بی متال چیست و چطور از مدار حفاظت می کند ؟

حفاظت موتورها اهمیت بسیاری دارد. در صورتی که کار غیر عادی موتورها در طی بهره برداری آنان به موقع تشخیص داده نشده و از ادامه کار موتور جلوگیری نشود، به عیوب الکتریکی و مکانیکی منجر خواهد شد. به منظور جلوگیری از بروز عیب الکتریکی و یا صدمه مکانیکی به موتور و توقف خط تولید، لازم است کار غیر عادی موتورها از طریق رله های حفاظتی اضافه بار نوع حرارتی یا الکتریکی تشخیص داده شود.

در ﺷﻜﻞ زیر یک ﺑﺴﺘﻪ ﺑﺮ روی ﺗﺴﻤﻪ ﻧﻘﺎﻟﻪ ﮔﻴﺮ ﻛﺮده و ﺑﺎﻋﺚ ﺷﺪه اﺳﺖ ﻣﻮﺗﻮر ﺑﻪ ﺳﺨﺘﻲ ﻧﻘﺎﻟﻪ را ﺑﻪ ﺣﺮﻛﺖ درآورد .ﻫﻤﺎﻧﻄﻮر ﻛﻪ ﻣﻮﺗﻮر ﺗﻼش ﻣﻲ کند ﺗﺴﻤﻪ ﻧﻘﺎﻟﻪ ﻣﺘﻮﻗﻒ ﺷﺪه را راه ﺑﻴﺎﻧﺪازد، جریانش به شدت بالا می رود اگر مشکل حل نشود و یا مدار قطع نشود موتور با زیاد شدن حرارتش صدمه خواهد دید.
کاربرد بی متال
کاربرد بی متال
انواع رله

رله نوعی کلید الکتریکی سریع یا بی‌درنگ است که با هدایت یک مدار دیگر باز و بسته می شود. روش کنترل باز و بسته شدن این کلید الکتریکی به صورت های مختلف مکانیکی، حرارتی، مغناطیسی و غیره است.

از آنجا که رله می تواند جریان قوی تر از جریان ورودی را هدایت کند می توان آن را نوعی تقویت کننده نیز دانست. در گذشته رله ها معمولاً با سیم پیچ ساخته می‌شد و از جریان برق برای تولید میدان مغناطیسی و باز و بسته کردن مدار استفاده می کرد. امروزه بسیاری از رله ها به صورت حالت جامد و از جنس مواد نیمه هادی ساخته می‌شوند و اجزای متحرک ندارند. از انواع رله های استفاده شده در سیستم های توزیع می توان به موارد زیر اشاره کرد:

رله کنترل ولتاژ
رله کنترل فاز
رله خطای زمین
رله زمانی (تایمر)
رله حرارتی (بی متال)

رله بی متال

به طور کلی هر به حالت غیر عادی که در عملکرد سیستم به وجود می آید خطا گفته می شود. از این حالت های غیرعادی می‌توان به وقوع اتصال کوتاه، افزایش و یا کاهش بیش از حد ولتاژ، افزایش یا کاهش بیش از حد فرکانس، افزایش حرارت تجهیزات در اثر توان عبوری بیش از حد از آن ها یا اضافه بار، از سنکرون خارج شدن ژنراتورها و غیره اشاره کرد. اتصال کوتاه ها از مهم ترین خطاهایی هستند که در یک شبکه به وجود می آید.

اتصال کوتاه

تقریباً در تمامی خطاها با اندازه گیری میزان جریان و ولتاژ می‌توان وقوع خطا را تشخیص داده و در سیستم های حفاظتی در مرحله اول با استفاده از ترانس های ولتاژ و جریان، اندازه ولتاژ و جریان را کاهش داد تا به میزان قابل استفاده برای تجهیزات حفاظتی برسد و در مراحل بعد در صورتی که لازم باشد به وسیلۀ رله های مربوط فرمان مناسب صادر شود.​
[کلیک و کشیدن برای جابجایی]

