اگر در یک محیط صنعتی مشغول به کار هستید، بی‌گمان کنتاکتور را می‌شناسید. کنتاکتور از تجهیزات الکتریکی است که بدون استثنا در همه پروسه‌های صنعتی به کار می‌رود. اما به عنوان یک متخصص برق چطور باید یک کنتاکتور را به کار بگیریم تا بهترین کارایی و کمترین استهلاک را داشته باشد؟ برای این که یک کنتاکتور در درازمدت عملکرد خوبی داشته باشد و طول عمر آن افزایش یابد چگونه باید از آن نگهداری کرد؟ چه عواملی باعث استهلاک کنتاکتور می‌شود؟ پاسخ صحیح به این پرسش‌ها می‌تواند در کاهش هزینه‌های نگهداری و عملکرد تجهیزات یک پروسه صنعتی بسیار تعیین‌کننده باشد. شرکت ABB یکی از بزرگترین تولیدکنندگان تجهیزات اتوماسیون و برق در جهان به شمار می‌رود. این شرکت برای نحوه به‌کارگیری و بازرسی و نگهداری کنتاکتور توصیه‌هایی را ارائه می‌کند. در این مقاله، دستورالعمل‌ها و توصیه‌های ABB در مورد کنتاکتورها را شرح می‌دهیم.
در دوره برق صنعتی ماهر در مورد نحوه انتخاب و به‌کارگیری کنتاکتور به طور مفصل بحث شده است. در صورتی که علاقه‌مند به یادگیری مباحث برق صنعتی هستید، در این دوره ثبت‌نام کنید.
توصیه‌های کلی در به‌کارگیری کنتاکتور
کنتاکتور به عنوان یک تجهیز الکترومکانیکی شناخته می‌شود؛ یعنی ترکیبی از بخش‌های الکتریکی و مکانیکی است. معمولاً متخصصان برق هستند که با این تجهیز سروکار دارند؛ بنابراین، همیشه مشخصه‌های الکتریکی کنتاکتور بیشتر مورد توجه قرار گرفته‌اند. اما آن چیزی که موجب فرسودگی و خرابی کنتاکتور می‌شود بیشتر مربوط به عوامل غیر‌الکتریکی مانند تنش‌های مکانیکی و خوردگی ناشی از عوامل محیطی است. در ادامه، توصیه‌هایی در مورد نگهداری و به‌کارگیری صحیح و بهینه کنتاکتور ارائه می‌شود.
نحوه کاربرد
مهم است که برای هر کاربردی کنتاکتور مناسب آن با مشخصه‌های متناسب با همان کاربرد انتخاب شود. مهمترین ملاحظات مربوط به کاربرد کنتاکتور شامل موارد زیر است.
- موقعیت کنتاکتور در مدار
- ولتاژ و فرکانس مدار قدرت
- تعداد دفعات قطع و وصل کنتاکتور در یک بازه زمانی معین
- محدودیت‌های ایمنی در محل نصب (مثلاً برای ایجاد قوس در داخل کنتاکتور)
- تنش‌های الکتریکی و مکانیکی که ممکن است آن کاربرد خاص به کنتاکتور وارد کند
نحوه نصب کنتاکتور
نحوه نصب کنتاکتور در عملکرد صحیح و کاهش خرابی و فرسودگی آن نقش مهمی ایفا می‌کند. هنگام نصب کنتاکتور باید به موارد زیر توجه کرد.
- دستورالعمل نصب هر کنتاکتور که به همراه آن ارائه می‌شود، باید به‌درستی رعایت شود.
- در صورت نیاز به سوراخ‌کاری باید براده‌‌ها و پلیسه‌های فلز تمیز شوند؛ وگرنه ممکن است باعث آسیب به کنتاکتور شوند.
انبار کردن و شرایط آب و هوایی نگهداری
شرایط محیطی در محل انبار کردن یا نگهداری کنتاکتور مانند دما و رطوبت باید در نظر گرفته شود تا از خوردگی و خرابی کنتاکتور جلوگیری شود.
استحکام اتصالات
باید مطمئن شوید که پیچ‌های مربوط به اتصال کابل به ترمینال‌های کنتاکتور به اندازه‌ای که در دستورالعمل نصب آن تعیین‌شده، محکم باشند. برای تنظیم میزان محکم بودن پیچ‌ها از آچار نشان‌دهنده گشتاور (Torque Wrench) استفاده می‌شود.
بیشتر بخوانید!
برای آشنایی بیشتر با کنتاکتور، می‌توانید مقاله زیر را در وبسایت ماهر بخوانید.
