فصل پنجم آموزش برق صنعتی(حفاظت اضافه بار ورله هاي مربوطه)بخش1

اهداف آموزشي فصل پنجم :
-۱ بررسي تأثير حرارت زياد برروي تجهيزات
-۲ آشنايي با رله هاي حرارتي و مغناطيسي و موارد استفاده هر کدام
-۳ بررسي علل وقوع اضافه بارو روشهاي حفاظت تجهيزات در برابر آن
-۴ آشنايي با چگونگي استفاده رله حرارتي در مدار فرمان
-۵ آشنايي با رله هاي اضافه بار با جبران کننده دماي محيطي
-۶ آشنايي با مدلهاي مختلف رله هاي اضافه بار ساخت زيمنس
-۱-۵ ايجاد حرارت توسط عبور جريان
جريان جاري شده از يک هادي همانطور که در شکل (۶۸)نشان داده شده است هميشه
به دليل مقاومت آن باعث ايجاد حرارت مي شود.افزايش اين جريان باعث داغ ترشدن هادي
مي شود. اين حرارت اضافي باعث آسيب اجزاي برقي مي شود. به همين دليل معمولاً هاديها
داراي يک ظرفيت حمل جريان پيوسته نامي هستند.
تجهيزات حفاظت اضافه جريان براي حفاظت هاديها در برابر عبور جريانهاي اضافي به
کار مي رود و رله هاي اضافه بار حرارتي براي حفاظت سيم پيچهاي يک موتور طراحي مي گردد.
اين قطعات حفاظتي بگونه اي طراحي مي شوند که جهت جريان در يک مدار را در يک سطح
مطمئن نگه دارد تا از اضافه حرارتهاي ايجاد شده در هاديهاي مدار جلوگيري کند. به جريان
اضافي معمولاً اضافه جريان گفته مي شود. استاندارد NEC به هر جرياني که بيشتر از جريان
نامي يک دستگاه ويا يک هادي باشد اضافه جريان مي گويد که ممکن است ناشي از اضافه بار،
اتصال کوتاه ويا اتصال زمين باشد.

-۲-۵ اتصال کوتاه و استفاده از رله مغناطيسي
وقتي دو هادي لخت مانند شکل (۶۹) به يکديگر بر خورد مي کنند اتصال کوتاه رخ مي
دهد. در موقع بروز اتصال کوتاه ،مقاومت تقريبًا به صفر کاهش مي يابد. اين جريان اتصال کوتاه
ممکن است هزاران برابر بيشتر از جريان کاري عادي باشد.

گرماي توليد شده توسط چنين جرياني، آسيب جدي به هاديها وتجهيزات متصل شده
مي رساند. در هنگام اتصال کوتاه، اين جريان خطرناک بايد بلافاصله قطع گردد.
براي محافظت وکنترل مصرف کننده هاوموتورهادربرابرجريانهاي اتصال کوتاه ازرله مغناطيسي
که اصول کارآن براساس پديده الکترومغناطيس پي ريزي شده است،استفاده مي شود.
اگر در مداري اتصال کوتاه رخ بدهد، جريان بايد سريعًا قطع گردد. در اين مواقع رله
حرارتي بي متال به دليل آنکه مدتي طول مي کشد تا گرم شود، نمي تواند سريعًا عمل کند. اين
نوع رله ها از يک هسته آهني که به دور آن چند دور سيم پيچيده شده تشکيل شده است. سيم
پيچ مزبور سر راه هر فاز قرار مي گيرد. در جريان عادي ميدان مغناطيسي ضعيفي در اين سيم
پيچها بوجود ميايد که عملاً نمي تواند باعث عملکردي شود.اما عبور جريان اتصال کوتاه از آن
ميدان مغناطيسي شديدي بوجود آورده وباعث مي شود هسته آهني حرکت کند. اين حرکت،
اهرم قطع را بکار مي اندازد. تيغه قطع نيز در مدار فرمان مثل يک شستي استپ عمل مي کند.
از رله هاي مغناطيسي اغلب به همراه رله هاي حرارتي در کليدهاي اتوماتيک (کليد
محافظ-کليد قدرت ) استفاده مي شودو به تنهايي استفاده نمي شود.
ساختمان فيوزهاي اتوماتيک نيز شامل مجموعه اي از يک رله حرارتي ويک رله مغناطيسي
مي باشد. مانند کليدهاي محافظ جريان که در اصطلاح به آن کليد مينياتوري مي گويند. در
شکل (۷۰) چند نمونه کليد مينياتوري نشان داده شده است.

