انواع روشهای حفاظت موتور الکتریکی
روشهای حفاظت موتور الکتریکی
حفاظت موتور الکتریکی یعنی مجموعه تجهیزاتی که کمک میکنند موتور الکتریکی در برابر شرایط خطرناک مثل اضافهبار، قطع فاز یا اتصال کوتاه آسیب نبیند.
1. رله اضافهبار
یکی از مهمترین این تجهیزات حفاظت موتور الکتریکی، رله اضافهبار است که انواع مختلفی دارد و هرکدام در شرایط خاصی استفاده میشوند.
رله اضافهبار با قابلیت reclosing lockout، زمانی استفاده میشود که موتور توسط تجهیزاتی کنترل میشود که تماس آنها دائمی است؛ مثل سوئیچهای فشار یا سوئیچهای موقعیت. در این حالت اگر موتور به دلیل اضافهبار خاموش شود، نباید خودش دوباره روشن شود، چون ممکن است خطرناک باشد.
به همین دلیل این رلهها نیاز به تنظیم مجدد دستی دارند. البته اپراتور میتواند آنها را به حالت تنظیم مجدد خودکار هم تغییر دهد، اما حالت دستی ایمنتر است. معمولاً دکمه ریست را در جایی نصب میکنند که همه بتوانند به آن دسترسی داشته باشند.
2. رلههای اضافهبار سه سیمه
نوع دیگری از این رلهها، رله اضافهبار با قابلیت reclosing lockout مخصوص کنترل سهسیمه است. این نوع فقط زمانی استفاده میشود که فرمان موتور از طریق شستیهای فشاری یا تجهیزات پالسی داده میشود. در این حالت، حتی اگر رله بعد از خنک شدن آماده شود، موتور خودبهخود روشن نمیشود، چون برای روشن شدن نیاز به فشردن دوباره شستی است.
3. مدارهای خاص
در برخی مدارها مثل ستاره مثلث، رلههایی که با ترانس جریان کار میکنند، ممکن است لازم باشد جریان تنظیم رله دقیقاً برابر جریان نامی موتور نباشد و کمی تغییر کند. این به دلیل شرایط خاص عملکرد این مدارهاست.
4. استفاده از فیوزهای پشتیبان با قطع آنی
وقتی موتور تعداد دفعات روشن و خاموش شدن زیادی دارد، حفاظت آن سختتر میشود. چون رله اضافهبار سریعتر گرم میشود و ممکن است زودتر از حد لازم عمل کند. برای جلوگیری از این مشکل، جریان رله را کمی بالاتر از جریان نامی موتور تنظیم میکنند.
موتورهایی که برای کارهای سنگین ساخته شدهاند، معمولاً این شرایط را بهتر تحمل میکنند. البته این کار حفاظت کامل در برابر اضافهبار را تضمین نمیکند، اما از روشن نشدن موتور در شرایط خطرناک جلوگیری میکند.
نحوه تنظیم و عملکرد رله اضافهبار
رله اضافهبار باید روی چه جریانی تنظیم شود؟
دقیقاً روی جریان نامی موتور. اگر کمتر تنظیم شود، موتور نمیتواند توان واقعی خود را ارائه دهد. اگر بیشتر تنظیم شود، حفاظت کامل در برابر اضافهبار از بین میرود. همچنین اگر رله درست تنظیم شده باشد اما زیاد قطع کند، یا باید بار موتور کم شود یا موتور و رله مناسبتری انتخاب گردد.
چه زمانی رله اضافهبار باید عمل کند؟
زمانی که جریان موتور به دلیل شرایطی مثل اضافهبار مکانیکی، افت ولتاژ، قطع یکی از فازها یا قفل کردن روتور افزایش پیدا کند. این اتفاق معمولاً زمانی رخ میدهد که موتور تحت بار کامل یا نزدیک به آن کار میکند.
چه زمانی رله اضافه بار با وجود اینکه موتور در معرض خطر است، به موقع عمل نمیکند؟
گاهی با وجود اینکه موتور در شرایط خطرناک قرار دارد، رله اضافهبار بهموقع عمل نمیکند. دلیل آن این است که برخی مشکلات موتور باعث افزایش جریان نمیشوند و رله اضافهبار فقط افزایش جریان را تشخیص میدهد. این مشکلات شامل موارد زیر است:
- رطوبت داخل موتور که باعث کاهش عایقبندی و گرم شدن غیرعادی میشود.
- کم شدن خنککنندگی موتور به دلیل کاهش سرعت چرخش یا کثیف شدن بدنه و پرههای خنککننده.
