مقایسه استانداردهای NEMA و IEC در انتخاب تجهیزات کنترل موتور

استانداردهای NEMA و IEC NEMA (National Electrical Manufacturers Association) و IEC (International Electrotechnical Commission) دو سیستم مهم و پرکاربرد در صنعت برق و الکترونیک هستند که برای تعریف مشخصات فنی، عملکرد و ایمنی تجهیزات الکتریکی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

در اندازه‌گیری و تعیین مشخصات موتورهای الکتریکی و کنترل‌کننده‌های آن‌ها، دو استاندارد بین‌المللی به کار می‌رود:

• انجمن ملی تولیدکنندگان برق (NEMA)
• کمیسیون بین‌المللی الکتروتکنیک (IEC)

هنگام انتخاب بین NEMA و IEC، در نظر گرفتن مزایا و معایب هر استاندارد می‌تواند راهنمای مناسبی باشد. در ادامه، به بررسی دقیق‌تر تفاوت‌های NEMA و IEC و تناسب هر یک با کاربردهای خاص پرداخته خواهد شد.

پیشینه‌ی NEMA در مقابل IEC

برای مدت قابل توجهی، بسیاری از مشتریان ترجیح می‌دادند از استاندارد NEMA به جای سایرین استفاده کنند. علت این امر، جامعیت NEMA در زمینه‌ی موتورهای الکتریکی، محفظه‌ها و کنترل‌کننده‌های موتور بود. اکثر شرکت‌های آمریکایی الزام می‌کنند که اجزای الکتریکی و محفظه‌ها مطابق با استانداردهای NEMA باشند.

در سال‌های اخیر، استاندارد IEC با پوشش دادن دسته‌بندی‌های مشابه با کدهای NEMA، جایگاه خود را در بازار تثبیت کرده است. این استانداردها در ابتدا بیشتر بر بازارهای آسیایی و اروپایی متمرکز بودند. با جهانی شدن تجارت، طراحان و مهندسان برق ملزم به انطباق با استانداردهای IEC شده‌اند.

آشنایی با این استانداردها برای پرسنل مهندسی، تعمیر و نگهداری از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. بسیاری از تجهیزات تولیدی که از کشورهای دیگر به بازار ایالات متحده وارد می‌شوند، باید مطابق با استانداردهای IEC باشند.

انجمن ملی تولیدکنندگان تجهیزات الکتریکی (NEMA)

انجمن ملی تولیدکنندگان تجهیزات الکتریکی (National Electrical Manufacturers Association) که به اختصار NEMA شناخته می‌شود، بزرگترین سازمان تجاری تولیدکنندگان تجهیزات الکتریکی در ایالات متحده است. این سازمان در سال ۱۹۲۶ تأسیس شد و هدف اولیه آن ترغیب تولیدکنندگان به استفاده از یک اندازه استاندارد برای قاب کنترل موتور و روشنایی بود.

استانداردسازی ابعاد فریم توسط NEMA، امکان پذیرش‌پذیری و قابلیت تعویض قطعات از تولیدکنندگان مختلف را در پروژه‌های الکتریکی فراهم کرد. این سازمان همچنین بر طراحی ایمن تجهیزات الکتریکی نظارت دارد و اطمینان می‌دهد که اجزا مطابق با الزامات ایمنی و با در نظر گرفتن ظرفیت‌های طراحی‌شده، ساخته می‌شوند.

علاوه بر مسائل ابعادی و ایمنی،  NEMA پیکربندی و پارامترهای عملکرد اجزای الکتریکی را نیز تعیین می‌کند. این شامل تجهیزاتی می‌شود که در تمامی مراخل تولید، توزیع، کنترل، انتقال و مصرف نهایی انرژی به کار می‌روند. انطباق با استانداردهای NEMA تضمین کننده کیفیت، عملکرد و ایمنی تجهیزات الکتریکی است.

استفاده از محصولات دارای رتبه‌بندی NEMA مزایای متعددی به همراه دارد. این تجهیزات در برابر اتصال کوتاه مقاومت بالاتری نشان می‌دهند و به دلیل ماهیت چندمنظوره آن‌ها، قابلیت استفاده در طیف گسترده‌ای از کاربردها را دارند.

کمیسیون بین‌المللی الکتروتکنیک  (IEC)

کمیسیون بین‌المللی الکتروتکنیک (International Electrotechnical Commission) که به اختصار با نام IEC  شناخته می‌شود، یک سازمان پیشرو در عرصه‌ی استانداردسازی بین‌المللی است. این سازمان بر تدوین و انتشار استانداردهای جهانی در حوزه‌های متنوع مهندسی برق، الکترونیک و سایر فناوری‌های مرتبط با الکتروتکنولوژی تمرکز دارد.

تاریخچه و گسترش فعالیت‌های IEC

تشکیل IEC به سال ۱۹۰۶ بازمی‌گردد. در بدو تاسیس، فعالیت‌های این سازمان بر ایجاد استانداردسازی در بازار اروپا متمرکز بود. اما پس از جنگ جهانی دوم، دامنه‌ی فعالیت خود را به سطح بین‌المللی گسترش داد. در حال حاضر، استانداردهای IEC به عنوان یک مرجع معتبر جهانی شناخته شده و از پذیرش گسترده‌ای در میان کشورهای مختلف و سازمان‌های بین‌المللی برخوردار است.

