حفاظت از موتورها در برابر اضافه بار، اهمیت فراوانی دارد. بیشتر شدن جریان مصرفی موتور از جریان نامی؛ باعث بالا رفتن دمای موتور می‌شود. عدم کنترل این شرایط سبب می شود عایق سیم پیچ موتور، آسیب جدی ببیند. یکی از راه های غلبه بر این شرایط، انتخاب بی متال مناسب است. رله اضافه‌بار بیمتال با وجود سادگی و قیمت مناسب، در برابر جریان اضافی موتور، حفاظت موثری ارائه می کند. اگر قصد انتخاب این کلید برای حفاظت از موتور را دارید، تا انتهای این مقاله همراه فرنام الکتریک باشید.
بی متال چیست؟
بی متال قطعه ای برقی است که به صورت سری در مدار قرار می گیرد و جهت حفاظت از موتورها در برابر اضافه بار در همه تابلو برق ها به کار می رود، به همین علت یک نوع رله حفاظتی به شمار می رود. گاهی اوقات در یک خط اتوماسیونی با بالا رفتن جریان و به سبب آن بالا رفتن حرارت، آسیب های شدیدی به مدار وارد می شود. برای حل این مشکل از یک تجهیز ساده و در عین حال بسیار مهم به نام بی متال استفاده می شود.
رله حرارتی بی متال (Bimetallic Thermal Overload Relay) نوعی رله اضافه بار است که برای جلوگیری از داغ شدن بیش از حد موتور الکتریکی استفاده می‌شود.
استفاده از رله‌های اضافه بار، فیوزها و یا مدارشکن‌ها می‌توانند موجبات ایمن کار کردن یک موتور الکتریکی را فراهم کنند. رله اضافه بار از موتور محافظت می‌کند، در حالی که از فیوز برای محافظت از مدار استفاده می‌شود. به بیان دقیق‌تر، فیوزها و همچنین مدارشکن‌ها برای تشخیص و قطع جریان اضافه بار درون مدار در نظر گرفته می‌شوند، در حالی که رله اضافه بار جلوگیری از گرم شدن بیش از حد موتور الکتریکی به کار می‌رود. تا جایی که یک رله اضافه بار می‌تواند بدون قطع مدار شکن (بریکر) فرمان خاموش شدن موتور را صادر کند.
هر موتور به منظور اطمینان از عملکرد طولانی و ایمن و هم چنین کم کردن زمان خرابی باید از هر نوع خطای ممکن محافظت شود. تقریبا تمامی صنایع برای کنترل فرآیند و تولیدشان به موتورهای الکتریکی متکی هستند. بنابراین لازم است موتور حتما ایمن شود. رله اضافه بار حرارتی ( بیمتال) یکی از انواع تجهیزاتی است که موتور را در مقابل آسیب های ایجاد شده در برابر اضافه بار و اضافه جریان محافظت می کند. بی متال به همراه کنتاکتور مورد استفاده قرار می گیرد و می توان آن را در مراکز کنترل موتور و استارتر های موتور پیدا کرد.
عملکرد بی متال
اساس کار بی متال بر پایه اختلاف ضریب انبساط طولی دو فلز است، به طوری که در اثر عبور جریان اضافه بار، دو فلز گرم می شوند و طول آنها زیاد می شود، در این حالت دو فلز به سمت فلز با ضریب انبساط طولی کمتر خم می شوند، حرکت هر یک از بیمتال ها به یک اهرم فشار می آورد و در نتیجه این خم شدن، با جا به جا شدن هریک از اهرم ها، یک میکروسوئیچ که دارای کنتاکت تبدیل باز و بسته است، تغییر وضعیت می دهد و مسیر عبور جریان قطع شده و مدار باز می شود.
گاهی مواقع این قطعه آهسته عمل می کند و یا ایجاد جرقه می کند و محل های اتصال می سوزند و سوختگی ایجاد می کنند.برای رفع چنین مشکلاتی، دو آهن ربا در پایین و بالای تیغه دو فلزی قرار داده می شود، که موقع وارد کردن نیروی مغناطیسی به آنها، باعث بسته شدن سریع اتصال می شود و در نتیجه از ایجاد سوختگی جلوگیری می کند.
