رله حفاظت موتور چیست؟ انواع + عملکرد آن
مفهوم رله و حفاظت
رله:
رله یک تجهیز الکتریکی هوشمند است که وظیفه اصلی آن تشخیص خطا در سیستم قدرت و ارسال فرمان قطع به کلید قدرت در شرایط غیرعادی می‌باشد. رله‌ها معمولاً با مقایسه کمیت‌های الکتریکی مانند ولتاژ، جریان، توان، فرکانس و غیره با مقادیر مرجع تصمیم‌گیری می‌کنند.
حفاظت:
حفاظت به مجموعه‌ای از تجهیزات و الگوریتم‌ها گفته می‌شود که به صورت خودکار در صورت بروز شرایط غیر نرمال یا خطا، برای جلوگیری از گسترش خرابی، کاهش زمان خاموشی، و حفاظت از جان و تجهیزات عمل می‌کنند.
رله حفاظت موتور چیست؟
رله حفاظت موتور تجهیزی هوشمند و حفاظتی است که وظیفه آن پایش وضعیت موتور الکتریکی و قطع مدار در صورت تشخیص شرایط غیر مجاز نظیر اضافه بار، اتصال کوتاه، عدم تعادل فاز، افت یا افزایش ولتاژ، قفل رتور، گرم شدن بیش از حد و … است.
این رله‌ها با تحلیل سیگنال‌های ولتاژ، جریان، دما و دیگر پارامترها، حفاظت‌های ضروری برای عملکرد ایمن و پایدار موتور را فراهم می‌کنند.
مهم‌ترین شرایط غیر عادی که توسط رله حفاظت موتور شناسایی می‌شوند
| توضیحات | نوع خطا یا وضعیت |
|---|---|
| جریان نامی برای مدت طولانی افزایش پیدا کرده، ایجاد گرمای بیش از حد. | اضافه بار (Overload) |
| جریان شدید در اثر اتصال بین فازها یا به زمین. | اتصال کوتاه |
| در لحظه راه‌اندازی یا بارگیری مکانیکی بیش از حد، جریان بسیار زیاد. | قفل شدن رتور |
| عدم تعادل در ولتاژ یا جریان فازها سبب گرم شدن سیم پیچ موتور می‌شود. | عدم تقارن جریان/فاز |
| از دست رفتن یک فاز باعث افزایش جریان در دیگر فازها می‌شود. | قطع فاز |
| خارج شدن ولتاژ از بازه مجاز کاری موتور | افزایش/کاهش ولتاژ |
| افزایش دمای سیم پیچ یا بدنه موتور از حسگرهای حرارتی | افزایش دما |
| نشتی جریان از سیم پیچ به زمین، خطرناک برای افراد و تجهیزات | خطای زمین |
انواع رله حفاظت موتوری
1. رله اضافه بار (Overload)
در حالت کلی، وقتی موتوری به دلایلی مانند افزایش بار مکانیکی، کاهش ولتاژ ورودی یا خرابی مکانیکی دچار افزایش جریان می‌شود، ممکن است این جریان بالا چندین برابر جریان نامی موتور شود. این افزایش جریان باعث بالا رفتن دمای سیم‌پیچ‌های استاتور می‌شود که اگر کنترل نشود، موجب تخریب عایق، سوختگی موتور، یا کاهش عمر مفید آن خواهد شد.
رله اضافه‌بار با پایش جریان فازهای ورودی به موتور و مقایسه آن با مقدار تنظیم‌شده (که معمولاً معادل یا کمی بالاتر از جریان نامی موتور است)، تشخیص می‌دهد که آیا موتور در شرایط اضافه‌بار قرار دارد یا خیر.
عملکرد این رله‌ها معمولاً دارای یک تأخیر زمانی است که بر اساس رابطه حرارتی I²t تعریف می‌شود، به این معنی که هرچه جریان بالاتر باشد، زمان عملکرد کوتاه‌تر خواهد بود.
برای مثال، اگر جریان عبوری از موتور 1.2 برابر جریان نامی باشد، رله ممکن است پس از 30 تا 60 ثانیه فرمان قطع بدهد، ولی اگر جریان به 1.8 برابر برسد، زمان عملکرد می‌تواند به چند ثانیه کاهش یابد.
