بی متال زیمنس چیست و کاربرد بیمتال در صنعت برق

بی متال زیمنس چیست و کاربرد بیمتال در صنعت برق

در این مقاله که توسط تیم پیشرو صنعت نوین طراحی شده است،می  خواهیم درباره یکی دیگر از تجهیزات حفاظتی مورد استفاده در برق صنعتی صحبت کنیم،واژه بی متال در زبان انگلیسی،تشکیل شده از (BI+METAL=Bimetal) به معنای دو فلز می باشد بی یعنی دو و متال یعنی فلز،بنابراین میتوان این گونه دریافت کرد که این وسیله ی حفاظتی،براساس دو فلز می باشد.البته باید به این نکته هم توجه  در زبان انگیلسی به صورت بای است کهbiکرد که تلفظ درست و صحیح پیشوند.

در زبان فارسی به صورت غلط رواج پیدا کرده و بی تلفظ می شود.بی متال قطعه ای برقی است که به صورت سری در مدار قرار میگیرد و برای حفاظت از موتور ها در برابر اضافه بار درهمه تابلو برق ها به کار می رود،به همین علت یک نوع رله حفاظتی به شمار می رود.

بی متال ها را با نام های دیگری مثل اضافه (overload Relay) رله حرارتی (thermal Relay) بار و یا رله اضافه بار حرارتی (thermal overload relay) هم شناخته می شود.

بی متال زیمنس چیست و کاربرد بیمتال در صنعت برق

در زمینه حفاظت در حوزه برق صنعتی؛برای محافظت از موتور های الکتریکی در برابر اضافه بار (جریان)از بی متال ها یا همان رله های حرارتی استفاده می شود.اساس کار بی متال ها بر اساس اختلاف ضریب انبساط حرارتی طولی دو فلز می باشد.به این ترتیب بر اثر عبور جریان از بی متال دو فلز به کار رفته در ساختار ان،گرم می شوند و طول انها افزایش می یابد. از انجا ضریب انبساط طولی هر کدام از این دو فلز با دیگری متفاوت است (یکی بیشتر از دیگری)در نتیجه فلز به سمت فلزی که ضریب انبساط طولی کمتری دارد منحرف می شود.در نتیجه مسیر عبور جریان کنتاکت ها باز و در پی ان مدار قطع می شود

گاهی مواقع این قطعه اهسته عمل میکند و یا ایجاد جرقه می کند و محل های اتصال می سوزند و سوختگی ایجاد می کنند.

برای رفع چنین مشکلاتی دو اهن ربا در پایین و بالای تیغه فلزی قرار داده می شود،که در زمان وارد کردن نیروی مغناطیسی به انها ،باعث بسته شدن سریع اتصال می شود و در نتیجه از ایجاد سوختگی جلو گری می کند .

جنس این دو فلز اصولا از فولاد و مس یا در بعضی موارد فولاد و برنج است که معمولا با پرچ،جوشکاری و یا لحیم کاری به هم متصل می شوند.بی متال از اتصال این دو فلز نا همجنس با ضرایب انبساطی متفاوت ساخته می شود،که فلز با ضریب سرعت انبساط بالاتر،در ضلع خارجی انحنای دما قرار می گیرد و این دو  فلز به نوعی در حرارت به هم پرس تا می شوند که به صورت یک تکه دیده می شوند.روال کار بیمتال ها هم به این صورت است که در اثر  عبور جریان اضافه بار حرارت زیاد شده و قطعه هادی بیمتال (که در حالت نرمال صاف است)به سمت فلز با ضریب انبساط کمتر خم می شود و با سرد شدن مجددا به حالت اول خود بر میگردد.

