رله بی‌متال یک محافظ حرارتی-جریانی است که برای حفاظت موتورها در برابر اضافه‌ بارهای طولانی‌مدت طراحی شده است. این رله‌ها جریان عبوری از هر فاز را اندازه‌گیری می‌کنند (معمولاً از طریق هیتینگ عنصر بی‌متال یا از طریق المان‌های حرارتی) و براساس گرمای تولیدشده، یک المان بی‌متال خمیده را حرکت می‌دهند که در نتیجه کنتاکت قطع فرمان را باز یا عملکرد قطع مکانیکی را اعمال می‌کند. هدف اصلی جلوگیری از گرم شدن بیش‌ازحد سیم‌پیچ موتور و خسارت‌های ناشی از آن است.

تاریخچهٔ کوتاه و منطق نامگذاری

اصطلاح «بی‌متال» از ترکیب «دو فلز» (bi-metal) آمده است. از آنجا که دو فلز با ضریب انبساط حرارتی متفاوت وقتی با یکدیگر پیوند داده شوند و حرارت می‌بینند، به‌صورت خمیده تغییر شکل می‌دهند، این پدیده از دیرباز در ترموستات‌ها و ابزارهای اندازه‌گیری دما استفاده شده است. رله‌های بی‌متال نسل ساده و پایدار حفاظت حرارتی را به الکتریک هدیه داده‌اند؛ آن‌ها مکانیکی، قابل‌اعتماد و اقتصادی هستند و برای کاربردهایی که نیاز به قطع پایدار در برابر اضافه‌بار دارند، بسیار مناسب‌اند.

مکانیزم عملکرد رله بی متال

اصل کار بر پایهٔ تبدیل اثر جریان الکتریکی به گرمای مقاومتی (I²R) و سپس تبدیل گرما به جابجایی مکانیکی در یک نوار بی‌متال است:

جریان عبوری از یک المان گرمایی (هیتر) یا از سیم‌پیچ خود بی‌متال باعث تولید گرما می‌شود. گرما باعث می‌شود که یک نوار بی‌متال (متشکل از دو فلز با ضریب انبساط متفاوت) خم شود. خم شدن نوار بی‌متال باعث حرکت مکانیزم و باز شدن کنتاکت میانی فرمان یا مکانیکی می‌شود که نهایتاً کنتاکتور را به قطع وادار می‌کند.

بعد از فروکش شدن جریان و کاهش دما، بسته به نوع رله، بازگشت به وضعیت اولیه ممکن است به صورت خودکار (Auto-reset) یا دستی (Manual-reset) صورت گیرد. این مکانیزم باعث می‌شود رله بی‌متال نسبت به اضافه‌بارهای تدریجی یا ماندگار حساس باشد و در مقابل پالس‌های کوتاه و جریان‌های هجومی لحظه‌ای (inrush) مقاوم‌تر باشد.

اجزای اصلی رلهٔ بییمتال

یک رلهٔ بی‌متال معمولی شامل بخش‌های زیر است:

هیتر/عنصر گرم‌کننده: المانی که جریان را تبدیل به گرما می‌کند (ممکن است سیم موازی یا نواری مقاومتی باشد).
نوار بی‌متال (Bimetallic strip): دو فلز با ضریب انبساط متفاوت که به تغییر دما واکنش نشان می‌دهند.
مکانیزم تریپ (Trip mechanism): اهرم و فنرهایی که حرکت بی‌متال را به باز یا بسته‌ سازی کنتاکت‌ها تبدیل می‌کنند.
کنتاکت فرمان (Auxiliary contact): که برای قطع مدار فرمان کنتاکتور یا ارسال سیگنال هشدار به PLC/تابلو استفاده می‌شود.
پیچ یا ولوم تنظیم جریان: برای تنظیم مقدار جریانی که رله باید روی آن عمل کند (Adjustment range).
سیستم بازنشانی: دستی یا اتوماتیک برای برگشت دادن رله به حالت اولیه پس از تریپ.
پایه/ماونت و رابط مکانیکی: برای نصب روی ریل یا اتصال به کنتاکتور و هماهنگی مکانیکی.

