تفاوت کلید حرارتی و بیمتال چیست؟
همه مدارهای موتوری به حفاظت در برابر اتصال کوتاه و حفاظت در برابر اضافه بار نیاز دارند. برای هر یک از این حفاظتها، تجهیزات مخصوصی طراحی شده است که از شناخته شده ترین آنها میتوان به بیمتال و کلید حرارتی اشاره کرد.
کلید حرارتی (MPCB) هم از موتور در برابر اضافهبار و هم اتصال کوتاه محافظت میکند و میتواند مستقیماً مدار قدرت را قطع کند. بیمتال (Thermal Overload Relay) فقط حفاظت اضافهبار انجام میدهد و برای قطع مدار به کنتاکتور و کلید بالادست وابسته است.
برای درک بهتر این تفاوت، ابتدا به بررسی حفاظت اتصال کوتاه و حفاظت اضافهبار که به حفاظت حرارتی نیز شناخته میشود میپردازیم و سپس با معرفی کلید حرارتی و بیمتال، تفاوتهای این دو تجهیز را بررسی خواهیم کرد.
این مقاله از تتا صنعت به بررسی تفاوت کلید حرارتی و بیمتال میپردازد. برای داشتن درک درستی از عملکرد کلید حرارتی و بیمتال ابتدا اتصال کوتاه و اضافهبار را مورد بررسی قرار داده و به بیان تفاوت آنها میپردازیم.
حفاظت اتصال کوتاه و حفاظت اضافهبار چیست؟
در مدارهای تغذیه موتورهای الکتریکی، دو نوع خطا اتصال کوتاه و اضافهبار بیش از همه رخ میدهد. هرکدام ماهیت، سرعت وقوع و پیامد متفاوتی دارند، به همین دلیل روش حفاظت آنها هم متفاوت است. در ادامه، هر دو مفهوم را ساده و دقیق توضیح میدهیم.
حفاظت از اتصال کوتاه (Short Circuit Protection) چیست؟
برای اینکه حفاظت از اتصال کوتاه را معنی کنیم ابتدا باید معنا و مفهوم اتصال کوتاه را بدانیم.
اتصال کوتاه به چه معناست؟
اتصال کوتاه زمانی رخ میدهد که دونقطه با اختلافپتانسیل زیاد (مثلاً فاز با فاز یا فاز با نول (زمین)) تقریباً بدون مقاومت به هم متصل شوند. در این حالت، جریان بهصورت ناگهانی و بسیار زیاد افزایش پیدا میکند؛ مقدار جریان میتواند دهها یا حتی صدها برابر جریان نامی و در مدتزمان کوتاه معمولاً در حد میلیثانیه ایجاد شود.
پیامدهای اتصال کوتاه
از پیامدهای اتصال کوتاه میتوان به سوختن کابلها، آسیب جدی به موتور یا تجهیزات، خطر آتشسوزی، تخریب سریع کنتاکتها و باسبارها اشاره کرد.
حفاظت از اتصال کوتاه چگونه انجام میشود؟
حفاظت اتصال کوتاه باید بسیار سریع بوده و قبل از ایجاد خسارت، مدار را قطع کند. این حفاظت معمولاً توسط تجهیزاتی مانند فیوز، کلید مینیاتوری (MCB)، کلید اتوماتیک (MCCB) و بخش مغناطیسی کلید حرارتی انجام میشود.
حفاظت اضافهبار (حرارتی) چیست؟
برای اینکه حفاظت اضافهبار را معنی کنیم ابتدا باید با مفهوم اضافهبار آشنا شویم.
اضافهبار به چه معناست؟
اضافهبار حالتی است که جریان مدار کمی بیشتر از جریان نامی شود، اما نه آنقدر زیاد که اتصال کوتاه محسوب شود. این وضعیت معمولاً بهصورت تدریجی اتفاق میافتد.
بار مکانیکی بیش از حد روی موتور، افت ولتاژ شبکه و یا تهویه نامناسب موتور از جمله مواردی هستند که باعث ایجاد اضافهبار شده که در نتیجه منجر به افزایش دمای سیمپیچ موتور، کاهش عمر عایق و در نهایت سوختن موتور (اگر حفاظت نداشته باشد) میشود.
