کلیدهای حرارتی مدار قدرت را قطع و وصل می کنند و هم چنین همراه با تجهیزات جانبی برای استفاده در مدار فرمان قابل نصب هستند.

امروزه در دنیای صنعت، موتورهای آسنکرون قفس سنجابی نقش بسیار مهمی را ایفا می کنند و بسیار پر کاربرد هستند. این موتورها نیاز به حفاظت هایی دارند، که کلیدهای حرارتی علاوه بر مزایایی که برای حفاظت از انواع موتورها دارند، امکان تجمیع با لوازم جانبی زیادی را دارند که باعث می شود در مجموع، بهترین گزینه برای حفاظت از این نوع موتورها باشند.

از آنجا که کلیدهای حرارتی در مدارات سه فاز و تک فاز مورد استفاده قرار می گیرند، از همین رو با نام کلید حرارتی تک فاز و کلید حرارتی سه فاز نیز شناخته می شوند. از کلید حراتی سه فاز در مدارات تک فاز نیز استفاده می شود که باید نوع سربندی آن با توجه به نقشه ارائه شده در ادامه این مقاله، تغییر کند و به کلید حرارتی تک فاز تبدیل شود. کلید حرارتی تک فاز برای حفاظت از موتور های الکتریکی تک فاز، پمپ های تک فاز و سایر تجهیزات که از موتورهای القایی استفاده می کنند، به کار می رود. به همین شکل، کلید حرارتی های سه فاز، موتورهای القایی و پمپ های سه فاز را حفاظت می کند.

کلیدهای حرارتی تک فاز و کلیدهای حرارتی سه فاز در رنج های 0.63 آمپر تا 100 آمپر قابل تنظیم بوده و در این محدوده جریانی ساخته و تولید می شوند.

نحوه عملکرد کلید حرارتی

کلید حرارتی، دو حفاظت اصلی شامل حفاظت مغناطیسی و حفاظت حرارتی را برعهده دارند. عملکرد حرارتی برای حفاظت موتور الکتریکی از اضافه جریان و عملکرد مغناطیسی برای حفاظت موتور الکتریکی در برابر جریان اتصال کوتاه می باشد.

عمکرد حرارتی در کلیدهای حرارتی، زمانی فعال می شود که جریانی فراتر از جریان نامی الکتروموتور به آن اعمال شود. برای مثال هنگامی که روتور درون استاتور قفل شود یا به اصطلاح جامپ کند، الکتروموتور جریانی بیشتر از جریان نامی خود از مدار می کشد که این کار باعث داغ شدن موتور و عبور جریان بیشتر از تجهیزات الکتریکی مرتبط می شود. در این حالت، عملکرد بی متالی کلید حرارتی فعال می شود. درون کلید حرارتی دو فلز غیر همجنس با ضریب انبساط متفاوت وجود دارد که زمانی که جریان، بیشتر از حد مجاز از این دو فلز عبور می کند، فلزی که ضریب انبساط کمتری دارد شروع به خم شدن می کند تا جایی که اهرم زیر فلز فعال شده و مدار قطع می شود که پس از سرد شدن نیز به حالت اولیه باز می گردد و مدار وصل می شود. به همین دلیل است که حفاظت حرارتی کلیدهای حرارتی با تاخیر انجام می شود.

در خصوص عملکرد مغناطیسی کلیدهای حرارتی اولین نکته ای که به چشم می خورد این است که برخلاف حفاظت حرارتی در حفاظت مغناطیسی، مدار بلافاصله قطع می شود و با تاخیر همراه نیست. عملکرد مغناطیسی کلیدهای حرارتی در زمان بروز اتصال کوتاه فاز با فاز، فاز با نول یا فاز با زمین، فعال می شوند. حفاظت مغناطیسی این کلیدها توسط یک بوبین انجام می شود به این صورت که در شرایط نرمال، جریان مدار به وسیله دو کنتاکت که به هم متصل هستند از بوبین داخل کلید حرارتی عبور می کند و میدان مغناطیسی بسیار کوچکی ایجاد می کند. اما در زمانی که خطای اتصال کوتاه رخ می دهد در یک لحظه جریان بسیار زیادی از بوبین عبور می کند. این جریان زیاد باعث ایجاد میدان مغناطیسی شدیدی می شود که قادر است هسته آهنی داخل بوبین را به حرکت درآورد و در نهایت این حرکت باعث فعال شدن اهرم قطع شده و مدار قطع می گردد.