-۳-۵ مواقع بروز اضافه بار
اضافه بار موقعي اتفاق مي افتد که يا تعداد وسايلي که در يک مدار کار مي کنند زياد
باشدويايکي ازدستگاهها بالاتراز آنچه براي آن طراحي شده است کار کند. به عنوان مثال موتوري
که در حالت عادي10 آمپر مي کشد در شرايط اضافه بار ممکن است ۲۰تا۳۰آمپرويا بيشتر
بکشد. در شکل (۷۱) بسته هاي را روي نوارنقاله نشان مي دهد که عمل تراکم برروي آنها انجام
مي شود. اين عمل تراکم باعث مي شود موتور سخت تر کار کرده وجريان بيشتري بکشد. اين
جريان زياد باعث داغ شدن موتور شده ودر صورتيکه اين مشکل مرتفع نگردد ويا رله اضافه بار
مدار را قطع نکند موتور در زمان کوتاهي آسيب خواهد ديد.

-۴-۵ اضافه بار موقتي ناشي از جريان راه اندازي
موتورهاي الکتريکي بر اساس مقدار جرياني که در حالت بار کامل مي کشند نام گذاري
مي شوند. موتورها در هنگام راه اندازي جرياني بيشتراز مقدار نامي موتور خواهند کشيد.
موتورها بگونه اي طراحي مي شوند که بتوانند اين جريان اضافه بار را در مدت زمان کمي تحمل
کنند. بيشتر موتورها براي راه اندازي به جرياني معادل ۶برابر جريان نامي نياز دارند. حتي
جريان راه اندازي بعضي از موتورهاي راندمان بالاي جديد بيشتر از اين مقدار است. هنگامي که
موتور شتاب مي گيرد تا به سرعت نامي برسد، جريان به سرعت افت مي کند. مقدارزماني که
موتور براي رسيدن به سرعت نامي نياز دارد به مشخصه هاي کاري وبار موتور بستگي دارد. به
عنوان مثال موتوري ممکن است براي راه اندازي به ۶برابر جريان نامي نياز داشته باشد وزماني
که طول مي کشد تا موتور به سرعت نامي برسد ۸ثانيه است. (شکل۷۲ )
–

۵-۵حفاظت اضافه بار
فيوزها وکليدهاي قدرت از جمله وسايل حفاظتي هستند که براي حفاظت در برابر اتصال
کوتاه ،اتصال زمين واضافه بار به کار مي روند. در هنگام بروز اتصال کوتاه، يک فيوز يا يک کليد
مناسب بلافاصله مدار را باز خواهد نمود.
استفاده از فيوز وکليد قدرت درمدار کنترل موتور ايجاد مشکل خواهد کرد. وسيله
حفاظتي بايد قادر باشد جرياني اضافه تر از مقدار نامي را براي مدتي کوتاه از خود عبور دهد.
چون در غير اين صورت موتور هر بار که راه اندازي مي شود از مدار خارج مي شود. در چنين
وضعيتي موتور بايدقادر باشد تا با وضعيت اضافه باري که جريان کافي براي عملکرد فيوزها
وکليدها نمي کشد روبرو شود. اين وضعيت اضافه بار مي تواند به راحتي باعث داغ شدن موتور
وآسيب رسيدن به آن شود. در بخش بعد خواهيم ديد که چگونه رله هاي اضافه بار براي حل
اين مشکل به کار مي رود. (شکل۷۳ )