اهمیت انتخاب صحیح بی متال
خطای اضافه جریان در تجهیزات الکتریکی به دو دسته اتصال کوتاه و اضافه بار تقسیم می‌شوند. اتصال کوتاه به معنی اتصال سیم‌های برق دار به همدیگر و یا به زمین است. وقوع این حالت سبب عبور جریان شدید از مدار می‌شود. این جریان توسط کلید مینیاتوری یا فیوز شناسایی شده و مدار قطع خواهد شد.
منشأ خطای اضافه بار معمولاً غیرالکتریکی است. از جمله عوامل وقوع این خطا می توان به اعمال بار بیش از حد به موتور الکتریکی، آسیب دیدن بلبرینگ ها و …. اشاره کرد. بیمتال به منظور حفاظت از مدار در برابر اضافه بار مورد استفاده قرار می گیرد. خطای اضافه بار افزایش دمای تجهیزات الکتریکی و موتورها را به همراه دارد و موجب کاهش عمر آنها خواهد شد.
با توجه به اهمیت حفاظت از موتور در برابر اضافه بار حرارتی، انتخاب دقیق تجهیزات حفاظتی بسیار حائز اهمیت است. در این راستا انتخاب بی متال مناسب نیز از اهمیت بالایی برخوردار است. عدم تطابق کلید با نیازهای حفاظتی پروژه می تواند موتور را در معرض آسیب قرار دهد. به عنوان مثالی از اهمیت این عملکرد، اگر سرعت عکس العمل بیمتال به افزایش جریان، از سرعت افزایش جریان کمتر باشد، طول عمر تجهیزات کاهش می یابد.
پارامترهای مهم در انتخاب بی متال
برای انتخاب رله بی متال مناسب، لازم است عوامل زیر را در نظر بگیرید:
محدوده جریان از پارامترهای مهم در انتخاب بی متال
جریان نامی، از جمله مهمترین پارامترهای عملکردی مدار است. بیمتال انتخاب شده باید بتواند عبور جریان بیشتر از جریان نامی را تشخیص دهد. بنابراین محدوده تنظیم جریان بیمتال باید با جریان نامی دستگاه یا مداری که قرار است از آن محافظت کند، مطابقت داشته باشد.
ولتاژ نامی پارامترهای مهم در انتخاب بی متال
منظور از ولتاژ نامی، حداکثر ولتاژی است که کنتاکت های اصلی و کمکی رله می توانند تحمل کنند. ولتاژ نامی بیمتال باید بالاتر یا مساوی ولتاژ تغذیه دستگاه یا مدار در نظر گرفته شود.
حساسیت و زمان پاسخ پارامترهای مهم در انتخاب بی متال
در انتخاب بی متال به حساسیت و زمان پاسخ مورد نیاز برنامه توجه کنید. حساسیت بیمتال به میزان تغییر دمای مورد نیاز برای فعال شدن رله اشاره دارد. از سوی دیگر زمان پاسخ نشان دهنده زمان صرف شده برای تغییر وضعیت کنتاکت های رله است. در کاربردهایی که امکان عبور جریان های بالا وجود دارد، از یک بی متال با ضریب انبساط دمایی (حساسیت) بالا استفاده می شود تا از عملکرد سریع و مطمئن بریکر اطمینان حاصل کنند. برعکس، در کاربردهایی که جریان عبوری کم مورد انتظار است، از بیمتال با حساسیت کمتر استفاده می شود تا از قطع کاذب مدار جلوگیری شود.
تعداد کنتاکت های کمکی رله که کنتاکت هایی هستند که می توانند برای اهداف سیگنالینگ یا قفل کردن استفاده شوند. تعداد مخاطبین کمکی به برنامه و طرح کنترل شما بستگی دارد.
