اضافه بار را به عنوان یکی از مهم ترین خطراتی که ممکن است برای مصرف کننده ایجاد شود، می شناسیم. در صورت عدم تشخیص به موقع اضافه بار باید منتظر عواقب سنگین مالی باشیم.
در شرایط اضافه بار، مصرف کننده جریان زیادی از شبکه دریافت کرده و گرمای زیاد ناشی از جریان را تجربه می کند. در این حالت، آسیب‌های مکانیکی مصرف کننده امری بدیهی خواهد بود. بنابراین برای تشخیص به موقع اضافه بار به مکانیزمی نیاز داریم که در زمان مناسب، باعث قطع مدار شود.
در صنعت این مکانیزم را تحت عنوان رله اضافه بار می شناسیم. یکی از مهم ترین انواع رله های اضافه بار، رله اضافه بار حرارتی یا بیمتال است؛ اما بیمتال چیست؟ چگونه کار می کند؟ چه مزایا و معایبی دارد؟ با ما همراه باشید تا در این مقاله به این سوالات پاسخ دهیم.
اضافه بار چیست ؟
هر تجهیزی دارای یک توان مشخص است. اگر توان مصرفی در مصرف کننده بیش از توان نامی باشد، اصطلاحا اضافه بار رخ داده است. در شرایط اضافه بار، مصرف کننده جریانی بیش از جریان نامی را از شبکه دریافت کرده و گرم شدن بیش از حد تجهیز اولین واکنش به اضافه بار خواهد بود.
در صورتی که اضافه بار به موقع تشخیص داده نشود، آسیب هایی جدی در انتظار مصرف کننده خواهد بود. بنابراین برای تشخیص این چالش و جلوگیری از آسیب های اضافه بار، از تجهیزی به نام رله اضافه بار استفاده می شود.
انواع رله های اضافه بار
رله های اضافه بار تجهیزاتی هستند که با ارسال فرمان قطع از مدار در برابر صدمات ناشی از اضافه بار حفاظت می کنند. رله های اضافه بار را می توان بر اساس مکانیزم قطع به سه دسته تقسیم کرد.
رله اضافه بار حرارتی، رله اضافه بار مغناطیسی و رله اضافه بار الکتریکی دسته بندی رله های اضافه بار هستند. در این مقاله به بررسی رله های اضافه بار حرارتی یا بیمتال می پردازیم.
شکل 1- رله اضافه بار حرارتی (بیمتال)
رله اضافه بار حرارتی یا بیمتال چیست؟
رله اضافه بار تجهیزی است که با مانیتورینگ جریان، از مدار در برابر آسیب های ناشی از اضافه بار محافظت می‌‌کند. یعنی، اگر مدار جریانی بیش از حد مجاز داشته باشد، با ارسال فرمان کنترلی، باعث قطع مدار می شود.
رله های اضافه بار حرارتی اجازه اضافه بارهای موقت بی ضرر (مانند راه اندازی موتور) را بدون ایجاد اختلال در مدار می دهند. اما اگر بار به اندازه‌ای زیاد باشد که باعث آسیب به مدار شود، اتصال آن را قطع می کند. این تجهیز پس از حذف اضافه بار قابل تنظیم مجدد است.
با انتخاب نوع مناسب رله اضافه بار حرارتی با عملکرد مناسب برای الکتروموتور ها، می توان از موتور در برابر آسیب هایی مانند خطای بیرینگ، خطای میله روتور، خطای سیم پیچ استاتور و خطای کوپلینگ شفت محافظت کرد.
شکل 2- رله اضافه بار حرارتی (بیمتال)
عامل اصلی قطع در بیمتال
بخش اصلی بی متال، از یک نوار فلزی متشکل از دو یا چند ماده با ضریب انبساط حرارتی متفاوت است، که توسط پرچ، لحیم کاری یا جوش به هم متصل شده اند. ضریب انبساط، یکی از ویژگی های اساسی هر ماده است. دو فلز مختلف، همیشه میزان انبساط حرارتی متفاوتی دارند.
