电器，它们之间并无任何内在的联系。

13. 热继电器返回时间的确定

热继电器返回时间的确定，可根据电动机的起动时间，按大于或等于3s、5s、8s返回时间，选取6倍额定电流下的具有相应可返回时间的热继电器。

一般热继电器在6倍额定电流下的可返回时间与动作时间有如下的关系：

t1=（0.5～0.7）ta

式中

t1——热继电器在6倍额定电流下的可返回时间（s）。

ta——热继电器在6倍额定电流下的动作时间（s）。

14. 要考虑机械负载的性质

电动机的机械负载是各式各样的，这点是由它的工作要求确定的。对于反复短时工作的电动机，正反转及点动工作频繁的电动机不宜采用热继电器保护，可选用埋入电动机绕组的温度继电器或热敏电阻来保护，或者采用电动机多功能保护器来保护。

15. 连接线的选择

热继电器的连接线除导电外，还起导热作用。如果连接线太细，则连接线产生的热量会传到双金属片上，加上发热元件沿导线向外散热少，从而缩短了热继电器的脱扣动作时间。反之，如果采用的连接线过粗，则会延长热继电器的脱扣动作时间。

因此，选用热继电器的连接导线时，选用导线的截面积既不可太细或太粗，导线的长度也不能过长，应尽量按其使用说明书上规定的或相近的值选用。

安装时，连接导线应采用铜芯导线，并按规定选用。若采用铝线时，导线截面积应放大约1.8倍，且端头必须进行适当的处理。一般热继电器连接导线可按以下要求选择：

（1）热继电器额定电流在10 A以下时，可用2.5 mm2单芯塑料铜线；

（2）热继电器额定电流在20 A以下时，可用4 mm2单芯塑料铜线；

（3）热继电器额定电流在60 A时，可用16 mm2多股橡皮铜芯软线；

（4）热继电器额定电流在150 A时，可用35 mm2多股橡皮铜芯软线。

4.9.5 热继电器的安装与使用

热继电器安装的方向、使用环境和所用连接线都会影响其动作性能，安装时应引起注意。

1. 热继电器的安装方向

热继电器的安装方向很容易被人忽视。热继电器是电流通过发热元件发热，推动双金属片动作。热量的传递有对流、辐射和传导三种方式。其中对流具有方向性，热量自下向上传输，所以安放的方向很重要。

（1）如果发热元件在双金属片的下方，双金属片就热得快，动作时间短。

（2）如果发热元件在双金属片的旁边，双金属片热得较慢，热继电器的动作时间长。

（3）当热继电器与其他电器装在一起时，应装在电器下方且远离其他电器50 mm以上，以免受其他电器发热的影响。

热继电器的安装方向应按产品说明书的规定进行，以确保热继电器在使用时的动作性能一致。

2. 使用环境

使用环境主要是指环境温度，它对热继电器动作的快慢影响较大。热继电器周围介质的温度，应和电动机周围介质的温度相同，否则会破坏已调整好的配合情况。例如：

当电动机安装在高温处，而热继电器安装在温度较低处时，热继电器的动作将会滞后（或动作电流大）；反之，其动作将会提前（或动作电流小）。

（1）对于没有温度补偿的热继电器，应在热继电器和电动机两者环境温度差异不大的地方使用。

（2）对于具有温度补偿的热继电器，可用于热继电器与电动机两者环境温度有一定差异的地方，但应尽可能减小因环境温度变化带来的影响。

3. 对于可调自动复位和手动复位的热继电器应根据具体情况进行设置

对于较为重要的设备，在热继电器动作脱扣后，须对电动机和拖动设备状态进行检查，以便发现问题及时处理。为防止热继电器再次脱扣，应尽量采用手动复位；若热继电器和接触器的安装地点远离操作场所，而从工艺上看过载的可能性又比较大，且不易发现过载的情况下，才采用自动复位方式。

4. 热继电器热元件电流与电动机的电流应相适应

热继电器本身电流等级并不多，但热元件编号较多，使用时应使热元件的电流与电动机的电流相适应。例如：

对于交流380V、10 kW三相电动机，根据负载性质等来考虑，按照额定电流相等的原则，可选用JR15—60型热继电器和14号热元件，其电流整定范围为15～20～24 A，先整定在20 A上，若在使用中发现经常提前动作，可改为整定在24 A一挡；反之，若发现电动机温升较高，而热继电器却滞后动作，则可改为整定在15 A一挡上。

5. 热继电器周围介质温度

热继电器周围介质的温度，原则上应和电动机周围介质的温度相同，否则势必要破坏已调整好的配合情况。如当电动机安装在接近高温处，而热继电器却安装在通风较好及周围介质温度较低处时，热继电器的动作将会滞后；反之，热继电器的动作将会提前。

6. 定期去污除尘

使用中，应定期去除热继电器上的污垢和尘埃。但不得使用砂纸打磨触点及双金属片，以免动作特性发生变化。

检查时，可试拨动作机构，检查热继电器的动作是否可靠，复位开关是否灵活，部件是否松动等。

7. 每年通电检验一次

热继电器装机在使用过程中，每年应通电校验一次，检查热元件和双金属片是否发生变形，如果双金属片变形后动作不准，只可做通电试验或调整其可调部分，绝不允许弯折双金属片。

8. 注意触头控制的电路

热继电器具有带公共接点的一常开一常闭触头，通常常闭触头用于控制电路中，常开触头用于信号电路中，热继电器触点的通断能力见表4-50所列，工作时不得超过触头极限参数。

4.9.6 热继电器故障检修方法

1. 热继电器常见故障产生原因及处理方法

热继电器常见故障产生原因及处理方法见表4-51所列。

2. 热继电器整定电流调整方法

热继电器的整定电流是指热继电器长期不动作的电流。整定电流的大小可以通过电流调节装置来调整。通常，在更换完热继电器以后，一定要进行整定值电流的调节和复位方式的设置。

（1）整定值的调节方法

转动整定值调节钮，钮的某一刻度对准热继电器外标示的“凹槽”标志。该刻度值即为热继电器的整定值，整定值应等于电动机的额定电流值。

（2）复位方式的调整方法

用一字形改锥伸入热继电器侧下部的调节孔，调节复位方式调节螺钉，其调节规律为：

① 顺时针调节螺钉到底，为自动复位方式（切断电源一段时间后，常闭触点自动闭合）。

② 逆时针调节螺钉，使螺钉旋出一定距离，为手动复位方式（必须按下复位按钮，常闭触头才能闭合）。

热继电器发生过载保护多是因为电源、线路、负载等有故障。为确保排除故障后热继电器触头才能闭合，一般将复位方式设置为手动方式。

采用热继电器作断相保护使用时，对于星形连接的电动机，可选用一般的3级热继电器；对于三角形连接的电动机，应采用带断相保护装置的热继电器。