مزایای محصولات دارای تأییدیه‌ی IEC

استفاده از قطعات و محصولاتی که مطابق با استانداردهای IEC طراحی و ساخته شده‌اند، مزایای متعددی را به همراه دارد، از جمله:

• هزینه‌ی پایین‌تر:  رویکرد IEC در تدوین استانداردها بر بهینه‌سازی فرآیند طراحی و تولید استوار است. این امر موجب کاهش هزینه‌های ساخت و در نتیجه، قیمت پایین‌تر محصولات نهایی دارای تأییدیه‌ی IEC می‌شود.
• ابعاد بهینه:  استانداردهای IEC بر استفاده‌ی مؤثر از فضا و مواد اولیه در فرآیند طراحی تأکید دارند. این رویکرد منجر به تولید محصولاتی با ابعاد کوچک‌تر و وزن سبک‌تر می‌گردد.
• ایمنی ذاتی: رعایت الزامات ایمنی در استانداردهای IEC از اولویت بالایی برخوردار است. محصولاتی که بر اساس این استانداردها طراحی و ساخته می‌شوند، از ایمنی بالاتری برای کاربران برخوردار هستند.

با توجه به پذیرش گسترده و مزایای قابل توجه محصولات دارای تأییدیه‌ی IEC، در حال حاضر بسیاری از شرکت‌ها در آمریکای شمالی و ایالات متحده نیز از این قطعات در خطوط تولید خود استفاده می‌کنند.

وجوه تشابه استانداردهای NEMA و IEC

استانداردهای رتبه‌بندی NEMA و IEC علی‌رغم تفاوت‌هایی که دارند، در حوزه‌ی رله‌های اضافه بار حالت جامد شباهت قابل توجهی را به نمایش می‌گذارند. این رله‌ها طی یک دهه‌ی گذشته، توسعه‌ی چشمگیری داشته‌اند و در بسیاری از کاربردها، جایگزین مکانیزم‌های تریپ بی متال و الکترونیکی شده‌اند.

با وجود پیشرفت‌های صورت گرفته، همچنان شاهد استفاده‌ی گسترده از رله‌های اضافه بار مکانیکی بی متال در صنعت هستیم. لازم به ذکر است که تفاوت‌های عملکردی بین رله‌های اضافه بار حالت جامد مورد استفاده در سیستم‌های NEMA و IEC بسیار ناچیز است. هر دو نوع رله را می‌توان برای یک کاربرد مشابه به کار گرفت و تمایز اصلی در بخش کنتاکتورها و محفظه بروز می‌یابد.

مزایای مشترک استفاده از کنترل‌های تحت استاندارد NEMA یا IEC به شرح زیر است:

• ارتقای سطح حفاظت موتور
• قابلیت تنظیم‌پذیری بیشتر
• پیشگیری از گیرپاژ
• کاهش خطر کج شدن و ناپایداری سیستم

با این حال، در برخی موارد خاص، ممکن است یکی از این دو استاندارد نسبت به دیگری برتری داشته باشد. برای مثال، در شرایطی که مشخصات عملیاتی به طور دقیق تعریف شده باشد، راه‌حل‌های منطبق بر استاندارد IEC از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه‌تر تلقی می‌گردند.

تفکیک محصولات منطبق بر استانداردهای NEMA و IEC

استانداردهای NEMA و IEC گرچه هر دو در حوزه‌ی محصولات الکترومکانیکی به کار می‌روند، اما با یکدیگر تفاوت‌هایی اساسی دارند. با توجه به اهمیت بالای انعطاف‌پذیری در دنیای تجارت امروز، توانایی استفاده از هر دو استاندارد مزیت قابل توجهی محسوب می‌شود.

این قابلیت، امکان سازگاری با شرایط تأمین محصول و الزامات فنی و قانونی در سطح بین‌المللی و محلی را برای کاربران فراهم می‌آورد. بهره‌مندی از دسترسی به محصولات و دانش فنی بومی در کنار انعطاف‌پذیری ناشی از پذیرش هر دو استاندارد، می‌تواند به عنوان یک برتری رقابتی ارزشمند تلقی گردد.

با این حال، برای استفاده‌ی حداکثری از این مزیت، درک عمیق و حرفه‌ای تفاوت‌های موجود بین طراحی‌های  NEMA  و IEC ضروری است. تسلط بر این تمایزات، زمینه‌ساز اتخاذ تصمیمات آگاهانه در فرآیند انتخاب و به‌کارگیری تجهیزات منطبق بر استانداردهای مذکور خواهد شد.

تمایز بین محصولات NEMA و IEC

استانداردهای NEMA و IEC در زمینه محصولات الکترو مکانیکی با یکدیگر تفاوت هایی دارند. با این حال، در محیط کسب و کار کنونی، انعطاف پذیری حرف اول را می زند. کاربرانی که توانایی استفاده از هر دو نوع محصول NEMA و IEC را دارند، از انعطاف بیشتری برای سازگاری با زنجیره تأمین و نیازمندی های محلی برخوردار خواهند بود.

این انعطاف پذیری به همراه بهره مندی از دسترسی و دانش فنی بومی، یک مزیت رقابتی ارزشمند تلقی می گردد. لیکن، به کارگیری مؤثر این انعطاف، مستلزم درک دقیق تفاوت های موجود میان طراحی های NEMA و IEC است.