در نوار بی متال، دو فلز مختلف به دلیل تفاوت در ضریب انبساط حرارتی هنگام گرم شدن، خم می شوند. لذا، تفاوت در جنس این فلزات و در نتیجه تفاوت در ضریب انبساط آن ها، عامل اصلی قطع در بی متال است.
شکل 3- عامل اصلی عملکرد بیمتال، انبساط دو فلز با ضریب انبساط متفاوت.
عملکرد بیمتال
عبور جریان از یک رسانا، گرما را در آن افزایش می دهد. پس بر اثر عبور جریان از رسانای بیمتال، رسانا گرم می شود. مطابق آنچه در قسمت عامل اصلی قطع در بیمتال بررسی کردیم، نوار فلزی که در مجاورت رسانا قرار گرفته است، گرما را دریافت کرده و منبسط می شود. مدار طی یک مکانیزم مکانیکی باز شده و جریان قطع می شود.
شکل 4- مکانیزم عملکرد بیمتال
اجزای اصلی بیمتال
ترمینال
سه ترمینال ورودی در بیمتال با نام های L1، L2 و L3 مشخص شده و به طور مستقیم به خروجی کنتاکتور متصل می شوند. سه ترمینال T1، T2 و T3 ترمینال های خروجی هستند. به عنوان مثال، برای حفاظت از موتور، ورودی آن به ترمینال های خروجی بیمتال متصل می شود.
دکمه تنظیم مجدد
این دکمه که برای تنظیم مجدد رله و رفع خطا استفاده می شود، در دو حالت دکمه انتخاب دستی یا تنظیم مجدد خودکار در دسترس است. وقتی بی متال عمل می کند کنتاکت های آن تغییر وضعیت می دهند، برای بازگرداندن کنتاکت های بی متال به حالت نرمال باید دکمه ریست (RESET) یا تنظیم مجدد را فشار دهیم.
هنگامی که حالت تنظیم مجدد خودکار انتخاب شود، آنگاه تنظیم رله به صورت خودکار قابل دستیابی خواهد بود. یعنی اگر بخواهیم پس از هر بار عملکرد، کنتاکت های بی متال به صورت خود کار به حالت اولیه باز گردند، باید دکمه تنظیم مجدد را روی حالت A(Automatic) قرار دهیم. در غیر این صورت پس از هر بار عملکرد، لازم است بی متال را به صورت دستی ریست کرد.
نوار فلزی
از نوارهای فلزی با دو جنس و دو ضریب انبساط متفاوت در این تجهیز استفاده می شود. این نوار با انبساط خود از دریافت گرما، باعث قطع مدار شده و حفاظت انجام می دهد.
رسانای عبور جریان
یک رسانا که معمولا در مجاورت نوار فلزی قرار می گیرد، با دریافت جریان گرم شده و گرمای خود را به نوار فلزی منتقل می کند. این رسانا در بعضی از رله های اضافه بار حرارتی به شکل سیم پیچی حول یک ماده نا رسانا است.
مکانیزم مکانیکی قطع
با انبساط نوار فلزی، به طور معمول یک تیغه تحت تاثیر مکانیکی انبساط نوار قرار گرفته و با جابجایی خود اتصال کنتاکت ها را قطع می کند.
شکل 5- ترمینال‌های بیمتال
کاربردهای بیمتال
رله های اضافه بار حرارتی یا بیمتال حفاظت اضافه بار برای موتور های تکفاز و سه فاز مانند پمپ ها، کمپرسور ها، میکسر ها، نوار نقاله، آسانسور و … را فراهم می کند.
پارامترهای انتخاب بیمتال
هنگام انتخاب یک بیمتال، پارامترهایی مانند محدوده جریان، ولتاژ نامی، کلاس قطع، ولتاژ نامی عایق، استانداردهای بین المللی، دمای هوای محیط، عملکرد دستی یا خودکار موثر خواهند بود.
