رله اضافه بار یک دستگاه است که به طور خاص برای مدیریت بار برق در شبکه‌های برق طراحی شده است. این دستگاه به عنوان یک نقطه مرکزی برای کنترل و تنظیم بار برق عمل می‌کند و امکان اتصال یا جدا کردن بارهای اضافی را فراهم می‌کند. استفاده از رله اضافه بار در ایجاد توازن بار برق و جلوگیری از بارهای زیاد و ناپایدار موثر است. این دستگاه همچنین به بهبود کارایی سیستم برق و جلوگیری از اتلاف انرژی کمک می‌کند. به طور کلی، رله اضافه بار ابزاری موثر برای بهینه‌سازی استفاده از منابع انرژی و افزایش عملکرد شبکه‌های برق می‌باشد.
حفاظت از اضافه بار چیست؟
به جریانی که موتور بیشتر از جریان نامی (ثبت شده روی پلاک) می‌کشد، اضافه‌بار گفته می‌شود. اضافه‌بار ممکن است باعث گرم شدن بیش از حد موتور و آسیب به سیم پیچ های موتور شود. به همین دلیل، محافظت از موتور، مدار شاخه موتور و اجزای مدار انشعاب موتور در برابر اضافه بار بسیار مهم است. رله های اضافه بار از موتور، مدار شاخه موتور و اجزای مدار شاخه موتور در برابر اضافه بار محافظت می کنند. رله های اضافه بار جزوی از بخش استارت موتور محسوب می‌شوند. این رله‌ها با نظارت بر جریان در مدار از موتور محافظت می کنند. اگر جریان در مدت زمان معینی از حد معینی بالاتر رود، رله اضافه بار عملکرده و با باز شدن کنتاکت کمکی مربوطه منجر به قطع کنتاکتور و مدار موتور می شود در نتیجه، موتور و اجزای مدار موتور بیش از حد گرم نمی شوند و آسیب نمی بینند. رله اضافه بار را می توان به صورت دستی تنظیم کزد.
چگونه یک رله اضافه بار کار می کند؟
رله اضافه بار به صورت سری با موتور سیم کشی می شود، بنابراین جریانی که هنگام کار موتور از آن می گذرد، از رله اضافه بار نیز عبور می کند. هنگامی که جریان اضافی از آن عبور می کند. باعث می شود مدار بین موتور و منبع تغذیه باز شود. رله اضافه بار را می توان به صورت دستی یا خودکار پس از مدت زمان از پیش تعیین شده ریست کرد. موتور را می توان پس از شناسایی و رفع علت اضافه بار راه اندازی مجدد نمود.
انواع رله های اضافه بار
رله های اضافه بار بی‌متالی:
بسیاری از رله‌های اضافه بار شامل اجزای دو فلزی یا نوارهای دو فلزی هستند که به عنوان عناصر گرمایی نیز شناخته می‌شوند. نوارهای دو فلزی از دو نوع فلز ساخته شده اند – یکی با ضریب انبساط کم و دیگری با ضریب انبساط بالا. هر دو نوار فلزی در اثر گرما منبسط می شوند. با این حال، فلز با ضریب انبساط بالا در مقایسه با فلز با ضریب انبساط پایین بیشتر افزایش طول پیدا می‌کند. این انبساط غیرهم طول نوارهای بی‌متال باعث می شود که بی متال به سمت نوار فلزی با ضریب انبساط کم، خم شود. همانطور که نوار خم می شود، کنتاکت کمکی را تحریک می کند و باعث می شود که کنتاکت بسته رله اضافه بار باز شود. در نتیجه، مدار بوبین کنتاکتور قطع شده و برق موتور نیز قطع می‌شود.
مقدار گرمای تولید شده را می توان با قانون گرمایش ژول محاسبه کرد:
I : جریان اضافه باری است که از طریق بوبین در اطراف نوار دو فلزی رله اضافه بار جریان می یابد.
R : مقاومت الکتریکی سیم پیچ در اطراف بی‌متال است.
T : دوره زمانی است که جریان I از طریق سیم پیچ اطراف بی‌متال می‌گذرد.