- گرمای خارجی محیط که بهطور موقت دمای موتور را بالا میبرد.
- سایش یاتاقانها که باعث افزایش اصطکاک و داغ شدن موتور میشود.
در همه این حالتها، موتور در خطر است اما چون جریان زیاد نمیشود، رله اضافهبار واکنش نشان نمیدهد.
چه چیزی باعث خرابی رله اضافهبار میشود؟
رله اضافهبار معمولاً تجهیزی بسیار مطمئن است و بهندرت خراب میشود. اما یک حالت وجود دارد که میتواند آن را از بین ببرد:
- وقوع اتصال کوتاه در سمت بار رله در حالی که فیوز پشتیبان بزرگتر از مقدار مجاز انتخاب شده باشد.
در این شرایط، جریان بسیار زیادی از رله عبور میکند و چون فیوز مناسب نیست، رله آسیب میبیند. معمولاً در چنین وضعیتی کنتاکتور و حتی موتور هم در خطر جدی قرار میگیرند. به همین دلیل همیشه باید حداکثر جریان فیوزی که روی رله نوشته شده دقیقاً رعایت شود.
اتصال رلههای اضافهبار سهفاز
وقتی از رله اضافهبار سهفاز برای موتورهای تکفاز یا DC استفاده میشود، باید طوری سیمکشی شود که هر سهفاز رله جریان را عبور دهند.
این کار باعث میشود رله بهدرستی گرم شود و عملکرد حفاظتی آن دقیق باشد.
- در مدارهای تکفاز، جریان باید از هر سه فاز عبور داده شود.
- در مدارهای دوفاز نیز همین اصل برقرار است.
- در موتورهای سهفاز هم که بهطور طبیعی هر سه فاز درگیر هستند.
کلاسهای قطع رله اضافهبار
طبق استاندارد IEC/EN 60947-4-1، رلههای اضافهبار در کلاسهای مختلفی ساخته میشوند؛ مثل:
- کلاس 10A
- کلاس 10
- کلاس 20
- کلاس 30
این کلاسها نشان میدهند که رله در شرایط قفل کردن روتور یا اضافهبار شدید، در چه مدت زمانی باید مدار را قطع کند.
- کلاسهای پایینتر (مثل 10A) برای موتورهایی مناسباند که سریع راهاندازی میشوند.
- کلاسهای بالاتر (مثل 20 یا 30) برای موتورهایی هستند که راهاندازی سنگین و طولانی دارند.
انتخاب درست کلاس رله باعث میشود موتور هنگام راهاندازی اشتباهاً قطع نشود و در عین حال در برابر خطرات واقعی محافظت شود.
ظرفیت رله اضافهبار
رلهها و رلههای اضافهبار در مدارهای الکتریکی وظیفه دارند از الکتروموتور در برابر گرمشدن بیش از حد محافظت کنند. داخل این رلهها سیمپیچهایی وجود دارد که اگر جریان زیادی از آنها عبور کند، داغ میشوند و ممکن است آسیب ببینند.
وقتی الکتروموتور روشن یا خاموش میشود، جریانهای لحظهای نسبتاً بزرگی از رله عبور میکند. مقدار این جریانها بستگی به نوع کاربرد و اندازه موتور معمولاً بین ۶ تا ۱۲ برابر جریان نامی موتور است.
هر رله یک «نقطه تخریب» دارد؛ یعنی جایی که اگر جریان از آن حد بیشتر شود، رله دیگر نمیتواند بهدرستی کار کند و آسیب میبیند. این نقطه به طراحی و اندازه رله بستگی دارد و معمولاً بین ۱۲ تا ۲۰ برابر جریان نامی است. نقطه تخریب در واقع محل برخورد منحنی عملکرد رله با مقدار جریان است.
در مدار اصلی موتور، اگر جریان اتصال کوتاه از ظرفیت قطع تجهیزات حفاظتی بیشتر شود، ممکن است راهانداز الکتروموتور (کنتاکتور و رله) آسیب ببیند. استانداردها (مثل EN 60947-1) اجازه میدهند که در چنین شرایطی تا زمان عملکردن وسیله حفاظتی، مقداری آسیب به استارتر وارد شود.
برای همین، در استانداردها دو نوع هماهنگی حفاظتی تعریف شده است:
هماهنگی نوع 1: بعد از اتصال کوتاه، ممکن است استارتر آسیب ببیند و نیاز به تعمیر داشته باشد.