فلسفه تفاوت ها

فلسفه‌ای که توسط انجمن ملی تولیدکنندگان تجهیزات الکتریکی (NEMA) ارائه می‌شود، بر طراحی‌های مستحکم با قابلیت کاربرد در گستره‌ای وسیع‌تر تأکید می‌کند. دو رکن اصلی این فلسفه، سهولت انتخاب و دامنه‌ی کاربرد می‌باشند.

طراحی تجهیزات کنترل موتور NEMA بر اساس استاندارد کنترل صنعتی NEMA (ICS-2) صورت می‌گیرد. این یک سند رسمی است که حاوی اطلاعات فنی دقیق در مورد طراحی الکترومکانیکی کنترل موتور NEMA می‌باشد.

در مقابل، فلسفه‌ی کمیسیون بین‌المللی الکتروتکنیک (IEC) بر عملکرد و حوزه‌ی کاربرد تمرکز دارد. تجهیزات IEC نیازمند سطح بالایی از دانش در مورد دستگاه موردنظر هستند. برای مثال، درک توابع چرخه‌ی کاری، بار موتور و جریان بار کامل ضروری است.

این الزام در برخی بخش‌ها ممکن است یک محدودیت تلقی شود. با این حال، در برخی دیگر، این امر یک مزیت قابل توجه است، به ویژه در بخش سازندگان تجهیزات اصلی (OEM). به عنوان مثال، یک دستگاه IEC با توان نامی اسب بخار ممکن است به طور قابل توجهی از دستگاه مشابه NEMA کوچک‌تر باشد.

این موضوع یک مزیت قابل توجه برای طراحان OEM به شمار می‌رود. علاوه بر این، محصولات IEC عموماً از لحاظ اقتصادی نیز به صرفه‌تر هستند.

ویژگی‌های کلیدی و مزایای محصولات NEMA

سهولت انتخاب : طراحی مهندسی شده محصولات NEMA، فرایند انتخاب را برای کاربران ساده می‌کند. مهم‌ترین مشخصه‌هایی که هنگام انتخاب یک محصول NEMA باید در نظر گرفته شوند، ولتاژ و توان (اسب بخار) هستند.

قابلیت تعمیر و نگهداری بالا : یکی از نکات کلیدی در انتخاب، قابلیت سرویس‌دهی تجهیزات در بازار NEMA است. اکثر این محصولات به دلیل دسترسی آسان به اجزای داخلی، به راحتی قابل تعمیر و نگهداری هستند. در اغلب موارد، تعمیر سیم‌پیچ‌ها و کنتاکت‌ها بدون نیاز به برچیدن کامل دستگاه از تابلو برق امکان‌پذیر است.

ظرفیت اضافی : استحکام و قابلیت استفاده‌ی گسترده‌ی اکثر محصولات NEMA، ویژگی دیگری است که باید به آن توجه کرد. این محصولات عموماً نسبت به همتایان IEC خود، از کاربردهای عمومی‌تری برخوردار هستند.

قابلیت تعویض قسمت های حرارتی:  دستگاه‌های NEMA مجهز به قسمت حرارتی قابل تعویض هستند که طیف وسیعی از آن‌ها برای حفاظت در برابر اضافه بار در دسترس است. این ویژگی، محصولات NEMA را برای اکثر پروژه‌های ساختمانی، بسیار کارآمد و مطلوب می‌سازد.

ویژگی‌های کلیدی و مزایای محصولات IEC

استاندارد IEC در مقایسه با NEMA، رویکردی مبتنی بر انعطاف‌پذیری و سهولت کاربرد را برای کاربران در پیش گرفته است. در حالی که استاندارد NEMA از ابعاد یکسانی برای کلیدهای کنترل موتور در تمامی صنایع پیروی می‌کند، استاندارد IEC به تولیدکنندگان این اختیار را می‌دهد تا اندازه‌ی محصولات خود را تا حدی تغییر دهند. این امکان، فرآیند انتخاب کلید متناسب با نیازهای خاص هر کاربرد را برای کاربران تسهیل می‌کند.

به طور کلی، اندازه‌ی یک کلید کنترل موتور (استارتِر) منطبق بر استاندارد IEC تقریباً نصف اندازه‌ی یک استارتِر مشابه NEMA می‌باشد. با این وجود، این اختلاف اندازه در جریان‌های بالاتر از ۱۰۰ آمپر چندان قابل توجه نبوده و به تدریج کاهش می‌یابد.

محصولات طراحی‌شده بر اساس استاندارد IEC ماهیتاً ماژولارتر و انعطاف‌پذیرتر بوده و قابلیت نصب بر روی ریل‌های DIN با عرض حداکثر ۷۵ میلی‌متر را دارند. این ویژگی موجب حذف نیاز به سوراخ‌کاری برای نصب مجزای تک تک اجزای کلید کنترلی می‌گردد و در نتیجه، فرآیند ادغام آن‌ها درون تابلو برق را به شکل قابل ملاحظه‌ای آسان می‌کند.

استارت‌های IEC به صورت اجزای مجزا شامل کنتاکتور، تجهیزات کمکی و تجهیزات رله اضافه بار به بازار عرضه می‌گردند. این رویکرد، امکان مونتاژ اجزا توسط خود کاربر را فراهم می‌آورد. بدین ترتیب، کاربر می‌تواند با انتخاب لوازم جانبی مورد نیاز خود و اتصال آن‌ها به یکدیگر بدون نیاز به هیچ گونه ابزار خاصی، کلید کنترل موتور (استارتِر) را سرهم‌بندی نماید.