​اشخاص و حیوانات، وسایل و لوازم ساختمان ها هم باید در برابر صدمات ناشی از جریان اتصال کوتاه یا اضافه جریان در ساختمان ها در امان باشند. برای اینکار باید منبع تغذیه در موقع بروز اضافه جریان قبل از اینکه اضافه جریان مدت زمان زیادی برقرار باشد قطع شود تا شرایط خطرناکی مانند آتش سوزی یا از بین رفتن عایق تجهیزات برقی یا مدار های الکتریکی پیش نیاید. این کار توسط رله بی متال انجام می شود. برق گرفتگی در اثر اتصال کوتاه
بی متال الکترونیکی

رله ها در دو نوع حرارتی و یا الکترونیکی ساخته می شوند که در نوع حرارتی تأخیر زمانی و کار رله با توجه به حرارت تولید شده، در المان حرارتی مخصوص حاصل می شود و در بی متال الکترونیکی تأخیر زمانی با توجه به مدارهای الکترونیکی و شارژ و دشارژ خازن تنظیم می شود و در موتورها با قدرت بالا و موتورهای فشار قوی از رله های اضافه بار نوع الکترونیکی استفاده می شود که با دقت و با اطمینان بیشتر عمل می کنند.
رله الکترونیکی
رله الکترونیکی

در این قسمت به شرح رله بی متال که نوعی رله حرارتی است می پردازیم.

عملکرد بی متال

در تأسیسات صنعتی لازم است موتور به طور اتوماتیک قطع و یا وصل شود و کنتاکتور متناسب با نوع بار پیش بینی می شود. به منظور قطع اتوماتیک موتورها در صورت افزایش درجه حرارت بدنۀ موتور ناشی از اضافه بار، رله های حرارتی (بی متال) و یا رله های حرارتی مغناطیسی در مدار قرار داده می شود.
بی متال اشنایدر سری LRD
بی متال اشنایدر سری LRD

بی متال یا رله بی متال برای حفاظت از موتور الکتریکی در مقابل اضافه بار استفاده می شود و به کنتاکتور متصل می شود. عملکرد بی متال اشنایدر به این صورت است که اگر جریانی بیش از حد جریان تنظیم شده روی بی متال از آن عبور کند، عمل کرده و مسیر جریان را قطع می کند. در واقع رله به المان حرارتی مجهز است و در موقعی که جریان بار اسمی برقرار می شود درجه حرارت المان حدود قابل قبولی دارد (به طور معمول ۴۰ درجه سانتی گراد). در صورت افزایش جریان تا بیش از مقدار اسمی و تولید حرارت در المان حرارتی، درجه حرارت از مقدار تنظیم رله تجاوز کرده رله عمل می نماید.
بی متال اشنایدر سری LR9F
بی متال اشنایدر سری LR9F

افزایش درجه حرارت مستلزم گذشت زمان و انتقال حرارت به المان حساس به درجه حرارت خواهد بود. به همین دلیل رله بی متال در اتصال کوتاه کاربرد ندارد چون تاخیر نسبتا زیادی دارد و به جای آن از رله حرارتی مغناطیسی استفاده می شود.
انواع بی متال

رله بی متال معمولا همراه با کنتاکتور در مدار قرار می گیرد. کنتاکتور وظیفه قطع و وصل مدار را به عهده دارد و بی متال از مدار در برابر اضافه ولتاژ محافظت می کند. بی متال روی کنتاکتور ها نصب می شود و با توجه به مدل کنتاکتور انواع مختلفی دارد. کنتاکتور های پرکاربرد در ایران کنتاکتور های سری D و F هستند و بی متال های مربوط به این دو نوع با اسم LRD و LR9D شناخته می شوند. رنج کاری بی متال اشنایدر در سری LRD از ۰٫۱۶ تا ۱۵۰ آمپر برای کنتاکتورهای سری D اشنایدر و در سری LR9F از ۶۰ تا ۶۳۰ آمپر برای کنتاکتورهای سری F اشنایدر است.