انواع رله‌ های حرارتی

رله‌های حفاظتی را می‌توان از لحاظ تکنولوژی و عملکرد در گروه‌های زیر دسته‌بندی کرد:

رله بی‌متال مکانیکی (Thermal Bimetal): سنتی‌ترین نوع؛ مبتنی بر نوار بی‌متال و عنصر گرم‌کننده. ارزان، ساده و قابل اطمینان در کاربردهای معمولی.
رله الکترونیکی (Electronic Overload Relay): مبتنی بر اندازه‌گیری الکترونیکی جریان (CT، شنت یا حسگرهای جریان) و منطق داخلی برای تشخیص اضافه‌بار؛ قابلیت تنظیم دقیق‌تر، تایم‌ینگ انعطاف‌پذیر و تنظیم برای جریان‌های راه‌اندازی را دارد.
رله حرارتی-مغناطیسی (Thermal-Magnetic): ترکیبی از حفاظت حرارتی (بی‌متال) و حفاظت مغناطیسی (برای تشخیص اتصال کوتاه) که برای محافظت همزمان در برابر اضافه‌بار و اتصال کوتاه مناسب است.
رله حالت جامد یا الکترونیکی با ارتباط دیجیتال: قابلیت مانیتورینگ، تله‌متری و یکپارچه‌سازی با سیستم‌های کنترلی را دارد.

بی‌ متال‌های مکانیکی مناسب برای موارد اقتصادی و محیط‌های ساده‌اند؛ رله‌های الکترونیکی برای کنترل دقیق، ذخیره‌سازی رخدادها و هماهنگی گسترده‌تر مناسب‌اند.

پارامترهای فنی مهم برای خرید رله بی متال

برای انتخاب صحیح رله بی‌متال باید پارامترهای زیر را مد نظر قرار دهید:

جریان نامی موتور (FLA): پایهٔ انتخاب است؛ رله باید توان تنظیم روی مقدار FLA را داشته باشد.
بازهٔ تنظیم (Adjustment range): محدودهٔ min–max (آمپر) که رله می‌تواند روی آن تنظیم شود.
کلاس تریپ/زمانی (Trip class): مشخص‌کنندهٔ زمان لازم برای تریپ تحت نسبت‌های مشخص اضافه‌بار (مثلاً کلاس 10، 20، 30 — بسته به سازنده تفاوت دارد).
نوع بازنشانی (Manual / Auto): آیا رله پس از خنک‌شدن خودبه‌خود وصل می‌شود یا نیاز به ریست دستی است.
تعداد و نوع کنتاکت‌های کمکی: برای اتصال به مدار فرمان و نمایشگرها.
محدودهٔ دمای کاری و ضرایب تصحیح دما: برای محیط‌های گرم یا تابلوهای بسته.
توان تحمل جریان راه‌اندازی (Inrush): میزان تحمل جریان هجومی کوتاه‌مدت بدون تریپ ناخواسته.
هماهنگی مکانیکی با کنتاکتور: برای نصب مستقیم یا استفاده از هیت‌سِل‌های تولیدکننده.
استانداردها و تأییدیه‌ها: CE، IEC، یا استانداردهای ملی و صنعتی.

کاربرد چراغ رله حرارتی

رله بی‌متال یکی از تجهیزات حفاظتی پرکاربرد در مدارهای الکتریکی است که برای حفاظت موتورهای الکتریکی در برابر اضافه‌بار استفاده می‌شود. این تجهیز با استفاده از دو فلز با ضریب انبساط حرارتی متفاوت عمل می‌کند و در صورت عبور جریان بیش از حد مجاز، با گرم شدن و خم شدن این فلزات، مدار فرمان را قطع می‌کند تا از آسیب دیدن سیم‌پیچ موتور جلوگیری شود. رله بی‌متال علاوه بر جلوگیری از سوختن موتور، موجب افزایش عمر مفید تجهیزات، کاهش هزینه‌های تعمیرات و جلوگیری از توقف ناگهانی خط تولید می‌شود.

گام‌ به‌ گام روش انتخاب رله بی‌متال برای یک موتور

خواندن پلاک موتور: مقدار FLA را پیدا کنید. این عدد باید معیار نهایی باشد.
انتخاب رله‌ای با محدودهٔ تنظیم مناسب: رله‌ای انتخاب کنید که FLA موتور داخل بازهٔ تنظیم آن قرار بگیرد.
بررسی کلاس تریپ و نیازهای راه‌اندازی: اگر موتور با DOL راه‌اندازی می‌شود و جریان راه‌اندازی زیاد است، از رله‌ای با کلاس مناسب یا از رله الکترونیکی استفاده کنید.
مد نظر قرار دادن ضریب سرویس و شرایط کاری: اگر موتور دارای Service Factor >1 یا بار نوسانی است، تنظیم را مطابق توصیهٔ تولیدکننده انجام دهید.
تأیید با تولیدکنندهٔ کنتاکتور: بسیاری از کنتاکتورها نیاز دارند که از heater/table‌های خاص برای هماهنگی استفاده شود.
در نظر گرفتن دمای محیط و تصحیح آن: از جداول ضریب دما استفاده نموده و در صورت لزوم رله با رنج بزرگتر انتخاب کنید.
بررسی رنگ‌ها و نوع بازنشانی، کنتاکت کمکی و امکانات اضافی: بر اساس نیاز نصب و اتوماسیون.