-۶-۵رله هاي اضافه بار
رله هاي اضافه بار براي رفع نيازهاي حفاظتي خاص در مدار کنترل به کار مي روند و
داراي ويژگيهاي زير مي باشند:
• به اضافه بارهاي موقتي ناشي از راه اندازي بدون آنکه مدار قطع شود اجازه
عبور مي دهد.
• در صورتي که جريان در يک زمان معين از مقدار نامي بيشتر باشد تريپ داده
ومدار را باز مي کند.
• وقتي که اضافه بار بر طرف شود ريست مي شود.
١ -۷-۵کلاس تريپ

رله هاي اضافه بار براساس کلاس تريپ تقسيم بندي مي شود. کلاس تريپ مدت زماني
را نشان مي دهدکه رله در شرايط اضافه بار طول مي دهد تا دستور تريپ دهد.
معمولترين کلاسهاي تريپ کلاسهاي ،۱۰ ۲۰ و۳۰ هستند. به عنوان مثال کلاس ۱۰بايد در
شش برابر جريان بار موتور را در ۱۰ثانيه يا کمتر از مدار جدا کند.اين زمان معمولاً براي
رسيدن موتور به سرعت نامي کافي است. در بسياري از بار هاي صنعتي مخصوصاً بارهاي با
اينرسي بالا از رله کلاس ۳۰ استفاده مي شود. (شکل۷۴)
-۸-۵استفاده از رله اضافه بار در مدار موتور
شکل (۷۵) مدار يک موتور را به همراه استارتر دستي ورله اضافه بار نشان مي دهد.
هنگامي که موتور روشن مي شود جريان از رله اضافه بار عبور مي کند. رله در صورتيکه جريان
موتور براي مدت طولاني از مقدار نامي بيشتر باشد بعد از يک زمان معين، مدار بين منبع تغذيه
وموتور را قطع خواهد نمود. بعد از يک زمان مشخص استارتر مي تواند ريست شود. پس از
آنکه علت اضافه بار مشخص ورفع گرديد موتور را مي توان دو باره راه اندازي کرد.

1- Trip Class

-۹-۵ رله هاي اضافه بار بي متال
همانطور که گفته شد براي محافظت دستگاه وجلوگيري از جريانهاي اضافي، در مدار
قدرت موتورهاي الکتريکي از يک رله حرارتي در سر راه عبور جريان استفاده مي شود. نام ديگر
اين رله ها رله اضافه بار ويا رله بي متال مي باشد. هر رله حرارتي سه کنتاکت ورودي وسه
کنتاکت خروجي دارد که در مدار قدرت مابين کنتاکتور ومصرف کننده قرار مي گيرند.
در داخل اين رله ها به ازاي هر کنتاکت از يک نوار بي متال (دو فلز از دو جنس مختلف
که ضريب انبساط طولي آنها نيز با هم فرق دارد ) استفاده شده است. روي هر بي متال چند
رشته سيم حامل جريان پيچيده شده است. در شرايط کار عادي، حرارت ايجاد شده توسط هيتر
براي خم کردن نوار بي متال وتريپ دادن رله اضافه بار کافي نيست. (شکل۷۶ )

درشرايط اضافه بارگرماي توليدشده توسط هيترمانندشکل(۷۷) باعث خم شدن بي متال
شده ودر نتيجه روي کنتاکت مربوطه اثر مي گذارد. کنتاکت مزبوريعني تيغه ۹۵و۹۶ مانند شکل
(۷۸) درمدار فرمان و سري با مدار استپ کنتاکتور قرار گرفته ومانند يک شستي استپ عمل
مي کند. در ضمن کنتاکت ۹۷و۹۸ نيز مانند يک استارت عمل مي کند که معمولاً از اين قسمت
براي آلارم يا آژيري که نشان دهنده قطع شدن مصرف کننده در برابر جريان اضافي است
استفاده مي شود.