شرایط فنی بیمتال
تنظیم جریان
رله اضافه بار حرارتی با استفاده از یک پتانسیومتر چرخشی با جریان نامی موتور تنظیم می شود. مقیاس پتانسیومتر دوار بر حسب آمپر کالیبره می شود.
تنظیم مجدد دستی و خودکار
هنگامی که تنظیم مجدد دستی انتخاب شده است، با فشار دادن دکمه “RESET” می توان مستقیماً روی دستگاه تنظیم مجدد انجام داد. هنگامی که تنظیم مجدد خودکار انتخاب شود، رله به طور خودکار بازنشانی می شود. تنظیم مجدد تا زمانی که زمان بازنشانی سپری نشده است، امکان پذیر نخواهد بود.
زمان خنک شدن
پس از قطع مدار به دلیل اضافه بار، مدت زمان مشخصی طول می کشد تا نوارهای دو فلزی بیمتال خنک شوند. رله اضافه بار فقط زمانی قابل تنظیم مجدد است که خنک شود.
دکمه تست
عملکرد صحیح رله اضافه بار حرارتی آماده را می توان با دکمه TEST آزمایش کرد. دکمه تست برای شبیه سازی خاموش شدن رله استفاده می شود. در طول این شبیه سازی، کنتاکت معمولا بسته (95-96) (Normally Closed) باز می شود و کنتاکت معمولا باز (97-98) (Normally Open) بسته می شود.
عملکرد توقف
با فشار دادن دکمه STOP، کنتاکت معمولا بسته، باز شده و کنتاکتور قطع می شود. بنابراین جریان بار قطع خواهد شد. با رها شدن دکمه STOP، بار از طریق کنتاکتور به مدار بر می گردد.
انواع بیمتال
بیمتال ها بر اساس کلاس قطع می توانند به کلاس های مختلف تقسیم شوند. کلاس قطع یعنی در 600٪ (6 برابر) حداکثر جریان، چقدر طول می کشد تا بیمتال قطع شود. رله‌‌های اضافه بار بر اساس این تعریف به چند کلاس تریپ رتبه‌بندی می‌شوند.
پس می توان تعریف کرد: زمان تریپ، یعنی مدت زمانی که طول می کشد تا رله در شرایط اضافه بار باعث قطع مدار شود. رایج ترین کلاس های تریپ کلاس 10، کلاس 20 و کلاس 30 هستند.
کلاس های تریپ طبق NEMA
استاندارد NEMA MG-1 4 نوع کلاس را تعریف می کند. رایج ترین کلاس ها در این استاندارد 5، 10، 20 و 30 هستند. رله های اضافه بار کلاس 5، 10، 20 و 30 به ترتیب در 5، 10، 20 و 30 ثانیه در 600 درصد جریان بار کامل باعث قطع خواهند شد.
برای مثال:
- بیمتال کلاس 10 باید مدار را در 10 ثانیه یا کمتر در 600 درصد جریان بار کامل خاموش کند.
- کلاس 5 معمولا برای بار هایی که به قطع سریع نیاز دارند، استفاده می شود.
- کلاس 10 معمولاً برای محافظت از موتور های پمپ شناور با ظرفیت حرارتی پایین استفاده می شود.
- کلاس 20 معمولاً برای کاربردهای عمومی کافی است.
- کلاس 30 معمولاً برای بارهای اینرسی بالا مورد نیاز است تا از خاموش شدن غیر ضروری جلوگیری کند.
کلاس های تریپ طبق IEC
این استاندارد زمان های قطع مربوط به 7.2 برابر Ir (جریان Ir حفاظت حرارتی) را تعیین می کند. زمان قطع در این استاندارد را می توان با جدول زیر توصیف کرد.