رله‌های اضافه بار حرارتی با طراحی IEC از قسمت حرارتی با درجه‌بندی ثابت بهره می‌برند. محدوده‌ی تنظیم این رله‌ها ممکن است در صورت تغییر الزامات کاربردی، نیازمند تعویض کامل بخش اضافه بار باشد.

مبحث 430-53 در استاندارد ملی برق آمریکا (National Electrical Code – NEC) به کاربرد کلیدهای کنترل موتور در گروه‌های کنتاکتوری می‌پردازد. لازم به ذکر است که این موضوع صرفاً منحصر به استاندارد IEC نبوده و سایر استارتِرها نیز قابلیت نصب به این روش را دارا می‌باشند.

هماهنگی نوع ۲ (Type 2 Coordination) در تجهیزات کنترل موتور

هماهنگی نوع ۲ یک استاندارد بین‌المللی تحت نظارت کمیسیون بین‌المللی الکتروتکنیک (IEC) است که قابلیت اعمال بر روی محصولات منطبق با استاندارد NEMA را نیز دارا می‌باشد. این نوع هماهنگی با استفاده از یک کنتاکتور یا استارتر موتور به دست می‌آید.

در مبحث حفاظت نوع ۲، الزام بر این است که استارتر موتور پس از مواجهه با شرایط اتصال کوتاه، همچنان قابلیت استفاده مجدد را حفظ نماید. استانداردهای IEC هیچ‌گونه تغییرات قابل توجهی را در مشخصات زمان-جریان عملکردی رله اضافه بار مجاز نمی‌دانند.

با توجه به ماهیت هماهنگ‌شده‌ی این استاندارد حفاظتی، نوع ۲ بر هر دو سیستم NEMA و IEC قابل اعمال است. با این حال، استاندارد NEMA طیف گسترده‌تری از تجهیزات حفاظت در برابر اتصال کوتاه را در اختیار کاربران قرار می‌دهد. در مقابل، انتخاب فیوز در محصولات منطبق بر استاندارد IEC محدود است.

همچنین، ذکر این نکته ضروری است که محصولات IEC عموماً نسبت به نمونه‌های NEMA از قابلیت تعمیرپذیری پایین‌تری برخوردار بوده و در بسیاری از موارد یکبار مصرف تلقی می‌گردند. امکان تعمیر اکثر این محصولات در جریان‌های زیر ۱۰۰ آمپر وجود ندارد و در صورت بروز خرابی، می‌بایست آن‌ها را از ریل DIN جدا نموده و با یک تجهیز جدید جایگزین کرد.

آخرین تحول در زمینه‌ی تجهیزات کنترل موتور، ظهور دسته‌ی جدیدی از استارترهای ترکیبی به نام استارترهای خود-محافظ است. این نوع استارتر شامل کنتاکتور، رله اضافه بار و حفاظت در برابر اتصال کوتاه است. استارترهای خود-محافظ تحت یک فرآیند آزمایش منحصربه‌فرد قرار می‌گیرند که فراتر از روش‌های تست متداول برای کنترل‌های موتور به صورت مجزا می‌باشد.

تفاوت‌های کلیدی بین سیستم‌های کنترل موتور منطبق بر استانداردهای NEMA و IEC

استانداردهای NEMA و IEC هر دو مجموعه‌ای جامع از الزامات فنی را برای تجهیزات الکترومکانیکی ارائه می‌دهند. با این حال، این دو استاندارد رویکردهای متفاوتی را در قبال طراحی و کاربرد اتخاذ کرده‌اند. درک این تمایزات کلیدی برای انتخاب آگاهانه‌ی راه‌حل‌های کنترل موتور در هر پروژه امری ضروری به شمار می‌رود.

۱. الزامات آموزشی

یکی از تفاوت‌های اساسی بین این دو استاندارد، الزامات آموزشی برای انتخاب و راه‌اندازی تجهیزات است. محصولات منطبق بر NEMA عموماً با رویکرد سهولت در انتخاب طراحی شده‌اند و فرآیند گزینش آن‌ها پیچیدگی کمتری دارد. تنها آگاهی از پارامترهای اساسی مانند ولتاژ و توان خروجی (اسب بخار) برای انتخاب مناسب کفایت می‌کند.

در مقابل، محصولات IEC ماهیتاً خاص‌تر بوده و متناسب با شرایط و مشخصات فنی هر کاربرد طراحی می‌گردند. این امر منجر به لزوم دانش فنی عمیق‌تری در خصوص انتخاب و راه‌اندازی این تجهیزات می‌شود. گرچه لزوماً نیازی به دوره‌های آموزشی گسترده وجود ندارد، اما درک صحیح مفاهیمی همچون سیکل کاری، بار موتور و جریان بار کامل برای به‌کارگیری بهینه و ایمن این محصولات ضروری است.

۲. وضعیت بازار و روندهای آتی

حوزه‌ی نفوذ اصلی استاندارد NEMA آمریکای شمالی می‌باشد. با این وجود، در برخی از مناطق با نفوذ بالای شرکت‌های آمریکایی، همچنان شاهد استفاده از این استاندارد هستیم. طی سال‌های اخیر، بسیاری از صنایع، به ویژه بخش‌های تجاری و سبک‌وزن، به سمت استفاده از محصولات IEC روی آورده‌اند. این تغییر رویه ناشی از مزایای بالقوه‌ی انعطاف‌پذیری و صرفه‌جویی در فضای نصب تجهیزات IEC است.