فرسایش مکانیکی
تعداد عملیات مکانیکی یک کنتاکتور تأثیر کمی بر طول عمر آن دارد؛ اما نکات دیگری هستند که بر استهلاک مکانیکی کنتاکتور تأثیرگذارند. در ادامه این نکات را بررسی می‌کنیم.
هوم AC
آلودگی روی سطح تیغه‌های هسته مغناطیسی باعث ایجاد یک صدای هوم (Hum) ضعیف از کنتاکتور می‌شود. برای تمیز کردن آلودگی از روی تیغه‌ها از یک پارچه تمیز استفاده کنید. دفرمه شدن تیغه‌ها هم ممکن است باعث ایجاد هوم شود. صدای بلند هوم زمانی رخ می‌دهد که بوبین کنتاکتور خراب شده باشد. خرابی بوبین (سیم‌پیچ) باعث ضربه‌زدن تیغه‌ها می‌شود که صدای زیادی تولید می‌کند. در صورت بروز چنین مشکلی کنتاکتور باید عوض شود. دلیل دیگری که در کنتاکتور، هوم AC ایجاد می‌کند، خوردگی ناشی از شرایط محیطی است که باعث تغییر مشخصه‌های فیزیکی تیغه‌های کنتاکتور می‌شود. در محیط شرجی، کنتاکتور باید نسبت به شبنم‌زدگی روی تیغه‌ها محافظت شود تا تیغه‌های آن دچار خوردگی نشوند.
پرش کنتاکت (Contact Bounce)
طبق استاندارد IEC60947-4-1 تولرانس ولتاژ مجاز بوبین کنتاکتور بین ۸۵ تا ۱۱۰ درصد ولتاژ نامی آن است. تغییرات کمتر یا بیشتر از ۵ درصد نسبت به این تولرانس، باعث پرش کنتاکت و استهلاک مکانیکی کنتاکتور می‌شود. دلیل این اتفاق این است که ولتاژ بیشتر باعث افزایش سرعت بسته شدن کنتاکتور و ولتاژ کمتر باعث کاهش سرعت بسته شدن کنتاکتور می‌شود. هر دو این عوامل می‌توانند موجب پرش تیغه کنتاکتور در هنگام بسته‌شدن شوند. همچنین بالا بودن ولتاژ بوبین افزایش سروصدای کنتاکتور در شرایط وصل را نیز به همراه دارد.
نگهداری کنتاکتور
فرسایش مکانیکی و آسیب تیغه‌های کنتاکتور را تنها از ساییدگی یا تغییر رنگ آن نمی‌توان دریافت. تیغه‌هایی که در شکل ۳ می‌بینید ممکن است خراب به نظر برسند، اما در واقع، از تیغه نو هم بهتر هستند؛ چون به شکلی ساییده شده‌اند که کاملا روی کنتاکت مقابلشان می‌نشینند و اتصال را در مساحت بزرگ‌تری برقرار می‌کنند. به همین دلیل، تعویض تیغه‌های کنتاکتور تنها با در نظر گرفتن سطح ظاهری آن‌ها کار اشتباهی است. همچنین، این کاملاً عادی است که تیغه‌های سه فاز از یک کنتاکتور به صورت یکسان ساییده نشده باشند. در این حالت، نیازی به تعویض تیغه‌های ثابت و متحرک کنتاکتور نیست. البته توصیه می‌شود که در کنتاکتورهایی که تیغه‌های آن‌ها ساییده شده است، جرقه‌گیر (Arc Chute) عوض شود.
بازرسی تیغه‌های کنتاکتور
در کنتاکتورهای پیشرفته امروزی، باید از اقدامات تعمیری سنتی روی کنتاکتور مانند پر کردن حفره‌ها با لحیم یا سمباده زدن تیغه‌ها اکیداً اجتناب شود. استفاده از این روش‌ها به دلیل احتمال شکل گرفتن براده و خرده‌های فلز، خطر افزایش مقاومت تیغه‌ها را بیشتر می‌کند.
بازرسی تیغه‌های کنتاکتور باید بر مبنای بررسی فرسایش مکانیکی آن‌ها باشد به گونه‌ای که این اطمینان به دست بیاید که تا دوره سرویس و بازرسی بعدی، کنتاکتور می‌تواند بدون مشکل کار خود را انجام دهد. در بخش‌های بعدی نحوه بازرسی تیغه‌های کنتاکتور را شرح می‌دهیم.
علاوه بر وضعیت تیغه‌ها، عملکرد کنتاکتور به دنبال فرمان الکتریکی به آن هم باید بررسی شود که آیا به درستی و بدون نشانه‌های آسیب، عمل قطع و وصل را انجام می‌دهد یا خیر.
