برای حفاظت از موتورهای الکتریکی در مقابل اضافه بار از رله های حرارتی (بی متال) استفاده می شود. اساس کار این رله ها بر پایه اختلاف ضریب انبساط طولی دو فلز به کار رفته است.
بر اثر عبور جریان از بی متال ،دو فلز گرم می شوند و طول آنها افزایش می یابد. از آن جایی که ضریب انبساط طولی یکی از فلزات بیشتر از دیگری است. دو فلز با هم به سمت فلزی که ضریب انبساط طولی کمتری دارد خم می شود. در نتیجه مسیر عبور جریان کنتاکتها باز و مدار قطع می شود. برای بررسی بیشتر تا انتهای مقاله همراه فرنام الکتریک باشید.
انواع رله
رله نوعی کلید الکتریکی سریع یا بی‌درنگ است که با هدایت یک مدار دیگر باز و بسته می شود. روش کنترل باز و بسته شدن این کلید الکتریکی به صورت های مختلف مکانیکی، حرارتی، مغناطیسی و غیره است.
از آنجا که رله می تواند جریان قوی تر از جریان ورودی را هدایت کند می توان آن را نوعی تقویت کننده نیز دانست. در گذشته رله ها معمولاً با سیم پیچ ساخته می‌شد و از جریان برق برای تولید میدان مغناطیسی و باز و بسته کردن مدار استفاده می کرد. امروزه بسیاری از رله ها به صورت حالت جامد و از جنس مواد نیمه هادی ساخته می‌شوند و اجزای متحرک ندارند. از انواع رله های استفاده شده در سیستم های توزیع می توان به موارد زیر اشاره کرد:
- رله کنترل ولتاژ
- رله کنترل فاز
- رله خطای زمین
- رله زمانی (تایمر)
- رله حرارتی (بی متال)
طرز کار بی متال
در رله های حرارتی، سه تیغه تعبیه شده که سیم حامل جریان چند حلقه به دور آن پیچیده می شود. در اثر عبور جریان اضافه بار، هادی ها گرم، حرارات به بی متال منتقل می شود و باعث خم شدن تیغه می شود. حرکت هر یک از بی متال ها به اهرمی فشار می آورد و با جا به جا شدن اهرم، یک میکروسوئچ که دارای کنتاکت تبدیل باز و بسته است تغییر وضعیت می دهد و مدار فرمان را قطع می کند. برای افزایش سرعت عملکرد بیمتال و جلوگیری از جرقه و سوختگی محل اتصال، از آهن‌ربا در بالا و پایین تیغهٔ دوفلزی استفاده می‌شود که نیروی مغناطیسی آن به بسته شدن سریع اتصال کمک می‌کند.
رله‌های اضافه‌بار (بیمتال) تنظیم‌پذیر هستند و می‌توان آنها را به گونه‌ای تنظیم کرد که جریان‌هایی بین ۱٫۰۵ تا ۱۰ برابر جریان نامی موتورها را قطع کنند. رلهٔ بیمتال سه‌فاز معمولاً دارای سه پل قدرت و دو کنتاکت فرمان است (یک کنتاکت باز برای اتصال به سیستم هشداردهنده و یک کنتاکت بسته برای قراردادن در مسیر تغذیهٔ کنتاکتور). کنتاکت معمولاً بستهٔ بیمتال با شماره‌های ۹۵-۹۶ و کنتاکت معمولاً باز آن با شماره‌های ۹۷-۹۸ مشخص می‌شود.
برخی از رله‌های بیمتال دارای دو حالت دستی و خودکار هستند که در حالت دستی اگر رله عمل کند باید آن را به صورت دستی و با فشردن دکمهٔ RESET به حالت اول بازگرداند، اما در حالت خودکار برگشتن به حالت اول پس از گذشت مدتی معین به صورت خودکار انجام می‌شود.