نصب و سیم‌بندی (نکات اجرایی و هماهنگی با کنتاکتور)

رله بی‌متال معمولاً بین کنتاکتور و موتور یا به‌طور مستقیم در مدار کنتاکتور نصب می‌شود (یا در برخی پک‌های استارتر به صورت مجتمع).
سیم‌بندی سه فاز: هر فاز باید از داخل المان حرارتی یا هیتر عبور کند تا گرما ایجاد شود؛ توجه کنید ترتیب فازها در بعضی مدل‌ها اهمیت دارد.
کنتاکت کمکی: باید در مدار فرمان کنتاکتور قرار گیرد تا در لحظهٔ تریپ، شنت یا رله فرمان باز شود و کنتاکتور قطع شود.
ارتباط مکانیکی: در مدل‌های ماژولار هماهنگی مکانیکی با کنتاکتور اهمیت دارد تا عملیات قطع فیزیکی صحیح منتقل شود.
فضای نصب و تهویه: تابلو باید تهویهٔ کافی داشته باشد تا دماهای بالا باعث خطای تشخیص نشوند.
جلوگیری از ارتعاش زیاد و شوک مکانیکی: چون مکانیزم‌ها مکانیکی‌اند، ارتعاش یا لرزش ممکن است عملکرد را تحت تأثیر قرار دهد.
نشانه‌گذاری و مستندسازی: شماره‌گذاری فازها، سیم‌بندی و مقدار تنظیم روی رله را در مدارچین ثبت کنید.

بهترین برندهای رله حرارتی — برندهای برتر رله بیمتال

تست و راه‌اندازی رله حرارتی (Commissioning)

پیش از راه‌اندازی نهایی باید چند تست انجام شود:

بازرسی بصری: اطمینان از اتصال محکم سیم‌ها، نبود آسیب مکانیکی و نصب صحیح.
تنظیم رله روی مقدار FLA: با استفاده از پلاک موتور و در نظر گرفتن SF.
تست قطع فرمان: با ایجاد جریان شبیه‌سازی‌شده یا استفاده از مقاومت‌های گذرا (با احتیاط) عملکرد کنتاکت کمکی را بررسی کنید.
آزمایش هماهنگی با کنتاکتور و قطع‌کنندهٔ اصلی: بررسی کنید که تریپ رله منجر به قطع کنتاکتور شود و قطع‌کنندهٔ اصلی نیز هماهنگ باشد.
تست بازنشانی (Manual/Auto): بررسی کنید رله پس از تریپ چگونه باز می‌گردد و آیا نیاز به دخالت دستی است.
ثبت مقادیر و گزارش راه‌اندازی: برای نگهداری آینده مفید است.

نگهداری، سرویس و تست‌ های دوره‌ ای

بازرسی بصری دوره‌ای: ماهانه یا فصلی، بسته به شرایط کاری.
تست عملکرد: حداقل سالی یک‌ بار عملکرد تریپ را بررسی کنید (با توجه به ساعات کار و شرایط محیط ممکن است فرکانس بالاتر لازم باشد).
تمیزکاری: از نفوذ گرد و غبار، روغن یا رطوبت محافظت کنید. در محیط‌های آلوده از اقداماتی مثل فیلتر یا تابلوهای مناسب استفاده کنید.
بررسی تنظیمات و تیک‌آف: چک کنید که تنظیمات آمپر، کلاس و بازنشانی مطابق با نیاز باقی مانده باشند.
تعویض قطعات فرسوده: فنرها و مکانیزم‌های مکانیکی ممکن است در طول زمان نیاز به سرویس یا تعویض داشته باشند.

جمع‌بندی

رله بی‌متال یک ابزار ساده، اقتصادی و قابل‌اطمینان برای حفاظت موتورها در برابر اضافه‌بارهای حرارتی است. شناخت دقیق پارامترها (FLA، بازهٔ تنظیم، کلاس تریپ، شرایط دما و نوع راه‌اندازی) و رعایت نکات نصب و نگهداری، تضمین‌کننده کارکرد صحیح و طولانی‌مدت این تجهیزات است. در سیستم‌های صنعتی مدرن، افزایش استفاده از رله‌های الکترونیکی امکان‌پذیر است، اما رله‌های بی‌متال هنوز در بسیاری از کاربردها به‌دلیل سادگی و هزینهٔ پایین نقش کلیدی دارند.