هماهنگی نوع 2: بعد از اتصال کوتاه، استارتر باید بدون آسیب جدی و بدون نیاز به تعمیر دوباره قابل استفاده باشد.
آشنایی با حفاظت رله اضافهبار نوع 1
در این حالت، اگر اتصال کوتاه رخ دهد:
- استارتر نباید برای افراد یا تجهیزات خطر ایجاد کند.
- اما لازم نیست بعد از رفع اتصال کوتاه دوباره قابل استفاده باشد.
- یعنی ممکن است آسیب ببیند و نیاز به تعمیر یا تعویض داشته باشد. هدف اصلی این نوع هماهنگی، حفظ ایمنی است، نه سالم ماندن تجهیزات.
آشنایی با حفاظت رله اضافهبار نوع 2
در این حالت، اگر اتصال کوتاه رخ دهد:
- مانند نوع 1، نباید خطری برای افراد یا تجهیزات ایجاد شود.
- اما تفاوت مهم این است که استارتر باید بعد از رفع اتصال کوتاه دوباره قابل استفاده باشد و آسیب جدی نبیند.
- تنها اتفاقی که ممکن است بیفتد، جوش خوردن کنتاکتها است؛ یعنی کنتاکتها به هم بچسبند.
2. رله اضافهبار ترمیستوری
رلههای اضافهبار ترمیستوری تجهیزاتی هستند که با کمک سنسورهای حساس به دما (ترمیستورها) از تجهیزات مختلف مثل موتورهای الکتریکی، ترانسفورماتورها، المنتهای حرارتی، یاتاقانها و… محافظت میکنند. این سنسورها با تغییر دما، مقاومتشان تغییر میکند و رله از روی این تغییرات، دمای دستگاه را تشخیص میدهد.
ترمیستورها دو نوعاند:
PTC: با بالا رفتن دما، مقاومت آنها ناگهان زیاد میشود.
NTC: با افزایش دما، مقاومت آنها کم میشود و تغییراتشان آرامتر است.
برای حفاظت موتورهای الکتریکی معمولاً از PTC استفاده میشود، چون تغییر مقاومت آنها در دمای خطرناک بسیار سریع و قابل تشخیص است.
چرا رله ترمیستوری برای موتور مهم است؟
رلههای اضافهبار ترمیستوری مطابق استاندارد EN 60947-8 ساخته میشوند و مخصوص تشخیص بر دمای موتور هستند. اما هنگام انتخاب حفاظت مناسب، باید بدانیم موتور از نظر حرارتی در کدام دسته قرار میگیرد:
۱. موتورهای بحرانی از نظر استاتور
در این موتورها سیمپیچ استاتور زودتر از روتور داغ میشود.
اگر در سیمپیچ استاتور سنسور PTC نصب شود، حتی اگر روتور قفل کند یا نچرخد، رله بهموقع دما را تشخیص میدهد و موتور را خاموش میکند تا آسیب نبیند.
۲. موتورهای بحرانی از نظر روتور
این دسته معمولاً موتورهای قفسسنجابی بزرگتر از ۱۵ کیلووات هستند.
در این موتورها هنگام گیرپاژ، روتور سریعتر از استاتور داغ میشود.
چون سنسور PTC در استاتور نصب میشود، ممکن است دمای استاتور دیرتر بالا برود و رله دیر عمل کند.
برای همین توصیه میشود در کنار رله ترمیستوری، یک رله اضافهبار معمولی هم نصب شود تا حفاظت کامل انجام شود.
الزامات استانداردی
طبق استانداردهای IEC 204 و IEC/EN 60204، موتورهای بالای ۲ کیلووات که زیاد روشن و خاموش میشوند، باید حتماً حفاظت حرارتی مناسب داشته باشند.
این کار معمولاً با نصب سنسورهای دما انجام میشود.
اگر سنسور نتواند در شرایط گیرپاژ روتور حفاظت کافی ایجاد کند، باید رله اضافهجریان هم اضافه شود.
چه زمانی ترکیب رله اضافهبار و رله ترمیستوری لازم است؟
در شرایط زیر بهتر است هر دو نوع حفاظت استفاده شود:
- روشن و خاموش شدن مکرر موتور
- کارکرد متناوب
- بارگذاریهای سنگین و تغییرات زیاد جریان
در این حالت رله اضافهبار روی جریانی کمی بالاتر از جریان کاری تنظیم میشود تا بیدلیل قطع نکند.
رله ترمیستوری هم دمای سیمپیچ را کنترل میکند و اگر موتور بیش از حد گرم شود، آن را خاموش میکند.