بی متال در صورت احساس بار اضافه، فرمان قطع به کنتاکتور یا کلید بالا دست خود را  می دهد . شرایط عملکردی آنها در دما های از 20-تا 60+درجه سانتی گراد متغیر است. بر روی بی متال های سه فاز معمولا سه تیغه کنتاکت قدرت جهت عبور جریان سه فاز و اتصال به کنتاکتور وجود دارد که به صورت سری در مسیر مصرف کننده سه فاز قرار می گیرند.

هم چنین بر روی آن ها، چند عدد کنتاکت فرمان جهت استفاده در مدار فرمان قرار دارد. که معمولا شامل دو عدد جهت قطع کردن تغذیه کنتاکتور در حالت اضافه بار و دو عدد کنتاکت کمکی (NC) کنتاکت کمکی بسته جهت ارسال آلارم سیگنال یا نویز جهت اطلاع اپراتور می باشد.

همچنین بر روی اکثر (NO) باز بیمتال ها یک دکمه تغییر وضعیت دستی و اتوماتیک وجود دارد که در حالت دستی پس از اضافه بار و نماید، اما در حالت RESET قطع شدن مدار توسط بیمتال، اپراتور باید به صورت دستی بیمتال را اتوماتیک پس از عمل کردن بیمتال، پس از گذشت زمانی معین بیمتال به صورت اتوماتیک ریست می گردد و مجددا وارد مدار می شود. بیمتال عمدتا برای حفاظت موتور در حالت سه فاز به کار برده می شود و به پایین کنتاکتور، قبل از موتور وصل می شود.

طرز کار بی متال ها:

در این رله های حرارتی (بی متال) سه تیغه تعبیه شده است که سیم حامل جریان به صورت حلقه ای به دور ان پیچیده شده است. در اثر عبور جریان غیر مجاز،سیم ها (هادی ها) گرم می شوند و در نتیجه حرارت به بی متال منتقل می شود و باعث خم شدن تیغه می شود.

حرکت هر کدام از این تیغه ها ،باعث به حرکت در امدن اهرم ها می شود.این جا به جایی اهرم ها،باعث تغییر وضعیت میکرو سوئیچ هایی می شود که دارای کنتاکت باز و بسته می باشند و باز و بسته شدن این کنتاکت ها، مدار قطع و وصل می شود. برای افزایش سرعت عملکرد بی متال و جلوگیری از جرقه و سوختگی  محل اتصال ، از اهن ربا در بالا و پایین تیغه فولادی استفاده می کنند تا نیروی مغناطیسی ان باعث باز و بسته شدن سریع کنتاکت ها شود.

بر روی بی متال پیچ تنظیمی وجود دارد که با توجه به شدت جریان های موتور الکتریکی باید ان را تنظیم نمود. بی متال ها، سه ورودی و سه خروجی دارند، سه ورودی توسط سه تیغه به خروجی کنتاکتور متصل می شود و بالطبع سه خروجی ان به موتور الکتریکی متصل می شود.بنابراین در صورت هر گونه خطایی که باعث  شود موتور الکتریکی اضافه بار بگیرد جریان قطع می شود.

بی متال زیمنس چیست و کاربرد بیمتال در صنعت برق

قسمت های مختلف بی متال :

قسمت های اصلی یک بی متال عبارت است از:

• تیغه های اتصال به بی متال
• ترمینال های اتصال  به کابل موتور
• ترمینال مشترک مدار فرمان
• پیچ تنظیم جریان
• ترمینال های باز/بسته مدار فرمان
•  پیچ تغییر وضعیت
• دکمه بازگشت به تنظیمات اولیه

بیمتال ها رنج وسیعی از جریان شامل بازه  ی 0.12 تا 800 آمپر را پوشش می دهند.

عملکرد بی متال در جریان بالا

وقتی بی متال را در رنج های جریان بالا استفاده میکنیم،از ترانسفورماتور جریان (ct) جهت اندازه گیری جریان استفاده می شود و 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 میشود و توسط فرمان بی متال امنیتمصرف کننده تامین می شود؛که اگر از حد تنظیم شده تجاوز کرد،قسمت فرمان را قطع می کند ،که باعث قطع کل مدار خواهد شد.

