مقایسه کلید حرارتی و بی‌متال و کنترل بار، در هر پروژه از کدام تجهیز استفاده کنیم؟

کشاورزی برای استخراج آب یک چاه از پمپ استفاده می‌کند. در یک سال گذشته، سیم‌پیچ‌های موتور این پمپ دوبار سوخته‌اند. این مشکل، هزینه‌های این کشاورز را به طور چشم‌گیری افزایش داده است. به نظر شما مشکل از کجا است؟ چگونه می‌توانیم به این کشاورز کمک کنیم؟ حدس شما درست است، نوسانات بار عامل اصلی سوختن سیم‌پیچ‌های پمپ است. تا پایان این مقاله با ما همراه باشید، تا بهترین راه‌حل برای این چالش را بیابیم. در این مقاله، مقایسه کلید حرارتی و بی‌متال و کنترل بار را مشاهده می‌کنید.  

نوسانات بار

نوسانات بار یعنی کمتر بودن بار از مقدار نامی (کمبود بار) یا بیشتر بودن بار از مقدار نامی (اضافه بار). کمبود بار و اضافه بار هر دو می‌توانند باعث ایجاد خسارت شوند. حتماً می‌پرسید کمبود بار چگونه خسارت ایجاد می‌کند، در حالی که خود نوعی مزیت است؟ در ادامه به این سوال پاسخ خواهیم داد.

خطای کمبود بار

یک پمپ شناور یا کف‌کش (sludge pump) را در نظر بگیرید که از آن برای خارج کردن آب از چاه استفاده می‌کنیم. دبی خروجی این پمپ ۵۰ متر مکعب در ساعت است و با آب چاه خنک‌کاری می‌شود. در فصل‌های کم‌آبی که چاه‌ با کمبود آب روبه‌رو است، موتور در کمتر از بار نامی خود (کمبود بار یا بی‌باری) فعالیت می‌کند. در این شرایط، خنک‌کاری موتور به‌درستی انجام نمی‌شود و سیم‌پیچی‌های آن با گذشت زمان می‌سوزند. در این مثال، کمبود بار باعث ایجاد خسارت شده است.

با مطالعه مقاله «الکتروموتور و اجزای آن» با این تجهیز و اجزای آن بیشتر آشنا می‌شوید.

 درس ۹۰ فصل چهارم دوره آموزش برق صنعتی ماهر به بررسی این موضوع اختصاص دارد. در ویدئوی زیر بخشی از این درس را مشاهده خواهید کرد.

خطای اضافه بار

اگر عملگر، به هر دلیلی، باری بیشتر از ظرفیت خود تحمل کند، خطای اضافه بار رخ داده است. اضافه بارها دو نوع هستند:

۱. اضافه بار مجاز: یک مثال مشهور از اضافه بار مجاز، جریان راه‌اندازی موتور است. اضافه بار مجاز در بازه زمانی کوتاهی در مدار ایجاد شده و پس از آن برطرف می‌شود.

۲. اضافه بار غیرمجاز: این اضافه بار بر خلاف اضافه‌ بار مجاز، موقتی نیست و تا زمان رفع خطا در مدار باقی می‌ماند. این نوع اضافه بار می‌تواند آسیب‌های جدی به مدار وارد کند. در مثالِ پمپ‌‌ شناور (با دبی خروجی ۵۰ متر مکعب در ساعت)، در یک ساعت، ۷۰ متر مکعب آب خارج کرده‌ایم (۲۰ متر مکعب بیشتر از ظرفیت نامی پمپ). در این شرایط پمپ تحت اضافه بار غیر مجاز عمل کرده است. 