تفاوت کلید حرارتی با بیمتال

1. کلید حرارتی، مدار قدرت را قطع و وصل می نماید ولی بیمتال مدار فرمان را قطع می کند. با استفاده از تیغه بسته بیمتال در مسیر بوبین کنتاکتور مربوطه می توان بوبین کنتاکتور را به محض اتفاق افتادن خطای اضافه بار یا خطای جریان حرارتی قطع نموده و به این ترتیب مدار قدرت نیز قطع می گردد.
2. کلید حرارتی در برابر خطای جریان حرارتی (اضافه بار) و خطای جریان مغناطیسی (اتصال کوتاه) عمل می کند ولی بیمتال تنها در برابر خطای جریان حرارتی که در اثر جریان اضافه بار و داغ شدن موتور ایجاد می شود، عکس العمل نشان می دهد.
3. بر روی کلید حرارتی، کلید یا شاسی قطع و وصل وجود دارد در صورتی که این کلید بر روی بیمتال وجود ندارد.
4. کلید حرارتی به عنوان یک بریکر قبل از کنتاکتور و در قسمت مدار قدرت و ابتدای فیدر (خط تغذیه) قرار می گیرد ولی بیمتال بعد از کنتاکتور قرار گرفته و بر روی مدار فرمان عمل می کند.

* به دلیل مجموعه عوامل و مزایای گفته شده در بالا می توان دریافت که ضریب اطمینان جهت قطع و وصل و همچنین دقت عملکرد کلید حرارتی از بی متال بیشتر است.

جریان های ناخواسته

لازم به ذکر است که جریان اتصال کوتاه و جریان اضافه بار، جز جریان های ناخواسته مدار شناخته می شوند و با وجود آنها، تجهیزات مدار، آسیب می بینند و باید حتما کنترل و قطع شوند. در زیر به بررسی تفاوت این دو جریان می پردازیم:

به عنوان مثال زمانی که یک الکتروموتور در اثر تحمل بار زیاد داغ می کند، حرارت به وجود آمده، ایجاد مسیری برای جریان می کند که به این جریان که در اثر اضافه بار به وجود آمده است، جریان حرارتی می گویند.

حال در نظر بگیرید که در اثر یک اتفاق ناخواسته، اتصال کوتاه بین دو فاز با هم یا یک نول و فاز بوجود بیاید که در این حالت نیز حرارت الکتروموتور زیاد شده و ایجاد جریان اضافه می کند که به این جریان، جریان مغناطیسی گفته می شود.

کلیدهای حفاظت از اضافه بار، بسته به اینکه جریان مغناطیسی یا جریان حرارتی را قطع می کنند در دو نوع حفاظت اضافه بار مغناطیسی و حفاظت اضافه بار حرارتی می باشند:

حفاظت اضافه بار مغناطیسی

این نوع حفاظت به وسیله یک نوع بوبین انجام می شود که قسمت اصلی ساختمان آن از یک هسته مغناطیسی تشکیل شده و اطراف آن چند دور سیم پیچیده شده است که در اثر عبور جریان زیاد و زیاد شدن شدت میدان مغناطیسی اطراف سیم پیچ های دور این هسته، جذب کنتاکت ها در داخل بوبین اتفاق می افتد و اهرم قطع در آن جذب شده و سبب ایجاد شرایط لازم جهت عملکرد مکانیکی قطع مدار می گردد. برای هر فاز، یک هسته مغناطیسی سیم پیچی شده در داخل کلید تعبیه می شود. از این مدل عملکرد جهت حفاظت مدار در برابر اتصال کوتاه استفاده می گردد، چرا که در شرایط اتصال کوتاه، قطع کننده مدار باید به سرعت عمل نماید و چون حفاظت حرارتی به دلیل صرف زمان جهت گرم شدن بیمتال کمی دیرتر اتفاق میفتد، برای تشخیص اتصال کوتاه مناسب نمی باشد.

از رله مغناطیسی به ندرت به صورت تکی استفاده می گردد و معمولا از رله حرارتی به همراه رله مغناطیس در داخل تجهیزاتی مانند کلیدهای اتوماتیک کمپکت، راه انداز موتور و غیره استفاده می گردد. در حفاظت مغناطیسی در صورت بروز اتصال کوتاه، مدار به سرعت قطع شده و از آسیب رسیدن به قطعه بیمتال و سایر تجهیزات جلوگیری می شود.

