انواع بیمتال یا رله حرارتی و کاربرد آن در صنایع برق

بیمتال قطعه ای است که به صورت سری، جهت حفاظت از موتورها در برابر اضافه بار در مدار قرار می گیرد و به همین علت یک نوع رله حفاظتی به شمار می رود. بی متال را با نام های دیگری همچون رله اضافه بار، رله حرارتی و یا رله اضافه بار حرارتی نیز می شناسند.

اساس کار بیمتال بر پایه اختلاف ضریب انبساط طولی دو فلز است، به طوری که در اثر عبور جریان اضافه بار، دو فلز گرم می شوند و طول آنها زیاد می شود. در این حالت دو فلز به سمت فلزی با ضریب انبساط طولی کمتر خم می شوند. حرکت هر یک از بیمتال ها به یک اهرم فشار می آورد و در نتیجه این خم شدن، با جابجایی هریک از اهرم ها، یک میکروسوئیچ که دارای کنتاکت تبدیل باز و بسته است، تغییر وضعیت می دهد و مسیر عبور جریان قطع شده و مدار باز می شود.

گاهی مواقع این قطعه آهسته عمل کرده و یا ایجاد جرقه می کند و باعث ایجاد سوختگی ادر محل های اتصال می شود. برای رفع چنین مشکلاتی، دو آهن ربا در پایین و بالای تیغه دو فلزی قرار داده می شود که موقع وارد کردن نیروی مغناطیسی به آنها، باعث بسته شدن سریع اتصال شده و در نتیجه از ایجاد سوختگی جلوگیری می کند.

عملکرد بیمتال در جریان بالا

وقتی بیمتال در رنج های جریان بالا استفاده شود، ترانسفورماتور جریان (CT) جهت اندازه گیری جریان به کار برده می شود. در ساختار این محصول، هادی قدرت (هادی با جریان اصلی) از داخل CT عبور داده شده و توسط CT جریان ایجاد شده از حول هادی به سیم پیچ ثانویه منتقل می شود و توسط قسمت فرمان بی متال امنیت مصرف کننده تامین می گردد. در این شرایط اگر از حد تنظیم شده بیشتر شد، قسمت فرمان بی متال عمل کرده و در نهایت مدار فرمان را قطع می کند که باعث قطع کل مدار خواهد شد.

ساختمان داخلی بیمتال

اجزای تشکیل دهنده (ساختمان داخلی) بیمتال یا رله حرارتی عبارتند از:

تیغه های مسی جهت اتصال به کنتاکتور (شاخک های بالای بیمتال)

ترمینال های خروجی جهت ارتباط با کابل های مصرف کننده (T1، T2 و T3)

کنتاکت های باز و بسته مدار فرمان (باز یا همان NO با شماره های 97 و 98 / بسته یا همان NC با شماره های 95 و 96)

زبانه یا پیچ جهت تنظیم جریان یا حساسیت بیمتال (این جریان را با توجه به شدت جریان نامی موتور که روی پلاک آن نوشته شده است، تنظیم می کنیم. تنظیم یک بی متال بستگی به مشخصه های موتوری دارد که قرار است محافظت شود.)

پیچ تغییر وضعیت به دو حالت دستی و اتومات (حالت A، اتوماتیک و حالت H، دستی)

دکمه ریست یا برگشت به حالت اولیه (جهت برگرداندن مجدد بیمتال به مدار)

انواع بیمتال

بی متال ها معمولا بر حسب نوع ریست شدن در مدارات (برگشت به حالت اولیه) به سه دسته تقسیم می شوند:

بیمتال دستی

در بیمتال دستی (H به معنای Hand) و یا همان بی متال های Manual، بعد از این که بی متال در مدار عمل کرده و مدار قطع می شود، سپس فلز بی متال سرد شده و به حالت اولیه خود باز می گردد، اما کنتاکت های داخل بی متال که برای قطع کردن مدار تغییر حالت داده اند، در همان حالت باقی می مانند و برای برگرداندن آنها به حالت اولیه باید دکمه Reset که روی بی متال است را به طور دستی فشار داد تا کنتاکت ها آماده قطع مجدد مدار باشند.