همانطورکه گفته شد ازرله هاي حرارتي براي حفاظت اضافه بار در موتورها، بارهاي
نامتعادل وقطع يک فاز، اتصالي سيم پيچي در داخل استاتور (اتصال حلقه يکفاز، اتصال فاز با فاز )
استفاده مي شود. اين نوع رله هاي حرارتي معمولاً قابليت۳۰بار عمل در هر ساعت را دارد ودر
جريان مستقيم هم قابل استفاده مي باشد.
رله حرارتي بعداز قطع مدار،معمولاً بحالت اول درنمي آيدو بايد پس از بررسي، دکمه
ريستي را که روي آن نصب شده است وبه رنگ قرمزيا آبي مي باشد را فشار داد. درشکل (۷۸)
نقشه مدار قدرت ومدار فرماني که داراي رله حرارتي است، نشان داده شده است.
بعضي از رله هاي اضافه بار که با نوارهاي بي متال تجهيز شده اند بگونه اي طراحي شده
اند که وقتي نوار سرد شد وبه حالت اوليه برگشت به طور اتوماتيک ريست شده وموتور را راه
اندازي مي کند. اگر علت اضافه بار هنوز وجود داشته باشد،موتور دوباره تريپ خورده ودر
فواصل زماني موجود ريست مي شود. در انتخاب اين نوع اضافه بار بايد دقت کافي به عمل آيد
چون تکرار اين سيکلهاي قطع ووصل ممکن است به موتور آسيب برساند.

-۱۰-۵ جبران دماي محيط در رله اضافه بار
در بعضي از کاربردهاي خاص مانند پمپهاي زيرآبي، موتور در محلي نصب مي شود که
دماي محيط اطراف آن ثابت است ولي کنترلهاي موتور ورله اضافه بار در مکاني نصب مي شود
که درجه حرارت محيط متغير است. در چنين حالتي نقطه تريپ رله اضافه بار با دماي هواي
اطراف وجريان جاري شده در موتور تغيير خواهد کرد. اين عملکرد باعث تريپ نا بهنگام موتور
خواهد گرديد.
براي رفع مشکل فوق از رله هاي اضافه بار جبران کننده دماي محيط استفاده مي شود.
در اين رله ها علاوه برباريکه بي متال اوليه ازيک باريکه بي متال جبران شده نيزمانندشکل(۷۹)
استفاده مي شود.در اين حالت، هنگامي که دماي محيط تغيير مي کند به طور مساوي بر روي هر
دو بي متال تأثيرگذاشته وموتورقطع نمي شود. ازآنجاکه جريان جاري شده در موتور والمان
حرارتي بر روي بيمتال اوليه تأثيرمي گذارد بنابراين در صورت وقوع اضافه بار بيمتال اوليه واحد
تريپ را فعال خواهد نمود (شکل۷۹)

-۱۱-۵ رله اضافه بار جبران شده با بيمتال کلاس ۴۸
اين نوع رله درانواع تک پل وسه پل موجود مي باشدو مي توان آنرا برخلاف رله اضافه
٢ براي عملکرد دستي و يا خود ريست کن ١ بار آلياژ ذوبي
نيز تنظيم نمود. توسط صفحه مدرج
تنظيمي که روي اين رله قرار دارد مي توان تنظيم جرياني تريپ را تا تنظيم نمود. هيتر
هاي اين نوع رله نيز در کلاسهاي ۲۰ يا ۱۰ موجود است. همچنين يک کنتاکت کمکي NOيا NC
به عنوان آپشن در رله تعبيه شده است ( شکل۸۰)

-۱۲-۵ رله اضافه بار 11RU3 SIRIUS
در اين نوع رله اضافه بار هيترها به صورت يک قسمت کاملاً مجزا طراحي شده اند و
کلاس تريپ آن۱۰مي باشد.رله 11RU3 SIRIUS مجهز به ريست اتوماتيک و دستي، تنظيمات
جرياني قابل تنظيم و جبران کننده محيطي مي باشد. همچنين يک نمايشگر موقعيت کليد نيز
مانند شکل (۸۱) براي انجام تست تعبيه شده است که براي شبيه سازي رله اضافه بار تريپ
خورده از آن استفاده مي شود.اين رله همچنين داراي يک کنتاکت NO و يک کنتاکت NC نيز
مي باشد.