بازرسی فرسودگی تیغه‌های کنتاکتور بر اساس رده کاری
دوره بازرسی تیغه‌های کنتاکتور با توجه به میزان دشواری کاربرد آن‌ها تعیین می‌شود. رژیم کاری سخت برای یک کنتاکتور می‌تواند شامل قطع و وصل مکرر جریان‌های الکتریکی بزرگ، تغییر پی‌درپی جهت جریان و قطع و وصل در بازه‌های زمانی خیلی کوتاه (Inching) باشد (سطح AC-4). سرویس زودهنگام کنتاکتور باعث افزایش هزینه‌های کلی سرویس و نگهداری می‌شود؛ درحالی‌که تاخیر در بازرسی هم ممکن است باعث وقفه، خاموشی ناخواسته و بروز خسارت شود. در ادامه، دوره مناسب بازرسی کنتاکتور را شرح می‌دهیم.
رده AC-1
این رده شامل بارهای غیر‌سلفی، بارهای کمی سلفی و کوره‌های مقاومتی (المنتی) است. به این دلیل که جریان اولیه در این بارها تقریبا برابر با جریان نامی آن‌ها است، وصل شدن تیغه‌های اصلی کنتاکتور نسبتاً آسان است، قطع شدن در حالت فول ولتاژ رخ می‌دهد و جرقه‌ها معمولاً سطح انرژی کمی دارند.
رده AC-2
این رده از کنتاکتورها برای راه‌اندازی و توقف موتورهای حلقه لغزان (Slip-ring) به کار می‌روند. جریان قطع و وصل این موتورها در ولتاژ نامی تقریبا ۲.۵ برابر جریان نامی آن است.
رده AC-3
این رده از کنتاکتورها برای راه‌اندازی و توقف موتورهای قفسی به کار می‌رود. جریان راه‌اندازی این موتورها بسته به نوع بار و مشخصه‌های موتور، ۶ تا ۸ برابر (یا حتی بیشتر) جریان نامی آن‌ها است. متوقف کردن موتور آسان‌تر از راه‌اندازی آن انجام می‌شود؛ چون جریان موتور در این حالت برابر با جریان نامی و ولتاژ آن ۱۷ درصد ولتاژ نامی است. فرسایش الکتریکی ناشی در هنگام وصل شدن تیغه‌های کنتاکتور رخ می‌دهد. در صورت بروز اِشکال در سطح کاربرد AC-3، معمولاً مقدار کمی ذرات فلزی در نوک تیغه‌های اصلی درون جرقه‌گیر مشاهده می‌شود.
در شکل ۴، تصویر شماره ۱ وضعیت تیغه‌های ثابت و متحرک کنتاکتور را در مراحل اولیه استفاده از آن نشان می‌دهد، تصویر شماره ۲ نشان‌دهنده میزان ساییدگی تیغه‌ها در نیمه‌عمر کنتاکتور است و در تصویر شماره ۳، پایان عمر عملیاتی تیغه‌های کنتاکتور را مشاهده می‌کنید.
رده AC-4
این رده از کنتاکتورها برای راه‌اندازی، پلاگینگ و اینچینگ موتورهای قفسی به کار می‌روند. این موتورها ۶ تا ۸ برابر جریان نامی و ولتاژ آن‌ها برابر با ولتاژ نامی است. هنگامی که برای توقف موتور از وارون کردن جهت گشتاور استفاده شود، به این روش، «معکوس کردن فاز» یا پلاگینگ (Plugging) می‌گویند. اینچینگ (Inching) هم حالتی است که موتور برای بازه‌های زمانی کوتاه روشن و خاموش می‌شود. کاربری اینچینگ در دستگاه‌هایی مانند آسیاب گلوله‌ای (Ball Mill) و نوار نقاله (Conveyor) به کار می‌رود. در کنتاکتورهایی که در رده AC-4 به کار می‌روند، جرقه‌گیر نقش مهمی در خاموش کرده جرقه‌ها و افزایش طول عمر کنتاکتور ایفا می‌کند.
در شکل ۵، وضعیت تیغه‌های کنتاکتور پس از ۵۰۰۰ عملیات را در تصویر شماره ۱ می‌بینید. در تصویر شماره ۲ نیز میزان ساییدگی پس از ۱۰۰۰۰ قطع و وصل دیده می‌شود. در تصویر A وضعیت تیغه‌ها و تصویر B وضعیت جرقه‌گیرها را در پایان عمر کنتاکتور مشاهده می‌کنید.