کاربرد بی متال و کنتاکتور در مدار راه انداز ستاره مثلث را در این مقاله بخوانید!
ساختمان رله بی متال

ساختمان رله بی متال از دو تیغه فلزی غیر همجنس (که ضریب انبساط طولی آنها متفاوت بوده و به وسیلۀ نورد گرم بر روی یکدیگر پرس شده اند) تشکیل شده است. در نتیجه گرما باعث خم شدن تیغه ها به سمت فلزی که ضریب انبساط کمتری دارد می شود. این خمش باعث قطع شدن یک کلید می شود. گرم شدن بی متال، می تواند توسط عبور مستقیم جریان از آن و یا توسط عبور جریان از یک سیم مقاومت دار که روی بی متال پیچیده شده است ایجاد شود. بی متال برای هر مدار موتوری بر روی جریان نامی مدار تنظیم می شود.

اگر جریانی که از مصرف کننده عبور می‌کند از جریان نامی بیشتر باشد به طور مستقیم و یا توسط یک مبدل جریان (CT) بی متال را گرم کرده تغییر حالت بی متال باعث قطع شدن مدار می‌شود. مدت زمانی که طول می کشد تا در اثر اضافه بار بی متال مدار را قطع کند بستگی به مقدار اضافه بار و وضعیت راه اندازی (راه اندازی معمولی یا راه اندازی سخت) دارد. رله بی متال معمولاً قابلیت ۳۰ بار عمل در هر ساعت را دارد. شکل زیر ساختمان داخلی بی متال را نشان می دهد.
عملکرد بی متال
عملکرد بی متال

یک بی متال استاندارد باید دارای شرایط زیر باشد:

۱) در بار نامی نباید مدار قطع کند.

۲) اگر جریان عبوری به اندازه ۵ درصد بیشتر از مقدار جریان تنظیم شده روی بی متال باشد، باید در مدت زمان بیشتر از ۲ ساعت مدار را قطع کند.

۳) اگر جریان عبوری به اندازه ۲۰ درصد بیشتر از جریان تنظیم شده باشد، باید در زمان کمتر از دو ساعت مدار را قطع کند.

۴) اضافه بار بیشتر از ۵۰ درصد باید کلید حفاظتی را در زمان کمتر از دو دقیقه قطع کند.

۵) اگر جریان عبوری از بی متال ۶ برابر جریان تنظیم شده باشد (راه اندازی موتور آسنکرون) باید کلید حفاظتی را در راه اندازی معمولی در زمان بیشتر از ۲ ثانیه و در راه اندازی سخت در زمان بیشتر از ۵ ثانیه مدار را قطع کند. در سه فاز چنانچه افزایش جریان در یک فاز باشد باعث گرم شدن بی متال مربوطه و خم شدن آن می شود که باعث قطع هم زمان سه فاز می شود.

برای حفاظت موتور در برابر اضافه بار باید جریان قطع کننده حرارتی برابر با جریان نامی موتور باشد. رله بی متال بعد از قطع مدار، معمولاً به حالت اول در نمی آید باید پس از بررسی برای کار در حالت عادی دکمۀ قرمز یا آبی رنگی که روی آن نصب شده است را فشار دهیم، دکمه مزبور را در اصطلاح (RESET) می نامند. در بعضی از رله های بیمتال، حالت MAN و AUT وجود دارد که با قرار دادن اهرم روی Auto، پس از عملکرد بیمتال، مجدداً بعد از مدتی به حالت اولیه در می آید. شکل زیر اجزای بی متال را نشان می دهد.
ساختمان بی متال اشنایدر
ساختمان بی متال

تیغه های اتصال به کنتاکتور
پیچ های اتصال به موتور
ترمینال باز مدار فرمان
ترمینال بسته مدار فرمان
دکمۀ برگشت ضعیف
پیچ تنظیم جریان