با وجود روند رو به رشد استفاده از محصولات IEC، صنایع فرآیندی همچنان به طور گسترده از تجهیزات NEMA بهره می‌برند. دلایل این امر عمدتاً به استحکام بالا، قابلیت تعمیرپذیری و انعطاف‌پذیری بیشتر محصولات NEMA در محیط‌های صنعتی پر چالش بازمی‌گردد.

لازم به ذکر است که اگرچه از لحاظ تعداد، فروش تجهیزات IEC از NEMA پیشی گرفته است، اما از نظر ارزش دلاری، همچنان تجهیزات NEMA سهم بیشتری از بازار را به خود اختصاص داده‌اند. این امر نشان‌دهنده‌ی کاربرد این تجهیزات در پروژه‌های بزرگ صنعتی با توان مصرفی بالاتر است.

انتخاب بین محصولات منطبق بر استانداردهای NEMA و IEC وابسته به عوامل متعددی همچون الزامات فنی پروژه، سطح دانش فنی تیم متخصص، و اولویت‌های اقتصادی می‌باشد. درک صحیح تفاوت‌های کلیدی این دو رویکرد، زمینه‌ساز اتخاذ تصمیمات آگاهانه و بهینه‌ساز در انتخاب تجهیزات کنترل موتور برای هر پروژه‌ی خاص خواهد بود.

ملاحظات تکمیلی پیرامون تفاوت‌های NEMA و IEC

در بخش‌های پیشین، به تشریح تمایزات بنیادین میان تجهیزات منطبق بر استانداردهای NEMA و IEC پرداخته شد. این نوشتار در ادامه، به کاوش جزئیات بیشتر در این زمینه میپردازد :

۱.  رویکردهای متفاوت نسبت به ضریب اطمینان و کاربرد

یکی از وجوه تمایز آشکار این دو استاندارد، رویکرد آن‌ها نسبت به «ضریب اطمینان (Service Factor) تلقی می‌گردد. استاندارد NEMA امکان احتساب ضریب اطمینان تا ۲۵ درصد را برای تجهیزات در نظر می‌گیرد. این امر موجب ارتقای استحکام و قابلیت اطمینان بالاتر محصولات NEMA می‌گردد. با وجود این مزیت، می‌بایست در نظر داشت که لحاظ کردن چنین ضریبی، منجر به افزایش محسوس ابعاد و در نتیجه، بالا رفتن قیمت نهایی تجهیزات می‌گردد.

در نقطه مقابل، استاندارد IEC بر بهینه‌سازی فضا و کاهش هزینه‌ها متمرکز است. بر اساس این رویکرد، اجزای سیستم بر مبنای درجه حفاظت (IP) طراحی و تولید شده و سپس با اتکا به دسته‌بندی‌های بهره‌برداری (Utilization Category) که معرف کاربرد نهایی محصول است، مورد ارزیابی قرار می‌گیرند.

به عنوان مثال، تجهیزاتی با جریان کمتر از ۱۰۰ آمپر یا توان کمتر از ۵۰ اسب بخار که بر پایه استاندارد NEMA طراحی شده‌اند، به طور قابل توجهی از نمونه‌های مشابه منطبق بر استاندارد IEC بزرگ‌تر و گران‌تر خواهند بود. همچنین، طیف «رده‌های توان» در استاندارد IEC از تنوع بسیار بیشتری برخوردار بوده و از اهمیت بسزایی نسبت به رده‌بندی‌های NEMA برخوردار است. این موضوع یکی از چالش‌های به‌کارگیری گسترده سیستم IEC در ایالات متحده به شمار می‌رود.

۲.  الزامات حفاظتی و درجه حفاظت (IP)

استاندارد NEMA بر شیوه‌ی ساخت و اجرای اجزای الکتریکی در تجهیزات کنترل موتور تمرکز دارد. الزامات این استاندارد عمدتاً بر حداقل نیازمندی‌های طراحی برای محفظه‌ها (Enclosure) استوار است.

در مقابل، استاندارد IEC بیش از هر چیز بر درجه حفاظت بین‌المللی (IP) تأکید دارد. درجه حفاظت (IP) یک سیستم طبقه‌بندی بین‌المللی است که میزان حفاظت تجهیزات الکتریکی در برابر نفوذ ذرات خارجی و رطوبت را مشخص می‌سازد.

قابل ذکر است که استاندارد NEMA به موضوع «خوردگی» اشاره می‌کند که در طبقه‌بندی‌های IEC مغفول مانده است. همچنین، NEMA  الزاماتی را برای ارائه سطوحی از حفاظت در برابر خوردگی برای محفظه‌ها در نظر می‌گیرد. با عنایت به ماهیت متفاوت الزامات تحت پوشش این دو استاندارد، گاهی اوقات تطابق مستقیمی میان رده‌بندی‌های NEMA و درجات حفاظت IP در استاندارد IEC وجود ندارد.

ملاحظات کلیدی در انتخاب بین تجهیزات منطبق بر استانداردهای NEMA و IEC

انتخاب تجهیزات الکترومکانیکی مناسب برای هر پروژه مستلزم درنظر گرفتن مجموعه‌ای از عوامل کلیدی، از جمله الزامات فنی و اقتصادی می‌باشد. استانداردهای NEMA و IEC دو رویکرد مجزا را در زمینه‌ی طراحی، کاربرد و عملکرد ارائه می‌دهند. درک تمایزات اساسی این دو استاندارد، زمینه‌ساز اتخاذ تصمیمات آگاهانه در فرآیند انتخاب تجهیزات بهینه خواهد شد.