حفاظت اضافه بار حرارتی

تجهیزات اضافه بار حرارتی در انواع مختلفی ساخته می شوند که نوع متداول آن بیمتال است. بیمتال بعد از کنتاکتور و به صورت سری با موتور نصب می گردد. از حفاظت اضافه بار حرارتی در کلیدهای اتوماتیک به عنوان حفاظت در برابر جریان زیاد نیز استفاده می گردد. در این مدل حفاظت که در اثر عبور جریان زیاد و گرم شدن بیمتال انجام می شود، دو فلز که دارای ضریب انبساط طولی مختلفی هستند، تغییر حالت می دهند. این دو فلز در حالت عادی به صورت یک تکه و یک غلتک پرس شده دیده می شوند. ترکیب پرس این دو فلز با هم یک بیمتال را تشکیل می دهند. به دلیل اینکه ضریب انبساط یکی از این فلزات بیشتر است، این دو فلز با هم خم می شوند.

نحوه تست کلید حرارتی

همانند شستی تریپ در کلیدهای اتوماتیک کمپکت در کلید حرارتی نیز یک شستی جهت تست قرار داده شده است. شستی تست به دلیل اینکه بتوان سلامت کلید را قبل از قرار دادن در مدار و زیر بار بردن تست کرد، به کار رفته است. نحوه تست کلید حرارتی به این شکل است که ابتدا کلید را در حالت On یا Start قرار می دهیم و سپس با فشردن شستی تست، کلید قطع می شود. در این صورت مطمئن می شویم که کلید حرارتی سالم است.

مشخصات کلید حرارتی

1. دارای شستی قطع و وصل (0 و 1) بر روی کلید جهت کنترل دستی است.
2. رنج جریانی آن قابل تنظیم بوده و به وسیله ی یک زبانه ی دوار می توان آن را تنظیم کرد (معمولا درجه را بر روی 10 درصد بیشتر از جریان نامی، تنظیم می کنند.).
3. دارای یک عدد دکمه تست جهت تست سالم بودن کلید حرارتی می باشد.
4. دارای سه عدد کنتاکت قدرت است که این کنتاکت ها در قسمت ورودی به برق ورودی وصل می گردند و در قسمت خروجی کلید به موتور متصل می گردد.
5. قابلیت اضافه کردن تجهیزات جانبی به آن وجود دارد.

کاربردهای اصلی کلید حرارتی

1. کلیدزنی مدارات موتوری
2. حفاظت قابل تنظیم برای اضافه بار مغناطیسی و حرارتی
3. حفاظت از موتور الکتریکی در برابر انواع خطاهای الکتریکی
4. ایجاد تاخیر حرارتی برای روشن شدن موتور به جهت داغ شدن موتور در اثر اضافه بار

مزایای استفاده از کلید حرارتی

1. قدرت قطع بالایی دارد.
2. جهت مدارات جریان بالا مورد استفاده قرار می گیرد.
3. در برابر بارهای لحظه ای، بدون قطعی، مقاومت بالایی دارد.
4. دارای رنج های گسترده ای است.
5. تنظیمات دقیق در مورد هر یک از پارامترهای الکتریکی در آن امکان پذیر است.
6. قابلیت فرمان پذیری و کنترل دارد.

* به دلیل اینکه کلید حرارتی حفاظت اتصال کوتاه را نیز دارد، می توان به جای استفاده از ترکیب کلید مینیاتوری و بی متال، کلید حرارتی را جایگزین نمود. همچنین کلید حرارتی را می توان با سایر تجهیزات جانبی در مدارات متصل کرد. به همین دلیل به آن کلید کمپکت محافظ موتور نیز گفته می شود. در صورتی که فقط بخواهیم موتور را با آن روشن و خاموش نماییم، می توانیم کنتاکتور را هم حذف کرده و به سبب کلید استارت و استپ تعبیه شده بر روی آن، اقدام به روشن و خاموش کردن موتور نماییم. لازم به ذکر است که در جاهایی که حفاظت بیشتری مد نظر باشد، بسته به طراحی مدار، می توان بی متال را نیز قبل از کلید حرارتی به کار برد.

خصوصیات و قابلیت های کلید حرارتی

1. کلیدهای حرارتی قابل قطع و وصل، زیر بار هستند.
2. این کلید امکان تنظیم جریان در یک بازه جریانی مورد نظر را برای ما فراهم می کند.
3. پس از تشخیص خطا به طور مستقیم مدار قدرت تغذیه موتور را قطع می کند و برای این منظور بر خلاف بی متال به کنتاکتور جهت فرمان گرفتن و قطع کردن مدار قدرت، نیازی ندارد.