ساختمان داخلی بیمتال

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

*تیغه های مسی جهت اتصال به کنتاکتور (شاخک های بالای بی متال)

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

*زبانه یا پیچ جهت تنظیم جریان یا حساسیت بی متال (این جریان با توجه به شدت جریان نامی موتور که روی پلاک ان 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 اوتمات (حالت A اتوماتیک و حالت Hدستی)

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

بعضی از نکات قابل توجه در بیمتال ها عبارتنداز:

در حالتی که خطا در یکی از فاز ها رخ بدهد دو فاز دیگر هم قطع می شوند به همین علت یکی از دلایلی که در مدارات سه فاز در بالا سر موتور بی متال قرار می دهند این است که بتواند خطای دو فاز را تشخیص دهد و از اسیب دیدن به موتور جلوگیری کند.

*در صورتی که جریان عبوری به 10 برابر جریان نامی برسد بی متال بعد از 2 ثانیه مدار قدرت و فرمان را قطع می کند.

* بی متال ها نسبت به درجه حرارت محیط حساس هستند و همچنین با افزایش شدت جریان هم،حساسیت بی متال بیشتر می شود.

*اگر هم به صورت دائم جریانی معادل 10 درصد اضافه بار از بیمتال عبور کند،بیمتال بعد از 2 ساعت به طور اتوماتیک مدار را قطع می نماید.

انواع بیمتال:

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

1.بی متال های دستی

در بیمتال دستی H به معنی hand و یا همان بی متال های manual بعد از اینکه در مدار عمل می کند و مدار قطع می شود،فلز  بی متال سرد شده و به حالت اولیه خود بر می گردد،ولی کنتاکت های داخل بی متال که برای قطع کردن مدار تغییر حالت داده اند، درهمان حالت باقی می مانند وبرای برگرداندن انها به حالت اولیه باید دکمه ریست که روی بی متال است به طور دستی فشار دهیم،تا کنتاکت ها اماده قطع مجدد مدار باشند.

2.بی متال های اتوماتیک

به بی متال هایی که کنتاکت ها در انها بعد از گذشت مدت معین و در یک دمای معین به طور خودکار به حالت اولیه باز می گردند، باید بی متال را روی حالت A(Automatc) قرار دهیم.

از این نوع بی متال در سیستم هایی که مدار انها به صورت دستی کنترل می شود، استفاده میشود.

3.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 و یا اتوماتیک قرار دارد.

تست بی متال

1.تست سرد Cold test

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

2.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 دلیل انکه این تست بعد از تست سرد و عمل کردن رله انجام می شود و به ان تست گرم هم می گویند.

3.تست دو فاز

در این روش یکی از فاز ها را قطع کرده و مدار با دو فاز بسته می شود زمان عملکرد رله را با روش های ثبت شده از تست های قبل مقایسه می کنند.بی متال ها بر اساس (هات) باشند یا (کلید) ، محدوده ای از تریپ یا قطع را در بر میگیرد.

عملکرد استاندارد بی متال

• هرگز در بار نامی مدار را قطع نکند
• اگر جریان عبوری از مدار در مدت زمان بیشتر از 2 ساعت به مقدار 5 درصد بیشتر از جریان تنظیم شده روی بیمتال باشد،مدار را قطع کند.
• اگر جریان عبوری را از مدار به مقدار 1.5 برابر  جریان تنظیم شده روی بی متال باشد،در کمتر از دو ساعت مدار قطع کند.
• اگر جریان عبوری از مدار به اندازه 20 درصد بیشتر از جریان تنظیم روی بی متال باشد،در کمتر از دو ساعت مدار قطع کند
• اگر جریان عبوری از مدار به 6 برابر جریان تنظیم شده روی بی متال برسد،در راه اندازی معمولی باید در زمان بیشتر از دو ثانیه و در راه اندازی های سخت باید در زمان بیشتر از پنچ ثانیه مدار را قطع کند.
• تمام بی متال ها باید برخی از انواع تاخیر زمانی را داشته باشند. چون موتور در لحظه استارت چند برابر جریان نامی خود جریان می کشد،اگر یک بی متال تاخیر زمانی نداشته باشد ،هیچ وقت یک موتور نمی تواند روشن شود