۱ . ملاحظات اقتصادی

به طور کلی، محصولات منطبق بر استاندارد IEC از نظر قیمت، مقرون به صرفه‌تر از نمونه‌های مشابه NEMA تلقی می‌گردند. این موضوع ناشی از رویکرد IEC در بهینه‌سازی فضا و مواد اولیه در فرآیند طراحی است.

۲ . انعطاف‌پذیری در کاربرد

رده‌بندی‌های NEMA از طیف وسیع‌تری برخوردار بوده و قابلیت تطبیق با دامنه‌ی متنوع‌تری از کاربردها را دارا می‌باشند. این ویژگی، سهولت انتخاب را برای طراحان و مهندسین به همراه دارد.

۳.  حوزه‌ی کاربرد جغرافیایی

استاندارد NEMA به‌طور سنتی، نفوذ بیشتری در بازار آمریکای شمالی داشته است. با وجود این، همچنان شاهد استفاده از این استاندارد در برخی از مناطق تحت تاثیر ایالات متحده هستیم. در مقابل، استاندارد IEC رویکردی جهانی را اتخاذ نموده و برای بازارهای بین‌المللی مناسب‌تر است.

۴.  الزامات ابعاد

تجهیزات طراحی‌شده بر پایه استاندارد IEC عموماً از ابعاد کوچک‌تری نسبت به نمونه‌های NEMA برخوردار هستند. این ویژگی، موجب صرفه‌جویی در فضای نصب، به‌ویژه در پروژه‌های با محدودیت فضا، می‌گردد.

۵ . عملکرد در شرایط اضافه بار

تجهیزات IEC در مواجهه با اضافه بار، واکنش سریع‌تری از خود نشان می‌دهند. این امر به دلیل رویکرد IEC در طراحی برای کاربردهای خاص و انتخاب دقیق‌تر اجزای سیستم است.

۶ . ایمنی ذاتی

محصولات طراحی‌شده بر اساس استاندارد IEC به لحاظ ذاتی از ایمنی بالاتری برای کاربران برخوردارند. این مزیت ناشی از تمرکز بر حفاظت در برابر تماس‌های ناخواسته و الزامات ایمنی سخت‌گیرانه در طراحی است.

۷ . درک صحیح تفاوت‌های ابعاد

بزرگ‌تر بودن ابعاد تجهیزات NEMA نسبت به نمونه‌های IEC، لزوماً به معنای استحکام بالاتر آن‌ها نیست. این تمایز صرفاً ناشی از رویکردهای متفاوت در طراحی است. انتخاب نادرست رده‌بندی IEC به جای رده‌بندی صحیح  NEMA  می‌تواند منجر به عملکرد نامطلوب تجهیزات و اتهام اشتباه به سیستم IEC شود.

۸. الزامات تست و ایمنی

لازم به ذکر است که فرآیند ارزیابی تجهیزات در آزمایشگاه‌های معتبر مانند Underwriters Laboratories (UL) برای هر دو استاندارد NEMA و IEC یکسان است. بنابراین، تفاوت‌های بنیادین میان این دو سیستم فراتر از صرفاً ابعاد و صرفه‌جویی در هزینه است. درک عمیق‌تر ماهیت هر استاندارد و الزامات عملکردی آن، شرط اساسی برای انتخاب راه‌حل‌های مناسب در هر پروژه می‌باشد.

استاندارد رده‌بندی NEMA برای انتخاب کلیدهای کنترل موتور

استاندارد رده‌بندی NEMA، چارچوبی را برای انتخاب کلیدهای کنترل موتور (استارترها) بر اساس الزامات فنی پروژه در آمریکای شمالی فراهم می‌آورد. این استاندارد که توسط انجمن ملی تولیدکنندگان تجهیزات الکتریکی (National Electrical Manufacturers Association – NEMA) تدوین و منتشر شده است، با عنوان  ISCS2  شناخته می‌شود.

مبنای اصلی در تعیین رده‌ی NEMA برای یک کلید کنترل موتور، «حداکثر توان خروجی» آن بر حسب اسب بخار می‌باشد. این حداکثر توان خروجی بر اساس اطلاعات مندرج در استاندارد ISCS2 مشخص می‌گردد.

فرآیند انتخاب کلیدهای کنترل موتور منطبق بر استاندارد NEMA، مستلزم توجه به اندازه‌ی NEMA آن‌ها است. رده‌ی اندازه‌ی NEMA برای این محصولات طیف وسیعی را در بر می‌گیرد که از سایز 00 (صفر-صفر) برای موتورهای کوچک تک فاز تا سایز 9 برای موتورهای پرقدرت سه فاز متغیر است.

انتخاب صحیح رده‌ی NEMA برای یک کلید کنترل موتور، امری ضروری جهت تضمین عملکرد ایمن و قابل اطمینان سیستم در تطابق با الزامات بار (توان مصرفی) موتور تحت کنترل می‌باشد.

کلیدهای کنترل موتور طراحی‌شده بر اساس استاندارد NEMA، علی‌رغم داشتن رده‌بندی‌های از پیش تعیین‌شده، از انعطاف‌پذیری بالایی در تطابق با نیازهای کاربردی متنوع برخوردار می‌باشند. این طیف وسیع کاربردی، از راه‌اندازی و خاموش‌سازی ساده‌ی موتور تا سناریوهای پرمتقاضای راه‌اندازی‌های متوالی (Plugging & Jogging) را شامل می‌شود.