2. رله اتصال کوتاه
عملکرد رله اتصال کوتاه بر اساس اندازه‌گیری جریان لحظه‌ای در مدار است. این رله از طریق ترانس جریان (CT) جریان عبوری را اندازه‌گیری کرده و با مقدار آستانه‌ای که از قبل تنظیم شده مقایسه می‌کند. در صورتی که جریان عبوری از این مقدار بیشتر شود، رله بلافاصله (در کسری از ثانیه) وارد عمل شده و فرمان قطع به کلید قدرت یا کنتاکتور صادر می‌کند.
رله‌های اتصال کوتاه معمولاً به دو دسته اصلی تقسیم می‌شوند:
رله‌های جریان زیاد لحظه‌ای (Instantaneous Overcurrent Relay) که با شناسه ANSI 50 شناخته می‌شوند. این رله‌ها بدون تأخیر زمانی و به‌صورت آنی عمل می‌کنند و برای حفاظت در برابر اتصال کوتاه نزدیک به تجهیزات (مانند کلید یا ترانس) بسیار مناسب‌اند.
رله‌های جریان زیاد زمانی (Inverse Time Overcurrent Relay) با شناسه 51 که عملکرد آن‌ها تابعی از مقدار جریان و زمان است. هرچه جریان بالاتر باشد، زمان عملکرد کوتاه‌تر می‌شود. این رله‌ها برای هماهنگی حفاظتی بین بخش‌های مختلف شبکه بسیار کاربردی‌اند.
3. رله نشتی زمین
در حالت نرمال، مجموع جریان‌های عبوری از فازها در یک سیستم سه‌فاز باید برابر با جریان نول باشد، یا در سیستم‌های بدون نول، مجموع برداری جریان فازها باید صفر باشد. در صورت بروز اتصال فاز به زمین یا نشتی جریان از یکی از فازها به بدنه یا زمین، این تعادل به‌هم می‌خورد و یک جریان نشتی (Residual Current) ایجاد می‌شود.
رله نشتی زمین این جریان تفاضلی را با استفاده از یکی از روش‌های زیر اندازه‌گیری می‌کند:
- استفاده از ترانس جریان کوربالانس (Core Balance Current Transformer – CBCT): تمامی کابل‌های فاز و نول از درون یک CT کوربالانس عبور داده می‌شوند. در حالت عادی، جمع برداری جریان‌ها صفر است و ولتاژی در ثانویه CT القا نمی‌شود. اما در صورت نشتی زمین، عدم تعادل ایجاد شده و ولتاژ در CT القا می‌شود که باعث تحریک رله می‌گردد.
- محاسبه برداری جریان‌های فازها: در برخی رله‌های دیجیتال یا عددی، با اندازه‌گیری جداگانه جریان‌های سه فاز و نول، مجموع برداری آن‌ها محاسبه شده و در صورت خروج از محدوده مجاز، رله عمل می‌کند.
4. رله کنترل فاز
عملکرد فنی رله کنترل فاز به این صورت است که ولتاژ هر سه فاز را به صورت لحظه‌ای اندازه‌گیری کرده و با مقادیر مرجع مقایسه می‌کند. در صورتی که یکی از فازها دچار قطعی شود، یا ولتاژ آن به شدت کاهش یابد، رله بلافاصله خروجی خود را قطع می‌کند تا از کارکرد موتور در حالت دو فاز و آسیب‌های حرارتی ناشی از آن جلوگیری شود.
همچنین اگر توالی فازها جابه‌جا شود (مثلاً به‌جای L1-L2-L3، ترتیب L1-L3-L2 برقرار باشد)، رله این تغییر را تشخیص داده و مانع از راه‌اندازی موتور در جهت معکوس می‌شود. این ویژگی به‌خصوص در تجهیزاتی که جهت چرخش در آن‌ها اهمیت دارد، حیاتی است.
از دیگر قابلیت‌های رله کنترل فاز، تشخیص عدم تعادل ولتاژ بین فازها است. اگر اختلاف ولتاژ بین دو فاز از حد مجاز بیشتر شود (مثلاً بیش از 5٪)، نشان‌دهنده توزیع نامتوازن بار یا اشکال در شبکه است.
این وضعیت باعث افزایش جریان در یکی از فازها و داغ شدن موتور می‌شود. همچنین در شرایط افت ولتاژ (Undervoltage) یا افزایش بیش از حد ولتاژ (Overvoltage)، این رله با بررسی حد بالا و پایین ولتاژ مجاز، فرمان قطع مدار را صادر می‌کند.
آیا این مقاله برایتان مفید بود؟