بی متال الکترونیکی و حرارتی
رله ها در دو نوع حرارتی و یا الکترونیکی ساخته می شوند که در نوع حرارتی تأخیر زمانی و کار رله با توجه به حرارت تولید شده، در المان حرارتی مخصوص حاصل می شود و در بی متال الکترونیکی تأخیر زمانی با توجه به مدارهای الکترونیکی و شارژ و دشارژ خازن تنظیم می شود و در موتورها با قدرت بالا و موتورهای فشار قوی از رله های اضافه بار نوع الکترونیکی استفاده می شود که با دقت و با اطمینان بیشتر عمل می کنند.
انواع بی متال
رله بی متال معمولا همراه با کنتاکتور در مدار قرار می گیرد. کنتاکتور وظیفه قطع و وصل مدار را به عهده دارد و بی متال از مدار در برابر اضافه ولتاژ محافظت می کند. بی متال روی کنتاکتور ها نصب می شود و با توجه به مدل کنتاکتور انواع مختلفی دارد. کنتاکتور های پرکاربرد در ایران کنتاکتور های سری D و F هستند و بی متال های مربوط به این دو نوع با اسم LRD و LR9D شناخته می شوند.
ساختمان رله بی متال
ساختمان رله بیمتال از دو تیغه فلزی غیر همجنس (که ضریب انبساط طولی آنها متفاوت بوده و به وسیلۀ نورد گرم بر روی یکدیگر پرس شده اند) تشکیل شده است. در نتیجه گرما باعث خم شدن تیغه ها به سمت فلزی که ضریب انبساط کمتری دارد می شود. این خمش باعث قطع شدن یک کلید می شود. گرم شدن بی متال، می تواند توسط عبور مستقیم جریان از آن و یا توسط عبور جریان از یک سیم مقاومت دار که روی بی متال پیچیده شده است ایجاد شود. بی متال برای هر مدار موتوری بر روی جریان نامی مدار تنظیم می شود.
اگر جریانی که از مصرف کننده عبور می‌کند از جریان نامی بیشتر باشد به طور مستقیم و یا توسط یک مبدل جریان (CT) بی متال را گرم کرده تغییر حالت بی متال باعث قطع شدن مدار می‌شود. مدت زمانی که طول می کشد تا در اثر اضافه بار بی متال مدار را قطع کند بستگی به مقدار اضافه بار و وضعیت راه اندازی (راه اندازی معمولی یا راه اندازی سخت) دارد. رله بی متال معمولاً قابلیت ۳۰ بار عمل در هر ساعت را دارد.
عملکرد بی متال
یک بی متال استاندارد باید دارای شرایط زیر باشد:
۱) در بار نامی نباید مدار قطع کند.
۲) اگر جریان عبوری به اندازه ۵ درصد بیشتر از مقدار جریان تنظیم شده روی بی متال باشد، باید در مدت زمان بیشتر از ۲ ساعت مدار را قطع کند.
۳) اگر جریان عبوری به اندازه ۲۰ درصد بیشتر از جریان تنظیم شده باشد، باید در زمان کمتر از دو ساعت مدار را قطع کند.
۴) اضافه بار بیشتر از ۵۰ درصد باید کلید حفاظتی را در زمان کمتر از دو دقیقه قطع کند.
۵) اگر جریان عبوری از بی متال ۶ برابر جریان تنظیم شده باشد (راه اندازی موتور آسنکرون) باید کلید حفاظتی را در راه اندازی معمولی در زمان بیشتر از ۲ ثانیه و در راه اندازی سخت در زمان بیشتر از ۵ ثانیه مدار را قطع کند. در سه فاز چنانچه افزایش جریان در یک فاز باشد باعث گرم شدن بی متال مربوطه و خم شدن آن می شود که باعث قطع هم زمان سه فاز می شود.
