تماس شبانه روزی
02133949878 - 02133112556
موبایل - 24/7
09125882981
در دنیای صنعت، موتورهای الکتریکی قلب تپنده تجهیزات و فرآیندها هستند. حفاظت از این سرمایه‌های ارزشمند در برابر شرایط عملیاتی غیرعادی، مانند اضافه بار (Overload)، یک ضرورت حیاتی است. یکی از پرکاربردترین و اساسی‌ترین تجهیزات مورد استفاده برای این منظور، کلید حرارتی یا رله اضافه بار حرارتی (Thermal Overload Relay) است. این مقاله به بررسی عمیق عملکرد، ساختار، تنظیمات و اهمیت این قطعه حیاتی در سیستم‌های قدرت می‌پردازد.
کلید حرارتی یک وسیله حفاظتی الکترومکانیکی است که به طور خاص برای محافظت از موتورهای الکتریکی سه فاز یا تک فاز در برابر اضافه بار پایدار و طولانی مدت طراحی شده است.
اضافه بار حالتی است که جریان الکتریکی عبوری از سیم‌پیچ‌های موتور، به مدت زمانی بیش از حد مجاز نامی (معمولاً بر اساس استاندارد توان موتور)، از جریان نامی موتور فراتر رود. این وضعیت باعث افزایش دمای سیم‌پیچ‌ها شده و در نهایت می‌تواند منجر به تخریب عایق‌بندی و سوختن موتور شود.
هدف اصلی کلید حرارتی این است که در صورت تجاوز جریان از محدوده ایمن و پایدار، مدار قدرت موتور را قطع کرده و از آسیب‌های حرارتی ناشی از کارکرد طولانی مدت با جریان بالا جلوگیری کند. این حفاظت، مبتنی بر شبیه‌سازی اثر گرمایی است که جریان اضافی بر سیم‌پیچ‌های موتور وارد می‌کند.
کلیدهای حرارتی رایج‌ترین نوع حفاظت اضافه بار هستند و عملکرد آن‌ها بر پایه اصل انبساط حرارتی مواد بنا شده است.
قلب تپنده کلید حرارتی، یک یا چند نوار دوفلزی (Bimetal) است. این نوار از اتصال دو فلز مختلف (با ضرایب انبساط حرارتی متفاوت) به یکدیگر تشکیل شده است.
عبور جریان: جریان نامی موتور از طریق عناصر گرمایش (که اغلب همان مسیر عبور جریان اصلی است) در داخل رله حرارتی عبور می‌کند.
تولید گرما: هرچه جریان عبوری بیشتر باشد، گرمای تولید شده توسط اثر ژول ($P = I^2 R$) نیز به صورت تصاعدی افزایش می‌یابد.
خم شدن دوفلز: هنگامی که جریان از حد تنظیم شده تجاوز می‌کند، نوار دوفلزی گرم می‌شود. از آنجایی که دو فلز دارای ضریب انبساط متفاوتی هستند، فلزی که ضریب انبساط بالاتری دارد، بیشتر منبسط می‌شود و باعث می‌شود نوار به سمت فلز با ضریب انبساط پایین‌تر خم شود.
تریپ (Trip): میزان این خمش به گونه‌ای طراحی شده است که پس از رسیدن به یک دمای بحرانی (ناشی از اضافه بار)، نوار به یک اهرم مکانیکی فشار وارد کرده و کنتاکت کمکی (معمولاً به صورت NO) را باز کند. این باز شدن کنتاکت، سیگنال لازم را برای قطع سیم‌پیچ فرمان کنتاکتور اصلی فراهم می‌آورد و موتور از مدار خارج می‌شود.
نکته مهم: ویژگی اصلی رله حرارتی، منحنی زمان-جریان (Time-Current Characteristic) آن است. این منحنی نشان می‌دهد که رله برای جریان‌های نزدیک به نامی (مثلاً ۱.۲ برابر جریان تنظیم شده)، زمان طولانی‌تری برای تریپ نیاز دارد، در حالی که برای جریان‌های بسیار بالا (مثلاً ۵ برابر)، زمان پاسخ‌دهی بسیار سریع خواهد بود. این رفتار، شبیه به رفتار حرارتی موتور است.
عملکرد صحیح کلید حرارتی کاملاً وابسته به تنظیم دقیق جریان نامی آن است.
جریان نامی موتور، جریانی است که موتور برای کارکرد مداوم در ولتاژ و بار نامی خود مصرف می‌کند و بر روی پلاک موتور درج شده است.
کلیدهای حرارتی دارای یک پیچ تنظیم (Dial) هستند که به کاربر اجازه می‌دهد جریان تریپ را در محدوده‌ای مشخص تنظیم کند. این تنظیم باید با دقت بالا بر اساس جریان نامی موتو انتخاب شود.
