بیمتال یا رله اضافه‌بار حرارتی (Thermal Overload Relay / TOR) قطعه‌ای الکتریکی است که از دو فلز غیرهمجنس با ضریب انبساط حرارتی متفاوت ساخته شده است. با عبور جریان بیش از حد مجاز، این دو فلز به‌طور نامتقارن خم می‌شوند و کنتاکت مدار فرمان کنتاکتور را قطع می‌کنند تا از آسیب دیدن سیم‌پیچ الکتروموتور جلوگیری شود. اگر تازه با این قطعه آشنا شده‌اید و می‌خواهید بدانید رله بیمتال چیست یا وظیفه بیمتال چیست، بهتر است ابتدا با ساختار و نحوه عملکرد آن آشنا شویم. در ادامه این مقاله از مکث ولتاژ، درباره اساس کار بیمتال، اجزای داخلی، انواع آن و کاربردهایش صحبت می‌کنیم. همچنین به یک اشتباه رایج هم می‌پردازیم: تفاوت رله بیمتال با کابلشو بیمتال؛ دو قطعه‌ای که نام مشابهی دارند، اما کاربردشان کاملاً متفاوت است.
رله بیمتال چیست و بر چه اساسی کار میکند؟
قبل از هر چیز باید بدانیم کار بیمتال چیست: این قطعه یک حسگر حرارتی مکانیکی است که جریان عبوری از مدار موتور را به‌طور غیرمستقیم پایش میکند. وقتی جریان از حد تنظیم‌شده بالاتر برود، دمای داخلی رله افزایش می‌یابد و همین افزایش دما، محرک اصلی قطع مدار فرمان است.
اساس متالورژیکی تیغه‌های دوفلزی (اختلاف ضریب انبساط حرارتی)
قلب رله بیمتال، تیغه‌ای است ساخته‌شده از دو فلز غیرهمجنس (معمولاً ورقه‌های برنج و اینوار یا ترکیب آهن و مس) که به‌صورت لایه‌به‌لایه به هم جوش یا پرس شده‌اند. علت انتخاب این دو فلز، اختلاف چشمگیر در ضریب انبساط حرارتی آنهاست: یکی از لایه‌ها با افزایش دما بسیار سریع‌تر از لایه دیگر منبسط می‌شود. چون این دو لایه به هم متصل‌اند و نمی‌توانند مستقل از هم حرکت کنند، نتیجه این اختلاف انبساط، خم‌شدن کل تیغه به سمت فلز با ضریب انبساط کمتر است. هرچه دما بالاتر برود، شعاع خمش بیشتر می‌شود، تا جایی که تیغه به نقطه مکانیکی تریپ برسد.
نحوه عملکرد رله حرارتی در لحظه وقوع اضافه‌بار موتور
در حالت عادی، جریان نامی موتور از داخل هیتر یا مستقیماً از خود تیغه بیمتال عبور میکند بدون آنکه گرمای تولیدشده به نقطه تریپ برسد. اما به‌محض وقوع اضافه‌بار -مثلاً گیرکردن مکانیکی محور موتور یا افت ولتاژ شدید- جریان عبوری بالا می‌رود، تیغه‌ها گرم‌تر می‌شوند و خمش افزایشی رخ می‌دهد. این خمش یک اهرم مکانیکی داخلی را جابه‌جا میکند که در نهایت کنتاکت‌های کمکی رله را تغییر وضعیت می‌دهد. نکته مهم اینجاست که این فرآیند زمان‌بر است، نه آنی؛ یعنی رله بیمتال یک تاخیر حرارتی ذاتی دارد که دقیقاً همان چیزی است که اضافه‌بارهای کوتاه و بی‌خطر (مثل جریان راه‌اندازی موتور) را از خطاهای واقعی تفکیک میکند.
اصلی‌ترین کار و وظیفه بیمتال در مدار چیست؟
اصلی‌ترین وظیفه بیمتال، حفاظت از الکتروموتور در برابر اضافه‌بار و افزایش بیش از حد جریان است. وقتی موتور برای مدتی با جریان بالاتر از حد مجاز کار کند، بیمتال مدار فرمان کنتاکتور را قطع میکند تا موتور متوقف شود. به این ترتیب، از داغ شدن بیش از حد سیم‌پیچ و آسیب دیدن عایق آن جلوگیری می‌شود. در ادامه، اصلی‌ترین کار و وظیفه بیمتال در مدار را دقیق‌تر بررسی می‌کنیم.