فرآیند انتخاب کلید کنترل موتور مناسب بر اساس استاندارد NEMA مستلزم توجه به دو پارامتر کلیدی است:

• ولتاژ کاری:  ولتاژ برق تغذیه‌کننده‌ی موتور باید با ولتاژ نامی کلید کنترل موتور مطابقت داشته باشد.
• توان خروجی موتور (اسب بخار):  توان خروجی موتور تحت کنترل، نباید از حداکثر توان خروجی مجاز برای کلید کنترل موتور منتخب بر اساس رده‌بندی NEMA تجاوز نماید.

در سناریوهایی که نیاز به راه‌اندازی‌های متوالی (Plugging & Jogging) با دفعات زیاد وجود دارد، اعمال ضریب کاهش توان (Derating) بر روی کلید کنترل موتور NEMA با رتبه‌بندی استاندارد، امری ضروری به شمار می‌رود. راه‌اندازی‌های متوالی ماهیت پرمصرفی از لحاظ انرژی الکتریکی دارند. اعمال ضریب کاهش توان، حاشیه‌ی ایمنی لازم را برای کلید کنترل موتور در مواجهه با این شرایط کاری پر تقاضا فراهم می‌آورد و از بروز خرابی‌های احتمالی ناشی از اضافه بار جلوگیری می‌ کند.

این رویکرد مهندسی، انتخاب آگاهانه‌ی کلید کنترل موتور بر اساس توان واقعی مورد نیاز را تسهیل نموده و موجب ارتقای ایمنی، قابلیت اطمینان و طول عمر مفید کل سیستم می‌گردد.

اصول انتخاب کلیدهای کنترل موتور منطبق بر استاندارد IEC

کمیسیون بین‌المللی الکتروتکنیک (International Electrotechnical Commission – IEC) به عنوان یک سازمان معتبر بین‌المللی، مبادرت به تدوین و انتشار الزامات فنی و معیارهای عملکردی برای تجهیزات کنترل موتور منطبق بر استاندارد IEC نموده است. این الزامات و معیارها در قالب نشریه‌ی IEC 60947 گردآوری و ارائه شده‌اند.

یکی از وجوه تمایز اساسی استاندارد IEC با NEMA، رویکرد متفاوت آن در زمینه‌ی تعیین ابعاد تجهیزات است. برخلاف NEMA که طیف مشخصی از ابعاد را برای کلیدهای کنترل موتور تعریف می‌نماید، استاندارد IEC فاقد چنین رویکردی است. این استاندارد به جای تمرکز بر ابعاد فیزیکی، از طریق مفهومی تحت عنوان «دسته‌بندی بهره‌برداری» (Utilization Category) به تشریح سیکل کاری (Duty Cycle) متداول برای انواع تجهیزات می‌پردازد.

در حوزه‌ی راه‌اندازی الکتروموتورها، به‌طور عمده از دو «دسته‌بندی بهره‌برداری» با عناوین AC3 و AC4 استفاده می‌شود:

•  – AC3 سیکل کاری کم و راه‌اندازی‌های غیرپیوسته : این دسته معرف سناریوهایی است که در آن‌ها موتور با سیکل کاری پایین و راه‌اندازی‌های با فواصل زمانی نسبتاً طولانی مواجه می‌گردد. فن‌ها، پمپ‌ها و کمپرسورهای هوا از نمونه‌های بارز کاربردهای متعلق به این دسته به شمار می‌روند.
•  – AC4 سیکل کاری متوسط و راه‌اندازی‌های متوالی:  این دسته معرف سناریوهایی با سیکل کاری متوسط است که در آن‌ها موتور تحت راه‌اندازی‌های متوالی با فرکانس نسبتاً بالا قرار می‌گیرد. ماشین‌های ابزار، جرثقیل‌ها و نوارهای نقاله، مثال‌هایی از کاربردهای صنعتی منطبق بر این دسته می‌باشند.

درک صحیح مفهوم «دسته‌بندی بهره‌برداری» و انتخاب مناسب آن بر اساس الزامات منحصر به فرد هر پروژه، از ارکان اساسی در به‌کارگیری ایمن و مؤثر تجهیزات کنترل موتور منطبق بر استاندارد IEC تلقی می‌گردد. اتخاذ رویکرد مبتنی بر این استاندارد، زمینه‌ساز انتخاب راه‌حل‌های بهینه و ارتقای قابلیت اطمینان، ایمنی و طول عمر مفید کل سیستم اتوماسیون صنعتی خواهد شد.

همانطور که پیشتر اشاره شد، برخلاف رویکرد مبتنی بر ابعاد در استاندارد NEMA، انتخاب کلیدهای کنترل موتور منطبق بر استاندارد IEC بر مبنای مشخصات الکتریکی و عملکردی صورت می‌پذیرد. این مشخصات شامل:

• جریان عملیاتی حداکثر : (Maximum Operating Current) این پارامتر بیانگر حداکثر جریانی است که کلید کنترل موتور قادر به تحمل ایمن آن در شرایط کاری عادی می‌باشد.
• جریان حرارتی (Thermal Current) : این مشخصه، حداکثر جریانی است که کلید کنترل موتور می‌تواند برای مدت زمان طولانی بدون وقفه از خود عبور دهد.
• توان خروجی بر حسب اسب بخار (HP) یا کیلووات (kW) : این مشخصه، حداکثر توان خروجی قابل تحمل توسط کلید کنترل موتور برای راه‌اندازی و کنترل موتور تحت امر را تعیین می‌نماید.