تجهیزات جانبی کلید حرارتی

کلید حرارتی نیز مانند بسیاری از تجهیزات دیگر، می تواند همراه با تجهیزات جانبی در مدارات به کار برود. این تجهیزات جانبی عبارتند از:

• بوبین شنت (Shaunt Relay): این رله به صورت جانبی و از پهلو به کلید حرارتی نصب می گردد و کارکرد آن در مواقعی است که بخواهیم به صورت شرطی، وصل بودن کلید حرارتی را منوط به برقراری شرایط خاصی کنیم. رله شنت در صورت اعمال ولتاژ به بوبین آن عمل می کند و سبب قطع شدن کلید حرارتی می گردد. لذا در صورتی که خطایی مانند آتش سوزی در محیط اتفاق بیافتد، با قرار دادن یک سنسور و وصل کردن کنتاکت باز (NO) سنسور به بوبین شنت کلید حرارتی در صورت شناسایی و عمل کردن سنسور، رله شنت فعال گردیده و کلید را به حالت قطع برده و به این ترتیب مصرف کننده بدون برق می شود.

• رله افت ولتاژ (Under Voltage Relay): عملکرد این رله بر عکس رله شنت است، به این معنی که این رله نیز به صورت جانبی به کلید حرارتی از پهلو متصل می گردد ولی برای اینکه به کلید حرارتی اجازه قطع و وصل بدهد، باید دو سر بوبین این رله همیشه دارای برق باشد. به محض اینکه برق رله آندر قطع بشود، کلید حرارتی نیز قطع می گردد.

• کنتاکت کمکی (Auxiliary Contact): کنتاکت های کمکی به صورت تک کنتاکت و دو کنتاکت از پهلو یا از رو به کلید حرارتی متصل می شوند و با قطع و وصل شدن کلید حرارتی، کنتاکت های آن نیز تغییر وضعیت می دهند. از این خاصیت می توان در قسمت فرمان مدار استفاده کرد.

• کنتاکت کمکی خطا (Trip-Indicating Auxiliary Contact): این کنتاکت به صورت جانبی و از پهلو به کلید حرارتی متصل می گردد و فقط در صورتی که کلید حرارتی بعد از تشخیص خطای اضافه بار به حالت تریپ رود، این کنتاکت عمل می کند. با قطع و وصل شدن کلید حرارتی، کنتاکت خطا عمل نمی کند.

* باید توجه کرد که کنتاکت تریپ با قطع یا وصل کردن کلید به صورت دستی فعال نمی شود. با قطع و وصل کلید به طور دستی، تنها کنتاکت های کمکی حرارتی تغییر وضعیت داده و از حالت باز به بسته و بالعکس تغییر حالت می دهند.

• دستگیره گردان: این تجهیز به وسیله یک رابط میله ای به کلید حرارتی متصل گردیده و در تابلوهای کشویی استفاده می گردد.

• رابط نصب (بین کلید حرارتی و کنتاکتور): این رابط وسیله ای جهت نصب کنتاکتور به کلید حرارتی می باشد. بسته به مدل اتصال کلید حرارتی به کنتاکتور، این رابط اشکال مختلفی دارد، که در زیر چند نمونه از آنها قابل مشاهده هستند:

روش نصب کلید حرارتی

کلید حرارتی یا راه انداز موتوری به عنوان یک بریکر در ابتدای فیدر حفاظت موتوری قرار گرفته و موتور را از کشیدن جریان اضافه محافظت می نماید. برق ورودی سه فاز به قسمت ورودی کلید حرارتی وصل شده و خروجی سه فاز از کلید حرارتی به موتور وصل می شود.

نحوه ی تنظیم کلید های حرارتی

از مزایای کلید حرارتی، قابل تنظیم بودن رنج جریان آن است. به این صورت که بر روی کلیدهای حرارتی یک زبانه کوچک دوار قرار دارد که در یک بازه معین جریانی امکان تغییر را دارد. برای هر موتور بسته به توان نامی موتور باید یک کلید حرارتی مناسب و متناسب با جریان نامی موتور انتخاب بشود و سپس جریان کلید حرارتی را مطابق با جریان نامی موتور، توسط زبانه تنظیم جریان، تغییر داد.