برای حفاظت موتور در برابر اضافه بار باید جریان قطع کننده حرارتی برابر با جریان نامی موتور باشد. رله بی متال بعد از قطع مدار، معمولاً به حالت اول در نمی آید باید پس از بررسی برای کار در حالت عادی دکمۀ قرمز یا آبی رنگی که روی آن نصب شده است را فشار دهیم، دکمه مزبور را در اصطلاح (RESET) می نامند. در بعضی از رله های بیمتال، حالت MAN و AUT وجود دارد که با قرار دادن اهرم روی Auto، پس از عملکرد بیمتال، مجدداً بعد از مدتی به حالت اولیه در می آید. شکل زیر اجزای بی متال را نشان می دهد.
ساختمان بی متال
- تیغه های اتصال به کنتاکتور
- پیچ های اتصال به موتور
- ترمینال باز مدار فرمان
- ترمینال بسته مدار فرمان
- دکمۀ برگشت ضعیف
- پیچ تنظیم جریان
ﻫﺮ رله ﺣﺮارﺗﻲ ﺳﻪ ﻓﺎز از ﺳﻪ ﻛﻨﺘﺎﻛﺖ ﻗﺪرت ﺑﺮای ﻋﺒﻮر ﺟﺮﻳﺎن اﺻﻠﻲ ﻣﺼﺮف ﻛﻨﻨﺪه ﻛﻪ ﺑﻌﺪ از ﻛﻨﺘﺎﻛﺘﻮر ﻗﺮار می گیرند و دو ﻛﻨﺘﺎﻛﺖ ﻓﺮﻣﺎن ﺑﻬﺮه می گیرد. از دو ﻛﻨﺘﺎﻛﺖ ﻓﺮﻣﺎن یک ﻛﻨﺘﺎﻛﺖ بسته اﺳﺖ و ﺟﻬﺖ ﻗﻄﻊ ﻣﺪار ﺗﻐﺬﻳﻪ ﺑﻮﺑﻴﻦ ﻛﻨﺘﺎﻛﺘﻮر ﺑﻪ ﻛﺎر می رود و دو ﻛﻨﺘﺎﻛﺖ دﻳﮕﺮ ﺑﺎز اﺳﺖ ﻛﻪ ﭘﺲ از ﻋﻤﻞ بی متال، بسته می شود و ﺑﺮای اﻃﻼع ﻳﺎ وﺻﻞ ﻣﺪارﻫای اﺿﻄﺮاری ﺑﻪ ﻛﺎر می رود.
کنتاکت ۹۵ و ۹۶ در مسیر فرمان به بوبین کنتاکتور و بطور سری قرار می گیرد تا در موقع اضافه جریان کنتاکتور را قطع نماید. کنتاکت ۹۷ و ۹۸ برای نمایش عملکرد بی متال مورد استفاده قرار می گیرد، مثلاً با روشن کردن یک لامپ سیگنال مشخص می شود.
تفاوت فیوز و بی متال
- سرعت عمل فیوز نسبت به بی متال خیلی بیشتر است.
- فیوز قابل تنظیم نیست در حالی که بی متال قابل تنظیم است.
- هردو حفاظت کننده مدار هستند ولی فیوز مصرف کننده را در مقابل جریان زیاد و اتصال کوتاه محافظت می نماید در صورتی که، بی متال مصرف کننده را در مقابل اضافه بار احتمالی محافظت می کند.
چرا بی متال تریپ می کند؟
بعضی موتور های الکتریکی برای شروع به کار به جریان سریع و زیادی احتیاج دارند که به آن جریان راه اندازی گفته می شود. جریان راه اندازی معمولا تا سه برابر جریان نامی موتور بالا می رود. برای محافظت از مدار موتور رله بی متال بهتر از کلید های محافظتی دیگر عمل می کند. بی متال می تواند بدون تریپ کردن در مقابل جریان راه اندازی مقاومت کند و این امر باعث تریپ کردن آن نمی شود. مواردی که باعث قطع مدار توسط بی متال می شود عبارتند از:
- سیم بندی کوتاه
- نقص عملکرد موتور
- گرمای بیش از حد موتور
- نقص در رله بی متال