کاربرد بی متال ها

تشخیص اضافه بار از طریق بی متال در خیلی از مدارات و تجهیزات به کار می رود. به همین دلیل دامنه کاربرد های بی متال طیف بسیار بزرگی دارد. که چند مورد از انها عبارت اند از:

1. ترموستات ها
2. ساعت ها
3. دماسنج ها
4. کرنومتر ها
5. تنظیم درجه حرارت کنترلی بعضی از دستگاه هامثل ماشین لباسشویی،سرخ کن ها،گریل و …
6. دستگاه های تهویه هوا
7. روشن و خاموش کردن فن خودرو
8. در تمام تجهیزات الکترونیکی که عملکرد بی متالی درداخل خود دارند،مثل کلید مینیاتوری و …
9. محافظت از الکترو موتورها
10. صنایع نفت،گاز و پتروشیمی
11. پشتیبانی از مدارات الکتریکی هواپیما
12. تشخیص خطای دو فاز

به دلیل زیاد بودن کاربرد های بی متال ها به همین موارد کلی اکتفا می کنیم تفاوت بی متال با بعضی از تجهیزات الکتریکی دیگر:

*تفاوت بی متال با فیوز:فیوز،جریان های بالای حالت اتصال کوتاه را احساس و قطع می کند و جریان های به وجود امده از اضافه بار زیاد در محدوده عملکرد فیوز نیست. از بی متال در مدارارت سه فاز استفاده می شود،پس هنگامی یکی از فاز ها دچار اختلال شود، مسیر دو فاز دیگر هم قطع می کند.

*تفاوت بی متال با کلید حرارتی: بیمتال تنها فرمان مدار را قطع می کند اما کلید حرارتی مستقیما سه فاز مدارات مدار را قطع کند و باعث قطع شدن تغذیه موتور می شود.

بی متال فقط از جریان حرارتی محافظت میکند،در حالی که کلید حرارتی هم از جریان حرارتی محافظت میکند و هم از جریان مغناطیسی (در اصل کلید حرارتی قابلیت تشخیص اتصال کوتاه را هم دارد).

علت قطع فرمان بی متال (تریپ)

1. اضافه بار روی موتور
2. قطع یکی از فاز های ورودی (خطای دو فاز )

باعث افزایش حرارت موتور و سیم پیچ ها می شود.

عدم تعادل فاز ها (فازهای نا متعادل) باعث افزایش حرارت موتور و سیم پیچ ها می شود

روش اتصال بار تک فاز به بی متال سه فاز

در صورتی که نیاز بود بی متال سه فاز برای موتور تکفاز استفاده گردد، تنها کافیست دو فاز ورودی بیمتال را با هم سری نماییم و سیم فاز را از آن دو فاز عبور دهیم و سیم نول را از محل کنتاکت سوم عبور دهیم،. در این حالت در صورت به وجود آمدن اضافه بار و عبور جریان اضافی، بیمتال عمل می کند و مدار قطع می گردد.

اتصال بار تکفاز به بی متال سه فاز

قسمت‌های مختلف یک رله حرارتی عبارتند از :

•  تیغه‌های اتصال به کنتاکتور
•  پیچ تنظیم جریان
•  ترمینال‌های باز و بسته مدار فرمان
• پیچ تغییر وضعیت
• دکمه برگشت وضعیت
• ترمینال مشترک مدار فرمان
• ترمینال‌های اتصال به کابل موتور