کلیدهای حرارتی یک بازه یا رنج جریان را تحت پوشش قرار می دهند و در رنج های استاندارد و تعریف شده مشخصی ساخته می شوند. این جریان معمولا به میزان 10 درصد بیشتر از جریان نامی انتخاب می گردد.

نحوه انتخاب کلید حرارتی مناسب

کلیدهای حرارتی معمولا بر حسب توان نامی (کیلووات) انتخاب می شوند ولی بر اساس جریان بی متال موتورها نیز قابل انتخاب هستند. به عنوان مثال برای یک موتور 2.2 کیلووات با جریان نامی 4.5 آمپر می توان از کلید حرارتی رنج 4 تا 6.3 آمپر استفاده نمود. به این کلید حرارتی، پروتکشن 6.3 آمپری نیز گفته می شود. اگر بخواهیم بر حسب توان نیز ذکر کنیم، باید بگوییم کلید حرارتی 11 کیلوواتی.

جدول کلید حرارتی

بر طبق محاسبات انجام شده در مدارات مختلف، جدولی از انتخاب کلید حرارتی مناسب مطابق با توان نامی موتورها و به تبع آنها، جریان کنتاکتور و فیوز را نیز بر حسب توان موتور نشان می دهد، تهیه گردیده است. این جدول به صورت زیر می باشد:

مفهوم علائم ظاهری روی کلیدهای حرارتی

1. ترمینال های ورودی سه فاز قدرت کلید
2. ترمینال های خروجی سه فاز قدرت کلید
3. نگهدارنده نصب روی ریل
4. زبانه قابل تنظیم جهت تنظیم رنج جریان کلید حرارتی
5. محل نصب کنتاکت کمکی
6. استانداردهای کلید
7. شرکت سازنده
8. شستی STOP (کلید خاموش)
9. شستی START (کلید روشن): رنگ شستی استپ و استارت از استاندارد خاصی تبعیت نمی کند و در مورد هر شرکتی دارای رنگ متفاوتی است.
10. پد نگهدارنده کلید در حالت خاموش
11. قدرت قطع کلید
12. جریان نامی کلید
13. نماد مداری (شماتیک) کلید که معمولا این نماد روی کلیدها درج می شود.
14. نشانگر تست تریپ کلید: از آن برای تست سالم بودن کلید استفاده می شود به این صورت که اگر کلید برق دار باشد و دکمه تست را بزنیم در صورتی که سالم باشد، باید عمل کند.

اجزای داخلی کلید حرارتی

شرح کار اجزای عملکردی داخل کلید MPCB به صورت زیر می باشد:

• h. تیغه تغییر وضعیت
• a. واحد قطع کننده اضافه بار حرارتی
• g. پیستون آرمیچر
• f. محفظه جرقه زنی
• e. تغییر وضعیت قفل
• b. واحد قطع کننده اضافه بار الکترومغناطیسی
• d. کنتاکت های کمکی تغییر وضعیت (که با باز و بسته شدن کنتاکت های اصلی تغییر وضعیت می دهند.)
• c. کنتاکت های اصلی کلید

انواع راه اندازی کلیدهای حرارتی

کلیدهای حرارتی مغناطیسی می توانند برای دو نوع راه اندازی به کار بروند:

1. كلید محافظ موتور برای راه اندازی های سبك كه جریان راه اندازی را در صورتی كه از 5 برابر جریان نامی تجاوز نكند به مدت 20 ثانیه نگه می دارد.
2. كلید محافظ موتور برای راه اندازی های سنگین كه جریان راه اندازی را در صورتی كه از 10 برابر جریان نامی تجاوز نكند به مدت 4 ثانیه نگه می دارد. در نتیجه این كلید در شرایط سخت تری از كلید اتوماتیک معمولی با رله جریان بالا كار می کند.

دیاگرام سیم کشی کلید حرارتی

دیاگرام سیم کشی کلیدهای MPCB در مدارات تکفاز، سه فاز و DC به صورت زیر می باشد:

قیمت کلید حرارتی

قیمت انواع کلید حرارتی به فاکتورهای مختلفی همچون برند، نوع تنظیم جریان، محدوده تنظیم جریان، امکانات و قابلیت های نصب اکسسوری های مختلف، بستگی دارد. شما می توانید برای دریافت مشاوره فنی و لیست بروز قیمت انواع کلید حرارتی و سایر تجهیزات برق صنعتی با کارشناسان فنی شاهین اختر الکتریک تماس بگیرید.