حفاظت حرارتی تدریجی و مهار داغ‌شدن سیم‌پیچ الکتروموتور
وظیفه بیمتال چیست؟ اگر بخواهیم در یک جمله خلاصه کنیم می‌توان گفت: جلوگیری از داغ‌شدن بیش‌ازحد سیم‌پیچ استاتور موتور در برابر اضافه‌بارهای مکانیکی یا الکتریکی تدریجی! برخلاف فیوز یا کلید مینیاتوری که برای قطع سریع اتصال کوتاه طراحی شده‌اند، بیمتال برای خطاهایی طراحی شده که به‌مرور زمان دمای سیم‌پیچ را بالا می‌برند؛ مثل افزایش بار مکانیکی روی محور، کاهش ولتاژ تغذیه، یا از دست رفتن یکی از فازها. منحنی زمان-جریان بیمتال معمولاً با استانداردهایی مثل کلاس قطع بیمتال (Trip Class 10 یا Trip Class 20) مشخص می‌شود که نشان می‌دهد رله در چه بازه زمانی و در چند برابر جریان نامی باید تریپ کند؛ این زمان تاخیر حرارتی طوری تنظیم شده که با منحنی گرمایش واقعی موتور هماهنگ باشد.
نقش کنتاکت‌های کمکی ۹۵-۹۶ و ۹۷-۹۸ در مدار فرمان
نکته‌ای که در پاسخ به «کار بیمتال چیست» باید تاکید شود این است که رله بیمتال هیچ‌گاه به‌طور مستقیم مدار قدرت را قطع نمی‌کند. بیمتال فقط دارای دو جفت کنتاکت کمکی است که در مدار فرمان قرار می‌گیرند: کنتاکت بسته ۹۵-۹۶ (NC) که در مسیر سری بوبین کنتاکتور نصب می‌شود و در لحظه تریپ، مدار بوبین را قطع کرده و کنتاکتور اصلی خاموش می‌شود؛ و کنتاکت باز ۹۷-۹۸ (NO) که معمولاً برای فعال‌سازی چراغ سیگنال خطا یا آلارم صوتی تابلو استفاده می‌شود. به همین دلیل است که نحوه اتصال بی متال به کنتاکتور همیشه شامل دو بخش جداست: بخش مکانیکی که بیمتال را زیر پایه کنتاکتور یا روی پایه مستقل سوار میکند و مدار قدرت (جریان موتور) از عبور از داخل بیمتال می‌گذرد، و بخش الکتریکی فرمان که کنتاکت ۹۵-۹۶ آن به‌صورت سری با بوبین کنتاکتور سیم‌کشی می‌شود.
این تفکیک بین مدار قدرت و مدار فرمان، اصلی‌ترین دلیل فلسفه طراحی بیمتال است. اگر بیمتال قرار بود مستقیماً جریان موتور را قطع کند، باید کنتاکت‌های اصلی آن برای تحمل جریان‌های بالای قدرت طراحی می‌شدند که هم هزینه ساخت را چند برابر می‌کرد و هم استهلاک مکانیکی رله را افزایش می‌داد. با واگذاری وظیفه قطع فیزیکی جریان قدرت به کنتاکتور، بیمتال می‌تواند صرفاً روی دقت حسگری حرارتی متمرکز شود و کنتاکتور نیز به‌عنوان عضو اجرایی، عمر مکانیکی بالاتری داشته باشد. همین تقسیم وظیفه است که پاسخ می‌دهد چرا در اکثر مدارهای فرمان استاندارد، خطای اضافه‌بار موتور همیشه از مسیر بوبین کنتاکتور مدیریت می‌شود، نه از مسیر قدرت.
بررسی اجزا، تنظیمات و کلیدهای روی رله بیمتال
رله بیمتال از بخش‌های مختلفی تشکیل شده که هرکدام نقش مشخصی در عملکرد و تنظیم حفاظت موتور دارند. کلیدها و تنظیمات روی بدنه این رله، امکان تعیین محدوده جریان، انتخاب حالت ریست و کنترل نحوه عملکرد آن را فراهم می‌کنند. آشنایی با این اجزا به شما کمک میکند بیمتال را متناسب با موتور و مدار به‌درستی تنظیم کنید. در ادامه، هرکدام از اجزا، کلیدها و تنظیمات بیمتال را دقیق‌تر بررسی می‌کنیم.
