رله اضافه بار حرارتی چیست؟ Overload Relay
رله اضافه بار یا بی‌متال چیست؟
موتورهای الکتریکی ستون فقرات بسیاری از فرآیندهای صنعتی و کاربردهای روزمره هستند. حفاظت از این تجهیزات گران‌قیمت و حیاتی در برابر آسیب ناشی از اضافه بار بسیار اهمیت دارد. در اینجا نقش رله اضافه بار حرارتی یا بی متال (Thermal Overload Relay) مطرح می‌شود.
رله اضافه بار حرارتی یک رله حفاظتی است که معمولاً در استارترهای موتور استفاده می‌شود. هدف اصلی آن جلوگیری از آسیب دیدن موتور به دلیل اضافه بار است. این رله با قطع کردن مدار کنترل و باز کردن مدار قدرت، زمانی که جریان کشیده شده توسط موتور برای مدت طولانی از مقدار جریان تنظیم شده (Trip value) تجاوز کند، عمل می‌کند.
عملکرد رله اضافه بار حرارتی
بخش اصلی یک رله اضافه بار حرارتی، نوار بیمتالیک (Bimetallic strip) نامیده می‌شود. این نوار از دو فلز مختلف با نرخ‌های انبساط حرارتی متفاوت که معمولاً از جنس فلزات نیکل و آهن یا فولاد هستند. یک المنت گرمایی در اطراف نوار بیمتالیک متشکل شده است.
- هنگامی که جریان عبوری از المنت گرمایی کمتر از مقدار تنظیمی رله باشد، گرمای تولیدی کم است و نوار در حالت عادی خود باقی می‌ماند.
- اما اگر جریان بیش از حد بالا برود (به دلیل اضافه بار موتور)، المنت گرمایی گرمای کافی برای انبساط دو فلز تولید می‌کند.
- چون یکی از فلزات بیشتر از دیگری منبسط می‌شود، نوار بیمتالیک شروع به خم شدن یا انحنا می‌کند.
- انتهای خم شونده نوار بیمتالیک، قطعه‌ای به نام شیفتر (shifter) را فشار می‌دهد و مکانیزم تریپ رله اضافه بار را فعال می‌کند.
اجزای رله اضافه بار حرارتی
رله‌های اضافه بار حرارتی دارای اجزای داخلی و خارجی مختلفی هستند که هر کدام نقش مهمی ایفا می‌کنند:
- اجزای داخلی: ترمینال‌های تغذیه، المان‌های حرارتی، نوار بیمتالیک، صفحه عایق یا شیفتر، دکمه ریست دستی/اتومات، دکمه توقف عادی، دکمه تست یا تریپ دستی، و ولوم تنظیم آمپر.
- اجزای خارجی و عملکردهای آن‌ها:
- ترمینال‌های قدرت (Power terminals): ترمینال‌های ورودی (L1, L2, L3) به خروجی کنتاکتور و ترمینال‌های خروجی (T1, T2, T3) به موتور متصل می‌شوند.
- کنتاکت‌های کمکی (Auxiliary contacts): شامل کنتاکت نرمال بسته (NC) با ترمینال‌های 95 و 96 و کنتاکت نرمال باز (NO) با ترمینال‌های 97 و 98 هستند. این کنتاکت‌ها برای مدار کنترل و سیگنال‌های هشدار (مانند روشن کردن چراغ تریپ) استفاده می‌شوند.
- ولوم تنظیم آمپر (Ampere setting knob): برای تنظیم مقدار جریان تریپ رله حرارتی استفاده می‌شود.
- دکمه توقف (Stop button): برای توقف عادی موتور در حین کار.
- دکمه تست یا تریپ (Test or trip button): برای بررسی عملکرد کنتاکت‌های تریپ.
- انتخابگر ریست دستی/اتومات (Auto manual reset selector): برای انتخاب بین حالت‌های ریست خودکار و دستی و همچنین به عنوان دکمه ریست دستی.
اصل کارکرد رله اضافه بار در یک مدار کنترل
جریان اصلی موتور از طریق المان‌های گرمایی رله اضافه بار عبور می‌کند. هنگامی که موتور دچار اضافه بار می‌شود و جریان افزایش می‌یابد، گرمای تولیدی باعث خم شدن نوارهای بیمتالیک و فعال شدن مکانیزم تریپ می‌شود. این عمل باعث تغییر وضعیت کنتاکت‌های کمکی می‌شود: کنتاکت NC باز و کنتاکت NO بسته می‌شود.
- در مدار کنترل، کنتاکت NC رله اضافه بار معمولاً در مسیر تغذیه بوبین کنتاکتور قرار دارد.