در اینجا مثالی از نحوه انتخاب رله دو فلزی آورده شده است:
فرض کنید می خواهید از یک موتور سه فاز با جریان نامی 18 A و ولتاژ تغذیه 400 ولت AC محافظت کنید. همچنین می‌خواهید از یک کنتاکتور برای کنترل موتور استفاده کنید و یک چراغ نشانگر برای نشان دادن زمان بارگذاری بیش از حد موتور داشته باشید.
می توانید رله دو فلزی را با مشخصات زیر انتخاب کنید:
محدوده تنظیم: 16 … 20 A
کلاس سفر: 10
ولتاژ عملیاتی نامی: 690 ولت AC
تعداد قطب: 3
تعداد کنتاکت های کمکی: 1 NO و 1 NC
می توانید جریان تنظیم رله را روی 18 A تنظیم کنید و آن را به صورت سری به موتور و کنتاکتور متصل کنید. همچنین می توانید کنتاکت کمکی NO را به چراغ نشانگر و کنتاکت کمکی NC را به سیم پیچ کنتاکتور متصل کنید. به این ترتیب هنگامی که موتور بیش از حد بار می شود، رله قطع می شود و کنتاکت های اصلی را باز می کند و برق موتور و کنتاکتور را قطع می کند. کنتاکت کمکی NO بسته می شود و چراغ نشانگر را روشن می کند، در حالی که کنتاکت کمکی NC باز می شود و از بسته شدن مجدد کنتاکتور تا زمان تنظیم مجدد رله جلوگیری می کند.
مشخص کردن جریان بیمتال بر مبنای جریان نامی الکتروموتور، نحوه نصب بیمتال و نحوه ریست شدن (خودکار یا دستی) در انتخاب رله حرارتی بسیار حائز اهمیت است.
تعیین جریان بیمتال :
عملکرد بی متال می‌بایست مطابق استاندارد باشد. برای مثال:
- در لحظه‌ی راه‌اندازی موتور، چند برابر جریان نامی از شبکه کشیده می‌شود که به جریان هجومی موسوم است. بیمتال در این هنگام، نباید عمل کند. بنابراین، همه‌ی بی‌متال‌ها می‌بایست تاخیر زمانی داشته باشند در غیر اینصورت یک موتور، هیچ گاه روشن نخواهد شد.
- در شرایط نامی، هرگز عمل نکند.
- در صورتی که 5% بیشتر از جریان تنظیم شده روی بیمتال، برای مدت زمان بیش از دو ساعت از مدار عبور کند، می‌بایست بیمتال مدار را قطع کند.
- در صورتی که جریان گذرنده به میزان 20% بیشتر از جریان تنظیم شده روی بیمتال باشد، می‌بایست بیمتال در کمتر از دو ساعت عمل کند.
- در صورتی که جریان گذرنده به میزان 50% بیشتر از جریان تنظیم شده روی بیمتال باشد، می‌بایست بیمتال در کمتر از دو دقیقه عمل کند.
- در صورتی که جریان گذرنده 6 برابر جریان تنظیم شده روی بیمتال باشد، می‌بایست بیمتال در مدت زمان بیش از 2 ثانیه برای راه‌اندازی معمولی و بیش از 5 ثانیه برای راه‌اندازی های سخت مدار را قطع کند.
به وسیله‌ی پیچ تغییر رنج جریان، می‌توان جریان بیمتال را مطابق با جریان نامی موتور که روی پلاک آن درج شده است، تنظیم کرد.
برند بیمتال
شرکت های زیمنس،پارس فانال، ABB، اشنایدر، LS و هیوندای از تولید کننده‌های بزرگ بیمتال هستند.
در صورتی که کنتاکتور و بیمتال استفاده شده از دو برند متفاوت باشند می‌توان از پایه‌های نصب مستقل استفاده کرد. بهتر است برای کاهش پیچیدگی مدار و فضای نصب؛ همیشه از تجهیزات با برند و مدل یکسان استفاده کرد.