تعویض تیغه‌های اصلی، جرقه‌گیر و بوبین کنتاکتور
در صورت خرابی کنتاکتور می‌توان با تعویض قطعات خراب یا فرسوده آن را تعمیر کرد. اما پیش از باز کردن کنتاکتور باید بعضی نکات جنبی هم در نظر گرفته شود. دقت کنید که پیش از جدا کردن کنتاکتور جریان الکتریکی را با قطع کلید یا خارج کردن فیوزها قطع کنید. برای اطمینان بیشتر لازم است مدار فرمان نیز قطع شود.
عیب‌یابی
با توجه به استهلاک مکانیکی و الکتریکی کنتاکتور، خرابی آن اتفاق رایجی در صنعت به شمار می‌رود. در این بخش متداول‌ترین موارد خرابی کنتاکتور را تشریح می‌کنیم.
افت ولتاژ بوبین در هنگام راه‌اندازی موتور
وجود افت ولتاژ دو سر بوبین به کمتر از ۸۵ درصد ولتاژ نامی برای مدت ۵ تا ۱۰ میلی‌ثانیه کافی است که تیغه کنتاکتور باز و جریان تغذیه قطع شود. اشکالاتی مانند خرابی رله یا ضعف ترانس، یا ضعف منبع تغذیه مدار کنترل، ممکن است باعث افت ولتاژ بوبین شوند. بروز این مشکل باعث افزایش فرسایش مکانیکی تیغه‌های کنتاکتور یا جوش خوردن آن‌ها می‌شود. این مشکل برای کنتاکتورهایی که از تکنولوژی AF بهره می‌برند، به وجود نمی‌آید. در این تجهیزات، بوبین توسط یک مدار کنترل الکترونیکی تغذیه می‌شود. این تکنولوژی ایمنی تغذیه بوبین در برابر نوسان و افت ولتاژ را تضمین می‌کند.
ولتاژ نامناسب تغذیه بوبین
ولتاژ کنترلی کمتر از ۸۵ درصد ولتاژ نامی در لحظه وصل کنتاکتور ممکن است برای اتصال مطمئن هود تیغه‌های کنتاکتور هم کافی نباشد و امکان دارد به دلیل افزایش دمای بوبین، باعث سوختن آن شود. بوبین تنها می‌تواند برای مدت کوتاهی جریان هجومی را تحمل کند.
یکی از دلایل رایج کاهش ولتاژ، زمانی است که ولتاژ بوبین کنتاکتور از همان منبع تغذیه اصلی کنتاکتور تأمین شده است و به دلیل کشیدن جریان زیاد، ولتاژ منبع افت کرده است. همچنین اضافه‌ولتاژ پیوسته روی بوبین می‌تواند باعث سوختن آن شود.
راه‌اندازی مستقیم یک موتور
اگر برای کاربرد خاصی نیاز به گشتاور راه‌اندازی زیادی باشد، مثلاً راه‌اندازی یک فن یا یک پمپ، مهم است که کنتاکتور انتخابی شما، ظرفیت تحمل جریان اولیه موتور را داشته باشد.
راه‌اندازی مجدد موتور در حال حرکت بی‌بار
اقدام به راه‌اندازی مجدد موتور در حالی که هنوز کاملاً متوقف نشده است از لحاظ تئوری می‌تواند جریان راه‌اندازی را تا دو برابر زمانی که موتور از حالت سکون راه‌اندازی می‌شود، افزایش دهد. این جریان ممکن است باعث جوش خوردن تیغه‌ها به یکدیگر شود.
مدارهای ستاره-مثلث
تنظیم زمان کم برای تغییر حالت (Change Over) مدار از ستاره به مثلث باعث می‌شود که پیش از رسیدن سرعت موتور به ۸۵ تا ۹۰ درصد دور نامی، مدار به حالت مثلث سوئیچ کند. این امر موجب افزایش بیش از حد جریان راه‌اندازی در کنتاکتور مثلث می‌شود. در عین حال، اگر موتور برای مدت طولانی‌تر در حالت ستاره بماند، به تیغه‌های کنتاکتور فشار زیادی اعمال می‌شود؛ چون اندازه کنتاکتور ستاره در مدار ستاره-مثلث برای یک کارکرد کوتاه‌مدت طراحی شده است.