حفاظت در برابر اضافه‌ بار

چند تجهیز برای حفاظت در برابر اضافه بار می‌شناسید؟ شما به عنوان یک مهندس برق، از کدام‌یک از این تجهیزات استفاده می‌کنید؟ آیا همه این تجهیزات به یک اندازه موثرند؟ کدام‌یک قابل اطمینان‌تر است؟ برای پاسخ به این سوالات و انتخاب تجهیز حفاظتی مناسب، باید با شباهت‌ها و تفاوت‌های آن‌ها بیشتر آشنا شوید. سپس بر اساس جزئیات پروژه مورد نظر خود تجهیز انتخاب کنید. رله حرارتی یا بیمتال، رله کنترل بار و کلید حرارتی سه تجهیز پرکاربرد برای حفاظت در برابر اضافه بار هستند. در ادامه پس از توصیف مختصر بیمتال، حرارتی و رله کنترل بار، شباهت‌ها و تفاوت‌های آن‌ها را بیان می‌کنیم. 

رله اضافه بار حرارتی یا بیمتال

بیمتال یا رله اضافه بار حرارتی (Thermal overload relay) تجهیزی برای حفاظت در برابر اضافه بار است. این تجهیز از دو فلز با ضریب انبساط حرارتی متفاوت ساخته شده‌ است. با افزایش جریان ناشی از اضافه بار، دما نیز افزایش پیدا می‌کند. افزایش دما، دو فلز بیمتال را به سمت فلز با ضریب انبساط دمایی کمتر منحرف می‌کند. با انحراف دو فلز، جریان مدار قطع خواهد شد. 

برای آشنایی بیشتر در مورد این تجهیز، مقاله «بیمتال چیست؟» را بخوانید.

شکل ۱ – رله اضافه بار حرارتی (بیمتال)

کلید حرارتی

کلید حرارتی یا کلید حفاظت موتوری (MPCB)، ترکیبی از کلید مینیاتوری و بیمتال است. این تجهیز از موتور در برابر اضافه بار و اتصال کوتاه حفاظت می‌کند. یک بی‌متال در کلید حرارتی وظیفه حفاظت اضافه بار را بر عهده دارد.

اگر به دنبال اطلاعات بیشتری در مورد کلید حرارتی و کلید مینیاتوری هستید مقاله «کلید حرارتی چیست؟» و «کلید مینیاتوری چیست؟» را به شما پیشنهاد می‌کنیم.

شکل ۲ – کلید حرارتی یا MPCB

رله کنترل بار

رله کنترل بار با مانیتورینگ جریان (Current monitoring)، از افزایش جریان ناشی از اضافه بار جلوگیری می‌کند. این رله، قطعه‌ای الکترونیکی است که بر اساس نوع برند و سازنده می‌تواند نوسانات بار (افزایش یا کمبود بار) را تشخیص دهد.

با مطالعه مقاله «کنترل بار چیست؟» با رله‌ کنترل بار به‌عنوان یک تجهیز حفاظتی و تفاوت‌های آن با بی‌متال آشنا خواهید شد.

شکل ۳ – رله کنترل بار

مقایسه کلید حرارتی و بی‌متال و کنترل بار

این تجهیزات را از منظرهای گوناگونی می‌توان با یکدیگر مقایسه کرد:

 مقایسه از نظر نوع حفاظت

بیمتال و رله کنترل بار فقط می‌توانند خطای اضافه بار را تشخیص دهند؛ اما کلید حرارتی قادر است علاوه بر اضافه بار، اتصال کوتاه را هم تشخیص دهد. باید توجه داشت که MPCB برای حفاظت از موتور بهترین گزینه است.

 مقایسه از نظر عملکرد

بیمتال بر اثر تغییرات دما (بر اثر تغییرات جریان گذرنده از مدار) کار می‌کند. در کلید حرارتی هم یک بیمتال وظیفه حفاظت در برابر اضافه بار را دارد. در حالی که رله کنترل بار تجهیزی الکترونیکی است و با مانیتورینگ جریان افزایش جریان ناشی از اضافه بار را تشخیص می‌دهد.

مقایسه از نظر دقت عملکرد

بیمتال و کلید حرارتی به دلیل عملکرد مشابه، دقت تشخیص یکسانی دارند. رله کنترل بار به دلیل الکترونیکی بودن، خطای کمتری دارد.