ولوم تنظیم جریان نامی (Current Setting)
روی بدنه هر رله بیمتال یک ولوم مدرج وجود دارد که با آن می‌توان جریان نامی موتور مورد نظر را تنظیم کرد. این تنظیم باید دقیقاً برابر با جریان نامی پلاک موتور یا کمی بالاتر از آن انتخاب شود؛ تنظیم پایین‌تر از جریان واقعی موتور باعث تریپ‌های مکرر و غیرضروری می‌شود و تنظیم بالاتر از آن، حفاظت واقعی موتور را از بین می‌برد.
دکمه ریست دستی و خودکار (Reset H/A) و شستی تست (Test/Stop)
پس از هر بار تریپ، بیمتال باید بازنشانی (ریست) شود تا کنتاکت ۹۵-۹۶ دوباره به حالت بسته برگردد. این کار از طریق پلاتین ریست دستی/اتوماتیک (Hand/Auto Reset) قابل انتخاب است: در حالت دستی (Hand)، اپراتور باید پس از سرد شدن رله، دکمه ریست را فیزیکی فشار دهد؛ در حالت خودکار (Auto)، به‌محض سرد شدن تیغه بیمتال، کنتاکت‌ها بدون دخالت اپراتور به حالت اولیه برمی‌گردند. علاوه بر این، اکثر رله‌های حرارتی یک شستی Test/Stop نیز دارند که برای شبیه‌سازی وضعیت تریپ در حین تست و راه‌اندازی تابلو یا برای توقف دستی موتور بدون قطع منبع تغذیه اصلی کاربرد دارد.
انواع بی متال در صنعت برق و تاسیسات
وقتی صحبت از انواع بی متال می‌شود، باید دو دسته اصلی را از هم تفکیک کرد که هرکدام کاربرد و ساختار مکانیکی خودشان را دارند.
رله‌های بیمتال تابلویی متصل به زیر کنتاکتور
رایج‌ترین نوع، بیمتالهای مکانیکی-حرارتی هستند که مستقیماً زیر بدنه کنتاکتور نصب می‌شوند و از طریق پایه استاندارد به آن قفل می‌شوند. در این حالت، جریان قدرت موتور از داخل کنتاکتور عبور کرده و مستقیماً وارد ترمینال‌های ورودی بیمتال می‌شود، سپس از خروجی آن به سمت موتور می‌رود. این چیدمان ساده‌ترین و پرکاربردترین شکل نحوه اتصال بی متال به کنتاکتور در تابلوهای صنعتی است.
بیمتالهای الکترونیکی (دیجیتال) و تفاوت با مدل‌های حرارتی
در کنار مدل‌های مکانیکی سنتی، رله‌های اضافه‌بار الکترونیکی (Electronic Overload Relay) نیز وجود دارند که به‌جای تیغه دوفلزی، از ترانسفورماتورهای جریان و مدارات پردازشگر برای اندازه‌گیری جریان هر فاز استفاده می‌کنند. این نوع رله‌ها معمولاً دقت تنظیم بالاتر، قابلیت تشخیص عدم تعادل فاز، و در برخی مدل‌ها خروجی ارتباطی (Communication) برای مانیتورینگ از راه دور دارند؛ اما در مقابل، پیچیدگی و هزینه بیشتری نسبت به نمونه‌های حرارتی ساده تحمیل می‌کنند. انتخاب بین این دو نوع معمولاً به توان موتور، اهمیت فرآیند، و بودجه پروژه بستگی دارد.