قاعده کلی: جریان تنظیم شده باید تقریباً برابر با جریان نامی موتور باشد.
تنظیم کمتر از حد: ، رله حتی در شرایط کاری عادی و صحیح موتور نیز دچار تریپ‌های زودرس و آزاردهنده خواهد شد (False Tripping).
تنظیم بیشتر از حد: موتور برای مدت طولانی‌تری در معرض اضافه بار قرار می‌گیرد، زیرا رله محافظت کافی را ارائه نخواهد داد و این امر عمر موتور را کاهش می‌دهد.
در کاربردهای خاص یا موتورهایی با ضریب سرویس (Service Factor) متفاوت، ممکن است تنظیمات جزئی مورد نیاز باشد، اما همواره نقطه شروع، جریان نامی پلاک موتور است.
در مدارهای حفاظتی موتور، معمولاً دو نوع حفاظت در برابر جریان بیش از حد استفاده می‌شود که مکمل یکدیگر هستند: رله حرارتی (اضافه بار) و رله مغناطیسی (اتصال کوتاه و جریان هجومی).
حفاظت کامل موتور نیازمند هماهنگی این دو نوع حفاظت است:
رله حرارتی مسئول حفظ موتور در برابر شرایط عملیاتی ناخواسته (مانند مسدود شدن روتور یا کاهش ولتاژ) است که منجر به افزایش تدریجی و پایدار جریان می‌شود.
حفاظت مغناطیسی (که معمولاً توسط قطع‌کننده‌های مدار یا کنتاکتورهای دارای دامنه‌های مغناطیسی تعبیه شده انجام می‌شود) مسئول حفاظت فوری در برابر خطاهای بزرگ مانند اتصال کوتاه است که جریان را به مقادیر بسیار زیاد می‌رساند و رله حرارتی زمان کافی برای واکنش ندارد.
رله مغناطیسی باید طوری تنظیم شود که جریان راه‌اندازی (Inrush Current) لحظه‌ای موتور را نادیده بگیرد (زیرا این جریان موقتی است و موتور را گرم نمی‌کند)، اما سریعاً در برابر جریان‌های خطا واکنش نشان دهد.
کلید حرارتی به عنوان یک واسطه حیاتی بین مدار قدرت و مدار فرمان عمل می‌کند و در قلب هر سیستم راه‌اندازی موتور قرار دارد.
کلید حرارتی اغلب به صورت مستقیم در زیر کنتاکتور اصلی موتور نصب می‌شود. این نصب دو بخش دارد:
کوپل شدن قدرت: پایانه‌های خروجی (NO) کنتاکتور مستقیماً به ورودی‌های (فازهای ورودی) کلید حرارتی متصل می‌شوند. خروجی‌های کلید حرارتی نیز به ترمینال‌های خروجی (به سمت موتور) متصل می‌شوند. این اتصال تضمین می‌کند که هر سه فاز عبوری از موتور تحت نظارت حرارتی قرار گیرند.
کوپل شدن فرمان (کنتاکت کمکی): کلید حرارتی دارای یک کنتاکت کمکی باز (Normally Open – NO) است که به صورت سری در مدار بوبین کنتاکتور قرار می‌گیرد. هنگامی که رله حرارتی به دلیل اضافه بار تریپ می‌کند، این کنتاکت باز می‌شود. باز شدن این کنتاکت باعث قطع جریان بوبین کنتاکتور شده، کنتاکتور باز شده و مدار قدرت موتور قطع می‌شود.
کلید حرارتی بخش جدایی‌ناپذیر از هر پنل کنترل و توزیع موتور (Motor Control Center – MCC) است. کاربردهای اصلی آن عبارتند از:
راه‌اندازی مستقیم (DOL): در ساده‌ترین حالت، کلید حرارتی مستقیماً حفاظت اضافه بار را فراهم می‌کند.
راه‌اندازی ستاره-مثلث یا سافت استارتر: حتی در این روش‌ها، رله حرارتی اصلی پس از بسته شدن کامل کنتاکتور اصلی (در حالت مثلث)، حفاظت موتور را بر عهده می‌گیرد.
کنترل و مونیتورینگ: کنتاکت کمکی تریپ رله حرارتی می‌تواند به عنوان سیگنال ورودی برای PLCها یا سیستم‌های مانیتورینگ و آلارم استفاده شود تا اپراتور از وضعیت حفاظتی مطلع شود.
کلید حرارتی به دلیل سادگی، قابلیت اعتماد بالا، پاسخ‌دهی منطبق با رفتار حرارتی موتور و هزینه پایین، به عنوان ستون فقرات حفاظت اضافه بار موتورهای القایی شناخته می‌شود. تنظیم صحیح آن بر اساس جریان نامی موتور، تضمین کننده طول عمر و عملکرد ایمن تجهیزات است.