فاصله زمانی بین باز شدن کنتاکتور ستاره و بسته شدن کنتاکتور مثلث نیز بسیار مهم است. این زمان با استفاده از تایمر تنظیم می‌شود. اگر تایمر یا هر تجهیز مشابه دیگر این کار را درست انجام ندهد، خطر ایجاد قوس و اتصال کوتاه بسیار زیاد است. اگر این زمان بیش از حد طول بکشد، سرعت موتور افت می‌کند و کنتاکتور مثلث در لحظه وصل جریانی بیش از حد انتظار را تجربه می‌کند. این اتفاق ممکن است موجب ذوب شدن تیغه‌ها شود. فاصله زمانی بین ستاره و مثلث نباید بیش از ۵۰ میلی‌ثانیه باشد. در کنتاکتورهای مجهز به تکنولوژی AF نیازی به ایجاد این زمان جداسازی نیست.
انتخاب نادرست تجهیزات
انتخاب نادرست فیوز یا کلید حفاظتی یا سایزینگ نادرست آن‌ها می‌توانید آسیب زیادی به کنتاکتور بزند یا حتی باعث ذوب شدن تیغه‌ها شود. برای اطلاعات بیشتر در این مورد می‌توانید بخش General Technical Data در سند 1SBC1001122C0202 منتشر شده توسط ABB را در مورد حفاظت اتصال کوتاه مطالعه کنید.
ملاحظات نگهداری کنتاکتور برای کار در دمای زیاد
هرگاه کنتاکتور در محیطی با دمای بالا نصب می‌شود، باید نکات زیر را در نظر بگیرید.
- مطمئن شوید پیچ‌های ترمینال‌ها به خوبی محکم شده‌اند (تست با میکرواهم‌متر)
- مطمئن شوید سایز کابل متصل به کنتاکتور، مطابق استاندارد انتخاب شده است
- مطمئن شوید که بوبین مناسب برای کاربرد‌تان را انتخاب کرده‌اید
از آنجایی که تنها دستگاه‌های اندازی‌گیری بسیار دقیق (میکرواهم‌متر) می‌توانند مقاومت تیغه‌های اصلی کنتاکتور را به درستی اندازه بگیرند، انجام چنین کاری در پروژه‌های عادی توصیه نمی‌شود. به دلیل موقعیت مکانی تیغه ثابت (Armature) در داخل کنتاکتور و نزدیکی آن به بدنه، دمای بدنه کنتاکتور ممکن است بالاتر از ۱۰۰ درجه هم بشود؛ ولی این دما کماکان برای کنتاکتور قابل قبول است.
ولتاژهای گذرای مؤثر بر کار بوبین AF
وقوع اضافه‌ولتاژهای گذرا در شبکه‌هایی که طراحی ضعیفی دارند، بسیار رایج است. این اضافه‌ولتاژها ممکن است به بوبین AF آسیب بزنند. بوبین‌های AF به گونه‌ای طراحی شده‌اند که تا ولتاژ گذرای معینی (مطابق دستورالعمل استاندارد IEC) را می‌توانند تحمل کنند.
جمع‌بندی
با توجه به اهمیت کنتاکتور در مدارهای الکتریکی صنعتی، شرکت معتبر ABB مجموعه نکاتی را در مورد نحوه صحیح به‌کارگیری و نگهداری کنتاکتور منتشر کرده است. در این مقاله، توصیه‌های ABB در مورد سرویس و نگهداری کنتاکتور، رده‌های کاربرد آن از لحاظ فرسایش و استهلاک و مشکلات رایجی که باعث آسیب به این تجهیز می‌شوند را شرح دادیم.
سوالات متداول
اگرچه عوامل الکتریکی (مانند طراحی غلط مدارها) نیز تاثیرگذار هستند، اما عوامل غیر‌الکتریکی مانند فشارهای مکانیکی و شرایط محیطی معمولاً بیشتر به فرسودگی و خرابی کنتاکتور منجر می‌شوند.
صدای هوم ضعیف معمولاً به دلیل آلودگی روی سطح تیغه‌های مغناطیسی ایجاد می‌شود و می‌تواند با تمیز کردن تیغه‌ها با پارچه‌ای تمیز برطرف شود.
طبق استاندارد IEC 60947-4-1 محدوده کاری کنتاکتور باید بین ۸۵ تا ۱۱۰ درصد ولتاژ نامی بوبین باشد؛ اگر ولتاژ خارج از این محدوده باشد، ممکن است باعث پرش تیغه‌ها و افزایش فرسایش مکانیکی شود.
منابع
https://library.e.abb.com/public/ce3c940940e90386c1257d78002d8a93/1SFC101044M0201.pdf
https://library.e.abb.com/public/486ab9dfa55a4834adfebf665045813b/ABB_Welcome_Technical_Catalog.pdf