تفاوت اصلی این دو خانواده را می‌توان در نحوه واکنش به شرایط گذرا هم دید. رله حرارتی مکانیکی چون بر پایه انباشت فیزیکی گرما در تیغه دوفلزی کار میکند، به‌طور طبیعی یک حافظه حرارتی دارد؛ یعنی اگر موتور چند بار پشت سر هم و در فاصله زمانی کوتاه استارت بخورد، گرمای تیغه به‌طور کامل تخلیه نمی‌شود و احتمال تریپ زودتر از موعد افزایش می‌یابد. در رله‌های الکترونیکی، این رفتار حرارتی از طریق الگوریتم شبیه‌سازی می‌شود، بنابراین می‌توان پارامترهای حفاظتی را با دقت بیشتری منطبق با مشخصات دقیق موتور تنظیم کرد. با این حال، در بسیاری از کاربردهای صنعتی متداول که نیازی به این سطح از دقت نیست، همان رله بیمتال حرارتی ساده، انتخابی مقرون‌به‌صرفه و کاملاً قابل اعتماد باقی می‌ماند.
بررسی مفهوم کابلشو بیمتال و کابلشو فول بیمتال (تفاوت قطعه اتصال با رله حرارتی)
توجه: این بخش کاملاً از رله‌های حفاظتی بیمتال جداست. اگرچه نام «بیمتال» در هر دو مفهوم تکرار می‌شود، کابلشو بیمتال هیچ نقش حفاظتی یا الکترونیکی ندارد و صرفاً یک قطعه اتصال فیزیکی کابل است. این تفکیک برای جلوگیری از خطای مفهومی کاربرانی که فقط عبارت «بیمتال» را سرچ می‌کنند، ضروری است.
کابلشو بیمتال چیست و چرا استفاده می‌شود؟ (جلوگیری از خوردگی گالوانیک)
کابلشو بیمتال چیست دقیقاً؟ این قطعه یک سرکابل دوفلزی است که برای اتصال ایمن کابل‌های مسی به شمش‌ها یا ترمینال‌های آلومینیومی (یا برعکس) به کار می‌رود. وقتی دو فلز غیرهمجنس مانند مس و آلومینیوم مستقیماً و بدون واسطه به هم متصل شوند، در حضور رطوبت و هوا، پدیده خوردگی گالوانیک (Galvanic Corrosion) رخ می‌دهد؛ یعنی یکی از فلزات به‌صورت الکتروشیمیایی خورده می‌شود و مقاومت اتصال به‌مرور بالا رفته و باعث گرم‌شدن غیرمجاز محل اتصال می‌شود. کابلشو بیمتال با قرارگیری یک لایه واسط بین دو فلز، این واکنش الکتروشیمیایی را متوقف میکند و طول عمر و ایمنی اتصال را تضمین میکند.
کابلشو فول بیمتال چیست و چه تفاوتی با مدل‌های معمولی دارد؟
کابلشو فول بیمتال چیست و چرا از مدل معمولی متمایز می‌شود؟ در کابلشوهای معمولی دوفلزی، معمولاً فقط بخش کوچکی از سطح تماس دوفلزی است، اما در مدل فول بیمتال (Full Bimetal)، کل بدنه کابلشو -از جمله بخش پرس‌شونده روی کابل- به‌صورت یکپارچه از دو لایه فلزی ساخته می‌شود. این ساختار معمولاً با روش پیوند اصطکاکی (Friction Welding) تولید می‌شود که در آن دو فلز تحت فشار و اصطکاک بالا بدون ذوب‌شدن کامل به هم متصل می‌شوند و پیوندی یکپارچه و بدون حفره ایجاد می‌کنند. کابلشو و سرکابل بیمتال در طبقه‌بندی صنعتی معمولاً با کدهایی مانند DTL-1 (برای کابل تک‌رشته) و DTL-2 (برای دو کابل) شناخته می‌شوند و بسته به سطح مقطع کابل و کاربرد، مدل مناسب انتخاب می‌شود.