شایان ذکر است که از این نوع بی متال هم در سیستم های با مدار فرمان اتوماتیک و هم در سیستم های با مدار فرمان غیر اتوماتیک استفاده می شود. مداراتی که معمولا تنظیم دستی دارند عبارتند از: منبع تغذیه، تجهیزات پزشکی، بخاری آب، تجهیزات تهویه مطبوع و برخی دیگر از لوازم خانگی و تجهیزات صنعتی.

بیمتال اتوماتیک

به بی متال هایی که کنتاکت ها در آنها بعد از گذشت مدت زمان معین و در یک دمای معین به طور خودکار به حالت اولیه باز می گردند، بی متال های اتوماتیک می گویند. در اصل اگر بخواهیم پس از هربار عملکرد بی متال، کنتاکت های آن به صورت خودکار به حالت اولیه بازگردند، باید بی متال را روی حالت A (به معنای Automatic) قرار دهیم.

توجه کنید که از این نوع بی متال در سیستم هایی که مدار فرمان آنها به صورت دستی کنترل می شود، استفاده می شود. برای تغییر از وضعیت Automatic به وضعیت Hand، نیازی به فشردن دکمه قرمز یا همان Stop نداریم. ولی برای تغییر وضعیت از حالت Hand به Automatic، لازم است هنگام چرخش این دکمه، دکمه قرمز کمی فشار داده شود.

بی متال های دستی و اتوماتیک

نوع دیگری از بی متال ها نیز هستند که هر دو حالت دستی و اتوماتیک را در یک مجموعه دارند و برای تغییر حالت بی متال از یک کلید که روی بی متال قرار دارد، استفاده می شود. که توسط همان یک کلید می توان بی متال را در وضعیت قطع دستی یا اتوماتیک قرار داد.

بیمتال الکترونیکی

بیمتال های الکترونیکی نیز از نظر ساختار و کارکرد، مشابه بی متال های حرارتی هستند و قابلیت تنظیم جریان هم دارند. با این حال اما دلیل تمایز بی متال الکترونیکی با بیمتال های معمولی این است که آنها قابلیت تنظیم زمان راه اندازی موتور را دارند. همچنین بر خلاف بی متال های حرارتی که اساس کار آنها بر مبنای حرارت تولید شده می باشد، در بی متال های الکترونیکی تاخیر زمانی قطع مدار به وسیله مدار الکترونیکی و شارژ و دشارژ شدن خازن صورت می پذیرد.

مدار الکترونیکی این متال های شامل خازن، دیود، ترانزیستور و یک مقاومت می باشد. این بی متال ها مناسب الکتروموتور هایی هستند که زمان زیادی طول می کشد به دور نامی خود برسند و موتور های پر قدرت که جریانی بیشتر از حد معمول مصرف می کنند. درواقع بی متال های معمولی نمی توانند پاسخگوی این مساله باشند و هنگام راه اندازی الکتروموتور تریپ می دهند.

تست بیمتال

تست سرد (Cold Test):

در روش تست سرد به میزان دو برابر جریان نامی بی متال به آن جریان تزریق می گردد و زمان عملکرد بیمتال ثبت می گردد.

تست گرم (Hot Test):

در این تست، جریانی معادل شش برابر جریان نامی از بی متال عبور داده می شود و زمان عملکرد بیمتال ثبت می گردد. به دلیل آن که این تست بعد از تست سرد و عمل کردن رله انجام می شود به آن تست گرم می گویند.

تست دو فاز:

در این روش یکی از فازها را قطع کرده و مدار با دو فاز بسته می شود و در نهایت زمان عمل کردن رله را با روش های ثبت شده از تست های قبل مقایسه می کنند.

بی متال ها بر حسب HOT یا COLD بودن، محدوده ای از تریپ یا قطع را در بر می گیرند. کلیه مقادیر به دست آمده در تست های بالا را با نمودار بی متال مقایسه می کنیم.