ﻫﺮ رله ﺣﺮارﺗﻲ ﺳﻪ ﻓﺎز از ﺳﻪ ﻛﻨﺘﺎﻛﺖ ﻗﺪرت ﺑﺮای ﻋﺒﻮر ﺟﺮﻳﺎن اﺻﻠﻲ ﻣﺼﺮف ﻛﻨﻨﺪه ﻛﻪ ﺑﻌﺪ از ﻛﻨﺘﺎﻛﺘﻮر ﻗﺮار می گیرند و دو ﻛﻨﺘﺎﻛﺖ ﻓﺮﻣﺎن ﺑﻬﺮه می گیرد. از دو ﻛﻨﺘﺎﻛﺖ ﻓﺮﻣﺎن یک ﻛﻨﺘﺎﻛﺖ بسته اﺳﺖ و ﺟﻬﺖ ﻗﻄﻊ ﻣﺪار ﺗﻐﺬﻳﻪ ﺑﻮﺑﻴﻦ ﻛﻨﺘﺎﻛﺘﻮر ﺑﻪ ﻛﺎر می رود و دو ﻛﻨﺘﺎﻛﺖ دﻳﮕﺮ ﺑﺎز اﺳﺖ ﻛﻪ ﭘﺲ از ﻋﻤﻞ بی متال، بسته می شود و ﺑﺮای اﻃﻼع ﻳﺎ وﺻﻞ ﻣﺪارﻫای اﺿﻄﺮاری ﺑﻪ ﻛﺎر می رود.

کنتاکت ۹۵ و ۹۶ در مسیر فرمان به بوبین کنتاکتور و بطور سری قرار می گیرد تا در موقع اضافه جریان کنتاکتور را قطع نماید. کنتاکت ۹۷ و ۹۸ برای نمایش عملکرد بی متال مورد استفاده قرار می گیرد، مثلاً با روشن کردن یک لامپ سیگنال مشخص می شود.
کنتاکتور و بیمتال اشنایدر الکتریک
کنتاکتور و بیمتال اشنایدر الکتریک
نقشه مدار بی متال
شماتیک مداری رله بی متال اشنایدر
شماتیک مداری رله بی متال

نقشه مدار بی متال در شکل زیر نشان داده شده است این رله برای حفاظت موتورها در برابر افزایش دمای حاصل از اضافه بار در سیستم سه فاز به کار می رود. هنگامی که جریان اضافی برای مدت مشخص از موتور عبور کند کنتاکت رلۀ بی متال باز شده و موتور را از منبع تغذیه جدا می کند. در شکل های زیر ابتدا شماتیک مداری رله بی متال رسم و نحوه اتصال آن در مدارات سه فاز و تک فاز مشخص شده است. سپس در مثالی نحوه سیم کشی بی متال در مدار سه فاز بیان می شود.
اتصال بی متال اشنایدر در جریان سه فاز و تک فاز
اتصال بی متال در جریان سه فاز و تک فاز
سیم کشی بی متال اشنایدر در جریان سه فاز
سیم کشی بی متال در جریان سه فاز

تفاوت فیوز و بی متال

سرعت عمل فیوز نسبت به بی متال خیلی بیشتر است.
فیوز قابل تنظیم نیست در حالی که بی متال قابل تنظیم است.
هردو حفاظت کننده مدار هستند ولی فیوز مصرف کننده را در مقابل جریان زیاد و اتصال کوتاه محافظت می نماید در صورتی که، بی متال مصرف کننده را در مقابل اضافه بار احتمالی محافظت می کند.

بی متال اشنایدر LRD06
بی متال اشنایدر LRD06
چرا بی متال تریپ می کند؟

بعضی موتور های الکتریکی برای شروع به کار به جریان سریع و زیادی احتیاج دارند که به آن جریان راه اندازی گفته می شود. جریان راه اندازی معمولا تا سه برابر جریان نامی موتور بالا می رود. برای محافظت از مدار موتور رله بی متال بهتر از کلید های محافظتی دیگر عمل می کند. بی متال می تواند بدون تریپ کردن در مقابل جریان راه اندازی مقاومت کند و این امر باعث تریپ کردن آن نمی شود. مواردی که باعث قطع مدار توسط بی متال می شود عبارتند از:

سیم بندی کوتاه
نقص عملکرد موتور
گرمای بیش از حد موتور
نقص در رله بی متال