- هنگامی که رله تریپ می‌کند و کنتاکت NC باز می‌شود، بوبین کنتاکتور بی‌انرژی می‌شود.
- بی‌انرژی شدن بوبین کنتاکتور باعث باز شدن کنتاکت‌های اصلی قدرت کنتاکتور می‌شود و در نتیجه تغذیه موتور قطع شده و موتور متوقف می‌شود.
- همزمان، کنتاکت NO که بسته شده است، می‌تواند برای فعال کردن یک چراغ هشدار یا آلارم در تابلوی کنترل استفاده شود.
تنظیم مقدار جریان تریپ
مقدار جریان تریپ رله اضافه بار بر اساس جریان بار کامل موتور (FLA) که در پلاک مشخصات موتور درج شده است، تعیین می‌شود. در عمل استاندارد، مقدار تنظیمی معمولاً بین 105% تا 115% FLA موتور است.
فاکتور سرویس (SF) موتور نیز که در پلاک مشخصات موجود است، می‌تواند برای تنظیم در نظر گرفته شود؛ به عنوان مثال، برای موتوری با SF 1.25، می‌توان تنظیمات را تا مقدار مشخصی بالاتر از FLA در نظر گرفت.
هدف اصلی از تنظیم رله اضافه بار، انتخاب پایین‌ترین مقدار جریان است که بدون ایجاد تریپ‌های ناخواسته (Nuisance tripping) به تجهیزات شما اجازه کار عادی می‌دهد. این کار حداکثر حفاظت را بدون به خطر انداختن در دسترس بودن تجهیزات فراهم می‌کند.
کلاس تریپ رله (Trip Class)
زمان پاسخ رله اضافه بار به شرایط اضافه بار به کلاس تریپ آن بستگی دارد. رله‌ها در کلاس‌هایی مانند کلاس 5، 10، 20 و 30 دسته‌بندی می‌شوند. این کلاس‌ها نشان‌دهنده مدت زمانی هستند که طول می‌کشد تا رله در یک درصد مشخص از FLA موتور تریپ کند.
علل اضافه بار موتور
چرا موتورها دچار اضافه بار می‌شوند؟ دلایل اضافه بار را می‌توان به دو دسته اصلی تقسیم کرد:
اضافه بار الکتریکی (Electrical Overload):
- ولتاژ کم (Undervoltage)، زیاد (Overvoltage)، یا نوسان‌دار (Fluctuating voltage). (ولتاژ کم نسبت به ولتاژ زیاد تأثیر مخرب‌تری دارد).
- ولتاژ فاز نامتعادل (Unbalanced phase voltages).
- قطع یک فاز (Phase loss یا Single phasing) که می‌تواند باعث وضعیت قفل شدن رتور و کشیدن جریان بیش از حد شود. قطع فاز می‌تواند ناشی از کنتاکت معیوب یا باز در تجهیزات مانند قطع‌کننده مدار یا کنتاکتور باشد.
اضافه بار مکانیکی (Mechanical Overload):
- توان نامی موتور کمتر از حد نیاز (Undersized motor rating).
- ناهم‌راستایی شفت موتور و بار (Misaligned load and motor shafts).
- گیر کردن بلبرینگ‌های موتور (Stuck up motor bearings).
- بیش از حد سفت بودن تسمه‌های V روی پولی‌ها.
- اضافه بار ناشی از شرایط عملیاتی فراتر از ظرفیت موتور.
عیب‌یابی و ریست کردن رله اضافه بار
هنگامی که رله اضافه بار تریپ می‌کند، ابتدا باید علت اضافه بار را شناسایی و برطرف کنید. برای عیب‌یابی مشکلات ولتاژ، میتوانید ولتاژ را از منبع اصلی و سپس در خروجی هر دستگاه الکتریکی بررسی کنید.
قبل از ریست کردن رله، حتماً اجازه دهید المان‌های گرمایی و نوارهای بیمتالیک خنک شوند تا به شکل اولیه خود برگردند. این کار زمان می‌برد. همچنین، مطمئن شوید که کلید استارت یا انتخابگر موتور در وضعیت خاموش باشد، به خصوص اگر رله امکان ریست خودکار دارد، تا از روشن شدن ناگهانی موتور در حین بررسی جلوگیری شود و ایمنی رعایت شود.
پس از اطمینان از رفع مشکل و خنک شدن رله، میتوانید دکمه ریست را فشار دهید. با این کار، کنتاکت‌های کمکی رله به وضعیت پیش‌فرض خود (NC بسته و NO باز) باز می‌گردند و استارتر برای راه‌اندازی مجدد موتور آماده می‌شود.
آیا این مقاله برایتان مفید بود؟