لازم به ذکر است که فرآیند انتخاب کلید کنترل موتور منطبق بر IEC مستلزم بررسی و توجه به پارامترهای دیگری نیز می‌باشد . این پارامترها عبارتند از:

• شتاب‌گیری با محدودیت زمانی (Time-Limit Acceleration): این مشخصه، حداکثر زمان مجاز برای رسیدن موتور به سرعت نهایی خود را با اعمال جریان راه‌اندازی محدود، تعیین می‌کند. این پارامتر با حفاظت از موتور در برابر آسیب‌های ناشی از جریان‌های راه‌اندازی بالا در ارتباط است.
• شتاب‌گیری با جریان خط : (Current-Line Acceleration) این مکانیزم، روشی برای کنترل جریان راه‌اندازی موتور از طریق بهره‌گیری از ویژگی‌های راکتانس شبکه‌ی برق است. این رویکرد به کاهش افت ولتاژ در شبکه در هنگام راه‌اندازی موتور کمک می‌نماید.
• ولتاژ کنترل (Control Voltage): این ولتاژ، معرف ولتاژ ورودی مدار فرمان کلید کنترل موتور است که وظیفه‌ی اعمال سیگنال‌های کنترلی را بر عهده دارد.
• تعداد پل (Number of Poles): تعداد پل‌ها، نشانگر تعداد فازهای یک مدار جریان متناوب (AC) است. انتخاب تعداد پل مناسب برای مطابقت با سیستم قدرت تغذیه‌کننده‌ی موتور الزامی است.
• دمای عملیاتی (Operating Temperature) : این مشخصه، حداکثر دمای محیط قابل تحمل برای کلید کنترل موتور در محدوده‌ی عملکرد ایمن آن را تعیین می‌سازد.

در نظر گرفتن دقیق این پارامترهای الکتریکی و عملکردی در کنار درک مفهوم “دسته‌بندی بهره‌برداری” (Utilization Category)، انتخاب آگاهانه‌ی کلید کنترل موتور منطبق بر الزامات فنی پروژه را تسهیل می‌نماید. این رویکرد، زمینه‌ساز عملکرد ایمن، بهینه و با‌دوام کل سیستم اتوماسیون صنعتی را فراهم خواهد ساخت.

نکات پایانی: ایمنی، استانداردها و انتخاب آگاهانه در صنعت

ایمنی تجهیزات صنعتی، چه در حوزه‌ی الکتریکی و چه در حوزه‌ی مکانیکی، همواره از اولویت‌های اساسی تلقی می‌گردد. ارزیابی‌های ایمنی این تجهیزات پیش از ورود آن‌ها به بازار الزامی است. یکی از معیارهای کلیدی سنجش ایمنی تجهیزات، سنجه‌ی «درجه حفاظت» (Ingress Protection – IP) است. گرچه ممکن است شرکت‌های ارزیابی‌کننده‌ی مختلف، شیوه‌ی اختصاص این درجه را با جزئیات اندکی متفاوت اعمال نمایند، اما دو استاندارد برجسته‌ی جهانی در این زمینه، NEMA و IEC می‌باشند.

در گذشته، استانداردهای NEMA از نفوذ و اعتبار بیشتری نسبت به استانداردهای IEC برخوردار بودند. با این حال، در سال‌های اخیر، استاندارد IEC برای تجهیزات کوچک‌تر، جایگاه مناسب‌تری در بازار جهانی پیدا کرده است. علاوه بر این، تجهیزات منطبق بر استاندارد IEC از نظر اقتصادی، مقرون به صرفه‌تر از نمونه‌های مشابه   NEMA تلقی می‌گردند.

انتخاب آگاهانه‌ی تجهیزات صنعتی مستلزم درک صحیح مفهوم و محتوای استانداردهای NEMA و IEC می‌باشد. با وجود تلاش‌های صورت‌گرفته برای یکسان‌سازی این استانداردها در سطح بین‌المللی، همچنان برخی تفاوت‌های جزئی در نحوه‌ی ارزیابی و طبقه‌بندی تجهیزات وجود دارد. این تفاوت‌ها عمدتاً ناشی از رویکردهای متفاوت در طراحی و الزامات عملکردی است. با این حال، این تمایزات تأثیر چشمگیری بر عملکرد نهایی تجهیزات نخواهد داشت.

یکی از مهم‌ترین دستاوردهای سیستم‌های رده‌بندی NEMA و IEC، رفع ابهام از اصطلاحات رایج، مانند «ضد آب» است. این استانداردها با ارائه‌ی طبقه‌بندی دقیق و مشخص، به مهندسین و متخصصین حوزه‌ی اتوماسیون صنعتی درک صحیحی از قابلیت‌های حفاظتی هر تجهیز در برابر عوامل محیطی مانند گرد و غبار و رطوبت را ارائه می‌دهند. در صورت بروز هرگونه ابهام در تفسیر یا تطبیق رده‌بندی با شرایط کاربردی خاص، توصیه می‌گردد از مشاوره‌ی متخصصان مجرب حوزه‌ی اتوماسیون صنعتی بهره‌مند شوید.