حفاظت موتور الکتریکی در کاربردهای خاص
گاهی موتورهایی داریم که شرایط کاری آنها سختتر از حالت معمول است؛ مثلاً موتورهایی که بار سنگین را راهاندازی میکنند یا اینرسی بالایی دارند. در این شرایط، انتخاب و تنظیم درست تجهیزات حفاظتی اهمیت بیشتری پیدا میکند.
راهاندازی با بار سنگین
برای اینکه موتور بتواند بهصورت نرم و بدون قطع ناخواسته راه بیفتد، باید زمان قطع رله اضافهبار به اندازه کافی طولانی باشد. در بیشتر کاربردها، استفاده از رلههای اضافهبار یا کلیدهای محافظ موتور مناسب است.
اما اگر موتور اینرسی بالا داشته باشد و زمان راهاندازی آن طولانیتر از زمان تأخیر قطع رله باشد، معمولاً برخی افراد رله را روی جریان بالاتر از جریان نامی تنظیم میکنند تا در زمان راهاندازی قطع نکند. این کار اشتباه است، چون:
- مشکل راهاندازی را حل میکند
- اما در زمان کار عادی، موتور دیگر محافظت کافی ندارد
نوع قطع رله اضافهبار
نوع عملکرد رله اضافهبار نباید با مشخصه قطع آن پس از اتصال کوتاه مغایرت داشته باشد. یعنی رله باید همانطور که در استاندارد و کاتالوگ تعریف شده عمل کند.
قدرت اتصال کوتاه کنتاکت کمکی
سازنده تجهیزات حفاظتی مشخص میکند که کنتاکتهای کمکی چه مقدار جریان اتصال کوتاه را میتوانند تحمل کنند. این کنتاکتها تحت سه آزمایش با جریان ۱۰۰۰ آمپر و ضریب توان ۰٫۵ تا ۰٫۷ تست میشوند. طبق استاندارد EN 60947-5-1، نباید در این شرایط کنتاکتها جوش بخورند.
3. رلههای اضافهبار با ترانسفورماتور جریان
این نوع رلهها از سه ترانسفورماتور جریان با هسته اشباع تشکیل شدهاند که یک رله اضافهبار را تغذیه میکنند. این سیستم بیشتر برای موتورهای متوسط و بزرگ استفاده میشود.
ویژگیهای مهم آن:
- تا حدود ۲ برابر جریان نامی، رفتار ترانسفورماتورها تقریباً خطی است و مثل رلههای معمولی عمل میکنند.
- اما در جریانهای بزرگتر (مثلاً ۱۲ برابر جریان نامی) جریان ثانویه دیگر متناسب با جریان اولیه افزایش نمییابد.
- این رفتار غیرخطی باعث میشود زمان قطع طولانیتر شود و موتور بتواند زمان راهاندازی بیشتری داشته باشد بدون اینکه رله بیدلیل قطع کند.
تنظیم جریان در رلههای اضافهبار
رلههای اضافهبار برای موتورهایی با جریانهای مختلف استفاده میشوند. محدوده تنظیم این رلهها در کاتالوگ مشخص شده است، اما یک نکته مهم وجود دارد:
اگر بخواهیم این رله را برای موتوری با جریان نامی کمتر از حداقل محدوده تنظیم استفاده کنیم، باید سیم ورودی را چند بار از داخل حلقه رله عبور دهیم.
این کار باعث میشود رله جریان بیشتری «احساس» کند و بتواند برای موتورهای کوچکتر هم بهدرستی تنظیم شود. رابطه تعداد حلقهها با جریان نامی معکوس است؛ یعنی هرچه حلقهها بیشتر باشد، جریان قابل تنظیم کمتر میشود.
جامپر کردن حفاظت هنگام راهاندازی الکتروموتور
در موتورهای کوچک، گاهی برای جلوگیری از قطع ناخواسته در زمان راهاندازی، از روش جامپر کردن (Bypass) استفاده میشود. در این روش:
- یک کنتاکتور بهصورت موازی با رله اضافهبار قرار میگیرد.
- هنگام راهاندازی، این کنتاکتور فعال میشود و رله اضافهبار جریان کامل راهاندازی را تحمل نمیکند.
- وقتی موتور به سرعت نامی رسید، کنتاکتور جامپر شده قطع میشود و از آن لحظه به بعد، رله اضافهبار جریان کامل موتور را دریافت و حفاظت واقعی را انجام میدهد.
آیا این مقاله برایتان مفید بود؟