 مقایسه از نظر طول عمر

تجهیزاتی که بر اساس حرکت‌های مکانیکی عمل می‌کنند، عمر کوتاه‌تری نسبت به تجهیزات الکترونیکی دارند. یک تغییر مکانیکی در بیمتال و حرارتی (انحراف دو فلز) منجر به عملکرد آن‌ها می‌شود. بنابراین طول عمر کمتری نسبت به رله کنترل بار دارند. رله کنترل بار به‌طور مستقیم در مدار قدرت قرار نمی‌گیرد، این موضوع طول عمر تجهیز را افزایش می‌دهد.

 مقایسه از نظر سرعت عملکرد (زمان پاسخ)

سرعت عملکرد (زمان پاسخ) رله کنترل بار (به دلیل عملکرد الکترونیکی) از سرعت عملکرد بیمتال و کلید حرارتی بیشتر است.

 مقایسه از نظر میزان تاثیرپذیری از دمای محیط

دمای محیط به طور مستقیم بر عملکرد بیمتال و کلید حرارتی موثر است. در حالی که رله کنترل بار کمترین تاثیرپذیری را از دمای محیط دارد. در موقعیتی که در آن نوسانات دمایی بالا است (مثل مناطق کویری که اختلاف دمای شب و روز زیاد است)، رله کنترل بار انتخاب درست خواهد بود.

 مقایسه از نظر امکان تنظیم زمان قطع

در یک رله کنترل بار می توانید زمان قطع جریان را تنظیم کنید؛ اما تنظیم زمان قطع در بیمتال و کلید حرارتی قابل تنظیم نیست.

 مقایسه از نظر توانایی تشخیص خطای کمبود بار

از بین این سه تجهیز، فقط رله کنترل بار (در برندهای خاص امکان سفارشی‌سازی این تجهیز وجود دارد) می‌تواند کمبود بار را تشخیص دهد. در مثال ابتدای مقاله، خطای کمبود بار، باعث سوختن پمپ کشاورز شده است. مطابق آن‌چه بیان شد، بهترین راه‌حل برای تشخیص خطای کمبود بار استفاده از رله کنترل بار است.

در ویدئوی زیر (بخشی از فصل چهارم دوره آموزش برق صنعتی ماهر) توانایی تشخیص خطای کمبود بار این تجهیز را شرح داده‌ایم.

 مقایسه از نظر قیمت و برندهای موجود در بازار

در تاریخ نگارش این مقاله (۱۷ آبان ۱۴۰۱)، برندهای LS، هیوندای، چانت و اشنایدر از مهم‌ترین برند‌های سازنده بی‌متال و کلید حرارتی هستند. در ایران برند میکرومَکس (Micromax)، شیوا امواج و برناالکتریک سازنده رله‌های کنترل بار هستند. 

رنج قیمت روز این تجهیزات 

• قیمت رله کنترل بار بین ۳۰۰ تا ۵۰۰ هزار تومان
• قیمت کلید حرارتی بین ۳۰۰ هزار تا ۵ میلیون تومان
• قیمت بیمتال بین ۲۰۰ هزار تا ۱ میلیون تومان

جمع‌بندی

خطایی مانند اضافه بار، اگر به موقع تشخیص داده نشود، می‌تواند خسارت‌های سنگین مالی در پی داشته باشد. برای جلوگیری از افزایش خسارت‌هایی مانند سوختن موتور در خطوط تولید، جرثقیل‌ها، پمپ‌ها و … حفاظت امری ضروری است. رنج گسترده تجهیزات حفاظتی، انتخاب تجهیز درست را به یک چالش تبدیل می‌کند. اکنون که این مقاله را مطالعه کردید، مهم‌ترین تجهیزات حفاظت در برابر نوسانات بار را می‌شناسید و می‌توانید بعد از مقایسه کلید حرارتی و بی‌متال و کنترل بار، از بین آن‌ها مناسب‌ترین تجهیز را بر اساس نیازهای پروژه انتخاب کنید. آن‌چه آموختید، بخش کوتاهی از فصل چهارم دوره آموزش برق صنعتی ماهر است.