جدول زمان و کلاس تریپ در استاندارد IEC
| کلاس قطع | زمان قطع؛ Ti [ثانیه] برای 7.2Ir | زمان قطع؛ Ti [ثانیه] برای 7.2Ir ( باند E) |
| 2 | Ti ≤ 2 | |
| 3 | 2 < Ti ≤ 3 | |
| 5 | 0.5 < Ti ≤ 5 | 3 < Ti ≤ 5 |
| 10A | 2 < Ti ≤ 10 | |
| 10 | 4 < Ti ≤ 10 | 5 < Ti ≤ 10 |
| 20 | 6 < Ti ≤ 20 | 10 < Ti ≤ 20 |
| 30 | 0.5 < Ti ≤ 30 | 20 < Ti ≤ 30 |
| 40 | 30 < Ti ≤ 40 |
پارامتر 7.2Ir مضربی از جریان تنظیم شده روی رله است.”Ir” معمولاً با جریان نامی مصرف کننده “Ie” منطبق است، مقدار 7.2Ir ممکن است جریانی در نظر گرفته شود که مصرف کننده در مرحله راه اندازی از شبکه می کشد.
سایر کلاس های تریپ و زمان تریپ که با باند “E” نشان داده شده اند اخیراً در اصلاحیه‌ای از استاندارد IEC 60947-4-1 معرفی شده اند.
محدودیت های (حد بالا و پایین) تعیین شده برای “Ti” که زمان قطع رله حرارتی است، یعنی:
– حد پایین نشان دهنده حداقل زمانی است که رله نباید در آن خاموش شود تا در هنگام راه اندازی تداخل ایجاد نکند.
– حد بالایی زمانی است که رله مطمئناً در آن تحریک می شود.
مزایای بیمتال
- از گرم شدن بیش از حد موتور محافظت می کند.
- دستگاهی کم هزینه است.
- بیمتال دارای دکمه تست داخلی است، که برای عیب یابی استفاده می شود.
- برخی از رله های اضافه بار حرارتی دارای دکمه انتخاب کلاس تریپ هستند.
- دارای محدوده جریان گسترده و قابل تنظیم است.
- عملکرد ریست دارد (دستی یا اتوماتیک).
- می توان آن را مستقیماً روی یک کنتاکتور نصب کرد.
معایب بیمتال
- عملکرد قطع مستقیم ندارد و برای قطع مدار باید با سایر وسایل کلید زنی مانند کنتاکتور همراه شود.
- توانایی محافظت در برابر اتصال کوتاه را ندارد.
- نسبتا کُند عمل می کند.
- خنک شدن نوار فلزی بعد از عمل کردن ضروری است.
- در استارت های سنگین عملکرد خوبی ندارد.
جمع بندی
در این مقاله با تجهیزی به نام رله اضافه بار حرارتی یا بیمتال آشنا شدیم. این تجهیز بر اساس تفاوت ضریب انبساط دو فلز، از مدار در برابر اضافه جریان محافظت می کند. این تجهیز در مدار راه انداز موتور بسیار پر کاربرد است.
اولین گام در مهارت کافی برای ورود به صنعت برق، آشنایی کافی با تجهیزات است. شناسایی تجهیزات و کاربردهای آن را می توانید در دوره” آموزش برق صنعتی ماهر “بیابید.
منبع: eaton.com
مقاله‌ای که خواندید بخشی از مطالب دوره آموزش برق صنعتی ماهر است.
برای یادگیری 0 تا 100 این دوره کلیک کن.
اگر به دنبال افزایش مهارت خود در زمینه برق صنعتی هستید،
برای دریافت آموزش‌های رایگان در این حوزه، فقط کافیه فرم رو تکمیل کنید.
اوووپس! نمی توانیم فرم شما را بیابیم.
بسیار عآی ممنون از مطالب مفیدتون
سلام و عرض ادب
وقت بخیر
تشکر از همراهی شما
خسته نباشید خیلی هم عالی
سلام و عرض ادب
وقت بخیر
تشکر از همراهی شما
سلام وقت بخیر
منحنی قطع بیمتال در حالت سرد و گرم موجود دارید ؟
سلام وقت شما بخیر.
منحنی قطع بیمتال هر سازنده‌ای با دیگران فرق دارد.
همچنین جناب مهندس، آکادمی ماهر فروش بیمتال ندارد.