معادله بالا بیان می کند که گرمای تولید شده توسط سیم پیچ نسبت مستقیمی با دوره زمانی شارش جریان اضافه از سیم پیچ خواهد داشت. به عبارت دیگر، هرچه جریان کمتر باشد، عملیات قطع رله اضافه بار بیشتر طول می کشد و هر چه جریان بیشتر باشد، رله اضافه بار سریعتر عمل می کند،
خطای مربوط به رله‌های بی‌متالی اغلب زمانی مشخص می‌شوند که به طور متناوب، نیاز به تنظیم مجدد باشد، این امر به این دلیل رخ می‌دهد که پس از مدتی بی‌متال سرد شده و به حالت اولیه خود باز گشته و در نتیجه موتور می تواند دوباره راه اندازی شود. اگر علت اضافه بار برطرف نشود، رله دوباره غملکرد خواهد داشت. دقت در انتخاب رله اضافه بار بسیار مهم است، زیرا قطع و تنظیم مجدد مکرر می تواند عمر مکانیکی رله را کاهش دهد و ممکن است باعث آسیب به موتور شود.
در بسیاری از موارد، موتور در محیطی با دمای تقریباً ثابت نصب می شود و رله اضافه بار و استارت موتور ممکن است در مکان دیگری نصب شوند که دمای محیط متفاوتی را تجربه می کند. در چنین مواردی، نقطه قطع رله اضافه بار بسته به عوامل متعددی می تواند متفاوت باشد. جریان عبوری از موتور و دمای هوای اطراف دو عامل هستند که ممکن است باعث تریپ زودهنگام شوند. در چنین مواردی نوع خاصی از رله های اضافه بار مورد استفاده قرار می‌گیرند. این نوع رله‌ها دارای دو نوار دو فلزی هستند – یک نوار دو فلزی جبرانی و یک نوار دو فلزی اولیه غیر جبرانی. در دمای محیط، هر دو این نوارها به یک اندازه خم می شوند و در نتیجه از عملکرد کاذب رله اضافه بار جلوگیری خواهد شد. با این حال، نوار بی متال اولیه تنها نواری است که تحت تأثیر شارش جریان در عنصر حرارتی و موتور قرار می گیرد. در شرایط اضافه بار، واحد تریپ توسط نوار دو فلزی اولیه تحریک می شود.
رله اضافه بار حالت جامد
این رله ها معمولاً به عنوان رله های اضافه بار الکترونیکی شناخته می شوند. برخلاف رله های اضافه بار دو فلزی، این رله های اضافه بار الکترونیکی جریان را به صورت الکترونیکی اندازه گیری می کنند. اگرچه در طرح های مختلف موجود هستند، اما ویژگی ها و مزیت‌های مشترکی دارند. طراحی بدون المنت حرارتی یکی از مزیت های اصلی این رله ها می باشد. این طراحی به کاهش هزینه ها و سهولت نصب کمک می کند. علاوه بر این، طراحی بدون المنت حرارتی سبب شده است که رله های حالت جامد نسبت به تغییر دمای محیط حساس نباشند. این رله‌ها همچنین به طور مؤثرتر در مقابل قطعی فاز محافظت می‌کنند. این رله ها می توانند به راحتی قطعی فاز را تشخیص دهند و یک کنتاکت کمکی را برای قطع کردن مدار کنترل موتور تحریک کنند. رله های اضافه بار حالت جامد تنظیم آسان زمان و جریان تریپ و را امکان پذیر می کنند.
در ادامه بخوانید: منحنی جریان راه اندازی موتور های قفسه سنجابی
مکانیسم تریپ رله های اضافه‌بار
مدت زمان خاموش شدن یک رله اضافه بار با افزایش جریان کاهش می یابد. این تابع بر روی منحنی زمان معکوس در زیر رسم شده است و به عنوان کلاس تریپ نامیده می شود. کلاس تریپ همچنین مدت زمان باز شدن رله را در شرایط اضافه بار نشان می دهد.
کلاس های تریپ 5، 10، 20 و 30 رایج هستند. این کلاس ها نشان می دهد که رله اضافه بار در 5، 10، 20 و 30 ثانیه تریپ می‌دهد. این تریپ دادن معمولاً زمانی اتفاق می‌افتد که موتور در 720 درصد بار کامل خود را کار کند. کلاس تریپ 5 برای موتورهایی مناسب است که نیاز به قطع شدن سریع دارند، در حالی که کلاس 10 معمولاً برای موتورهایی با ظرفیت حرارتی پایین مانند پمپ های شناور ترجیح داده می شود. کلاس 10 و 20 برای کاربردهای عمومی استفاده می شود، در حالی که کلاس 30 برای بارهای با اینرسی بالا استفاده می شود. رله های کلاس 30 به جلوگیری از تریپ دادن غیرضروری کمک می نند.