تفاوت رله بیمتال با کلید مینیاتوری و کلید حرارتی (MPCB)
یکی از سوالات پرتکرار در حوزه تابلوسازی، تفاوت بیمتال با کلید حرارتی و کلید مینیاتوری (MCB) است. اگرچه هر سه قطعه در حفاظت مدار نقش دارند، مسیر قطع و نوع خطایی که مهار می‌کنند کاملاً متفاوت است:
| پارامتر فنی | رله بیمتال حرارتی (TOR) | کلید حرارتی (MPCB) | کلید مینیاتوری (MCB) |
| نوع عملکرد حفاظتی | صرفاً اضافه‌بار حرارتی | اضافه‌بار حرارتی + اتصال کوتاه مغناطیسی | اضافه‌بار + اتصال کوتاه مغناطیسی |
| مسیر قطع مدار | مدار فرمان کنتاکتور (قطع غیرمستقیم) | مدار قدرت اصلی (قطع مستقیم بار) | مدار قدرت اصلی (قطع مستقیم بار) |
| قابلیت تنظیم آمپر | دارد (توسط ولوم مکانیکی) | دارد (توسط ولوم مکانیکی) | ندارد (آمپراژ ثابت) |
| محل نصب در تابلو | زیر شاخک‌های کنتاکتور یا روی پایه مجزا | مستقیماً روی ریل در ورودی خط موتور | مستقیماً روی ریل مینیاتوری |
| عملکرد در اتصال کوتاه | در برابر اتصال کوتاه آسیب‌پذیر است | مهار کامل اتصال کوتاه با قدرت قطع بالا | مهار اتصال کوتاه تا ۶ کیلوآمپر |
همان‌طور که در جدول مشخص است، مهم‌ترین تفاوت بیمتال با کلید حرارتی در مسیر قطع مدار است: بیمتال فقط مدار فرمان (بوبین کنتاکتور) را قطع میکند و به همین دلیل در برابر اتصال کوتاه به‌تنهایی محافظتی ایجاد نمی‌کند، اما کلید حرارتی (MPCB) به‌صورت مستقیم مدار قدرت را قطع کرده و در برابر اتصال کوتاه نیز دارای قدرت قطع مشخصی است. کلید مینیاتوری هم گرچه در مدار قدرت عمل میکند، اما برخلاف آن دو، آمپراژ ثابتی دارد و قابلیت تنظیم مکانیکی جریان نامی موتور را ندارد.
از منظر کاربرد عملی در تابلوسازی، این تفاوت‌ها به‌طور مستقیم روی نحوه چیدمان مدار موتور اثر می‌گذارند. در چیدمان کلاسیک با کنتاکتور، ترکیب رله بیمتال و کلید مینیاتوری یا فیوز بالادست رایج‌ترین روش است: کلید مینیاتوری یا فیوز مسئول قطع سریع اتصال کوتاه در مدار قدرت است و بیمتال مسئول قطع نرم و تدریجی در مدار فرمان برای خطاهای اضافه‌بار. در مقابل، کلید حرارتی (MPCB) هر دو نوع حفاظت -اضافه‌بار و اتصال کوتاه- را در یک قطعه واحد ترکیب میکند و می‌تواند جایگزین ترکیب فیوز و بیمتال شود، هرچند در ازای آن، امکان تفکیک مستقل هر عملکرد و همچنین قابلیت اتصال کنتاکت‌های کمکی جداگانه برای مدار فرمان را محدودتر میکند.
معرفی برندهای معتبر و راهنمای خرید رله حرارتی
انتخاب برند مناسب برای رله بیمتال، مستقیماً روی دقت تریپ، طول عمر مکانیکی کنتاکت‌ها و سازگاری با سایر تجهیزات تابلو تاثیر می‌گذارد.
ویژگی‌های رله‌های حرارتی استاندارد کره‌ای (مانند هیوندای)
در میان برندهای رایج بازار ایران، رله‌های حرارتی استاندارد کره‌ای از جمله سری HGT هیوندای به دلیل تطابق کامل ابعادی و الکتریکی با کنتاکتورهای سری HGC همین برند، به‌طور گسترده در تابلوهای صنعتی استفاده می‌شوند. دقت بالای تریپ حرارتی این سری، در کنار قابلیت انتخاب حالت ریست دستی یا خودکار و طراحی فشرده برای نصب مستقیم زیر کنتاکتور، از دلایل اصلی محبوبیت آنهاست. اگر قصد تجهیز تابلوی صنعتی خود را دارید، می‌توانید برای خرید بی متال هیوندای مشخصات فنی محصولات و رنج جریان قابل تنظیم هر مدل را بررسی کنید.
اهمیت ماژولار بودن و قطعات جانبی رله حرارتی
یکی از ویژگی‌های عملی رله‌های بیمتال، طراحی ماژولار آنهاست؛ یعنی می‌توان بیمتال را مستقل از کنتاکتور و در محل دیگری از تابلو نصب کرد، به‌شرطی که از قطعات جانبی مناسب استفاده شود.