حفاظت اضافهبار چگونه انجام میشود؟
حفاظت اضافهبار جریان را نمیسنجد، بلکه گرمای حاصل از جریان در طول زمان را میسنجد و برای این کار از تجهیزاتی مانند، بیمتال (رله حرارتی)، بخش حرارتی کلید حرارتی و حفاظت الکترونیکی موجود در اینورترها استفاده میکند.
پس اگر بخواهیم خلاصه بگیم:
حفاظت اتصال کوتاه برای قطع سریع جریانهای بسیار بزرگ و خطرناک و حفاظت اضافهبار (حرارتی) برای جلوگیری از داغشدن و آسیب تدریجی موتور استفاده میشود.
تفاوت کلید حرارتی و بیمتال
مهمترین تفاوت کلید حرارتی و بیمتال در دامنه حفاظتی آنها است. کلید حرارتی، حفاظت کامل (اضافهبار + اتصال کوتاه) را برای موتور انجام میدهد؛ اما بی متال، فقط حفاظت اضافهبار را انجام میدهد.
به بیان ساده، اگر اتصال کوتاه رخ دهد؛ کلید حرارتی بلافاصله مدار را قطع میکند؛ اما بی متال عملکردی ندارد و به موتور آسیب میرسد.
تفاوت در دقت و سرعت عملکرد
کلید حرارتی معمولاً دقت بالاتر و قطع سریعتری در شرایط بحرانی دارد اما بیمتال به دلیل ماهیت حرارتی، کندتر عمل میکند و بیشتر مناسب اضافهبارهای تدریجی است.
تفاوت در تنظیم جریان
هر دو تجهیز قابلیت تنظیم جریان دارند، اما در کلید حرارتی تنظیم معمولاً دقیقتر و با رنج گستردهتری انجام میشود. در بیمتال تنظیم جریان محدود به بازه خاصی است و انعطافپذیری کمتری دارد.
در ادامه این مقاله به بررسی کارکرد کلید حرارتی و بیمتال میپردازیم.
کلید حرارتی چیست؟
کلید حرارتی که در صنعت با نامهایی مثل Motor Protection Circuit Breaker (MPCB) یا کلید محافظ موتور هم شناخته میشود، یک تجهیز حفاظتی ترکیبی است. کلید حرارتی از دو بخش مغناطیسی برای حفاظت در برابر اتصال کوتاه و بخش حرارتی برای حفاظت در برابر اضافهبار تشکیل شده است.
این کلید به طور همزمان از موتور در برابر موارد زیر محافظت میکند:
- اضافهبار (Overload)
- اتصال کوتاه (Short Circuit)
- قطع فاز یا عدم تقارن جریان
کلید حرارتی معمولاً بهصورت مستقل در مدار قدرت نصب میشود.
در داخل کلید حرارتی یک سیمپیچ مغناطیسی وجود دارد. هنگام اتصال کوتاه، جریان به طور ناگهانی و بسیار زیاد افزایش مییابد؛ میدان مغناطیسی قوی ایجاد میشود؛ هسته متحرک فوراً آزاد شده و کلید را بهصورت آنی قطع میکند. لازم به ذکر است که زمان قطع در حد میلیثانیه است.
در کلید حرارتی در مسیر جریان، یک المان حرارتی (معمولاً بیمتال) قرار دارد. وقتی جریان موتور از مقدار تنظیمشده بیشتر باشد؛ گرمای بیشتری تولید میشود؛ گرما باعث خمشدن بیمتال شده و پس از رسیدن به آستانه مشخص، کنتاکتها باز میشوند.
بیمتال چیست؟
بیمتال یا رله حرارتی تجهیزی است که فقط برای حفاظت در برابر اضافهبار طولانیمدت طراحی شده است. اساس کار آن بر پایه انبساط دو فلز غیرهمجنس (Bi-metal strip) در اثر افزایش دماست. در اثر عبور جریان از بی متال دو فلز گرم میشوند و طول آنها افزایش مییابد. از آن جایی که ضریب انبساط طولی یکی از فلزات بیشتر از دیگری است، دو فلز با هم به سمت فلزی که ضریب انبساط طولی کمتری دارد خم میشود. در نتیجه مسیر عبور جریان کنتاکتها باز و مدار قطع میشود.