پایه نصب مستقل بیمتال بر روی ریل دین (DIN-Rail)
در طراحی‌هایی که فضای زیر کنتاکتور محدود است یا نیاز به دسترسی جداگانه به بیمتال وجود دارد، از پایه نصب مستقل بیمتال روی ریل (Separate Mounting Unit) استفاده می‌شود. این پایه به بیمتال اجازه می‌دهد به‌صورت کاملاً مستقل روی ریل دین (DIN-Rail) نصب شود و از طریق سیم‌کشی جداگانه به خروجی کنتاکتور و ورودی موتور متصل گردد. این روش به‌ویژه در تابلوهایی که چیدمان فشرده یا استاندارد خاصی برای دسترسی تعمیراتی دارند کاربرد پیدا میکند. برای تهیه این اقلام می‌توانید صفحه خرید قطعات جانبی بی متال هیوندای را بررسی کنید تا مدل پایه مناسب با سری بیمتال خود را پیدا کنید.
جمع‌بندی
در مجموع، بیمتال یا رله اضافه‌بار حرارتی برای محافظت از الکتروموتور در برابر اضافه‌بار و افزایش دمای ناشی از آن استفاده می‌شود. این قطعه با کمک کنتاکت‌های کمکی ۹۵-۹۶ (NC) و ۹۷-۹۸ (NO)، مدار فرمان کنتاکتور را کنترل میکند و در صورت اضافه‌بار، فرمان توقف موتور را می‌دهد؛ اما برخلاف کلید حرارتی (MPCB) و کلید مینیاتوری (MCB)، وظیفه‌ای برای قطع اتصال کوتاه ندارد.
از طرف دیگر، نباید بیمتال را با کابلشو بیمتال یا کابلشو فول بیمتال (DTL-1/DTL-2) اشتباه گرفت. این کابلشوها برای اتصال کابل‌های مسی و آلومینیومی به کار می‌روند و ارتباطی با حفاظت موتور ندارند. هنگام انتخاب بیمتال هم باید به عواملی مثل رنج جریان قابل تنظیم، نوع ریست و هماهنگی آن با کنتاکتور توجه کرد. با شناخت این موارد، انتخاب رله مناسب برای مدار موتور بسیار ساده‌تر خواهد بود.
اگر برای انتخاب بیمتال، کنتاکتور یا سایر تجهیزات حفاظتی تابلو برق به راهنمایی نیاز دارید، می‌توانید محصولات و مشخصات فنی آن‌ها را در وبسایت مکث ولتاژ بررسی کنید و برای انتخاب گزینه مناسب، از کارشناسان مجموعه مشاوره بگیرید.
سوالات متداول
بیمتال چیست و چگونه کار میکند؟
بیمتال یا رله اضافه بار حرارتی تجهیزی است که از دو فلز غیرهمجنس متصل‌به‌هم تشکیل شده است؛ با عبور جریان اضافی، فلزات به دلیل تفاوت در ضریب انبساط گرمایی خم می‌شوند و کنتاکت مدار فرمان را قطع می‌کنند تا موتور نسوزد.
تفاوت رله بیمتال با کابلشو بیمتال چیست؟
رله بیمتال یک قطعه حفاظتی تابلویی است که مانع از داغ شدن موتور می‌شود؛ در حالی که کابلشو بیمتال یک اتصال‌دهنده فیزیکی مس-آلومینیوم است که از خوردگی الکتروشیمیایی (گالوانیک) بین کابل و شمش تابلو جلوگیری میکند.
کنتاکت‌های ۹۵-۹۶ و ۹۷-۹۸ در بیمتال چه وظیفه‌ای دارند؟
کنتاکت بسته (95-96 NC) در مسیر بوبین کنتاکتور قرار گرفته و در زمان خطا جریان بوبین را قطع میکند؛ کنتاکت باز (97-98 NO) نیز برای روشن کردن چراغ سیگنال خطا یا آلارم تابلو استفاده می‌شود.
آیا بیمتال می‌تواند جلوی اتصال کوتاه را بگیرد؟
خیر؛ بیمتال صرفاً در برابر اضافه‌بارهای جزیی و تدریجی واکنش نشان می‌دهد و برای مهار خطای اتصال کوتاه حتماً باید از فیوز یا کلیدهای بالادست استفاده شود.