نکته مهم این است که بیمتال توانایی قطع جریان اتصال کوتاه را ندارد و حتماً باید در کنار کنتاکتور و یک کلید حفاظتی بالادست استفاده شود.
یک مثال برای درک بهتر تفاوت کلید حرارتی و بیمتال
فرض کنید یک موتور 7.5kW در خط بستهبندی در کارخانه دارید.
- اگر موتور دچار اضافهبار شود و جریان بالا برود؛ بیمتال بعد از مدتی عمل میکند؛ اما کلید حرارتی سریعتر و مطمئنتر قطع میکند.
- اگر کابل دچار اتصال کوتاه شود؛ بیمتال هیچ واکنشی نداشته؛ اما کلید حرارتی فوراً مدار را قطع میکند.
بنابراین، امروزه در پروژههای جدید، استفاده از کلید حرارتی روزبهروز رایجتر میشود.
جمعبندی
در نگاه اول، کلید حرارتی و بیمتال ممکن است دو تجهیز ساده و حتی شبیه به هم به نظر برسند، اما پشت این شباهت ظاهری، تفاوتهایی وجود دارد که روی ایمنی موتور، طول عمر تجهیزات و پایداری عملکرد سیستم اثر میگذارد. بسیاری از خطاهایی که در عمل باعث سوختن موتور یا توقف ناگهانی خط میشوند، دقیقاً به دلیل درک ناقص همین تفاوتها و استفاده غلط ای این تجهیزات رخ میدهند. در این مقاله با ارائه توضیحات جامع و قدمبهقدم، به بررسی مفهوم اضافهبار و اتصال کوتاه، تفاوت کلید حرارتی و بیمتال و جزئیات این دو تجهیز پرداختیم.
سوالات متداول
تفاوت اصلی کلید حرارتی و بیمتال در نوع حفاظت چیست؟
مهمترین تفاوت این دو تجهیز در دامنه حفاظتی آنهاست. کلید حرارتی از موتور هم در برابر اضافهبار و هم در برابر اتصال کوتاه محافظت میکند، در حالیکه بیمتال فقط حفاظت اضافهبار (حرارتی) را انجام میدهد و بهتنهایی توانایی قطع اتصال کوتاه را ندارد.
آیا کلید حرارتی میتواند جایگزین بیمتال در مدار شود؟
در بسیاری از کاربردهای صنعتی بله. کلید حرارتی میتواند نقش بیمتال و حتی کلید حفاظتی بالادست را بهصورت همزمان انجام دهد. به همین دلیل در تابلوهای برق جدید، اغلب از کلید حرارتی بهجای ترکیب بیمتال و کلید استفاده میشود.
چرا بیمتال در برابر اتصال کوتاه عمل نمیکند؟
بیمتال بر اساس اثر حرارتی جریان و گذر زمان عمل میکند. در اتصال کوتاه، جریان بسیار زیاد و ناگهانی است و قبل از اینکه بیمتال فرصت گرم شدن و قطع مدار را پیدا کند، ممکن است به تجهیزات آسیب وارد شود. به همین دلیل بیمتال همیشه باید در کنار فیوز یا کلید حفاظتی استفاده شود.
از نظر نصب و سیمبندی، کلید حرارتی بهتر است یا بیمتال؟
کلید حرارتی معمولاً نصب سادهتری دارد، فضای کمتری در تابلو اشغال میکند و به تجهیزات جانبی کمتری نیاز دارد. در مقابل، بیمتال باید همراه با کنتاکتور و یک حفاظت اتصال کوتاه بالادست نصب شود که سیمبندی را پیچیدهتر میکند.
برای حفاظت مطمئنتر موتور، کدام انتخاب منطقیتر است؟
اگر ایمنی بالاتر، واکنش سریعتر در خطاها و طراحی مدرن تابلو مدنظر باشد، کلید حرارتی انتخاب منطقیتری است. اما در مدارهای ساده یا قدیمی که حفاظت اتصال کوتاه از قبل فراهم شده است، بیمتال همچنان میتواند گزینهای اقتصادی و قابلقبول باشد.