بی متال (bimetal) و کاربرد آن

در سیستم‌های الکتریکی مثل: ژنراتورها، الکتروموتورها، ترانسفورماتورها، تاسیسات الکتریکی ساختمان و … وجود عیوبی همچون اضافه بار، اتصال کوتاه، ضعف استقامت الکتریکی یا مکانیکی، عایق‌بندی نامناسب و کاهش بیش از حد جریان عبوری اجتناب‌ناپذیر است و به ‌منظور پیشگیری از آسیب و خرابی وسایل و قطع دستگاه‌های معیوب از شبکه اصلی، وسایل حفاظتی مورد استفاده قرار می‌گیرند. وسایل حفاظتی انتخابی بایستی در مواجهه با عیوب سیستم باید ایمنی بالا، عمر طولانی و خرابی کمی داشته باشند.
یکی از تجهیزات برقی که در تابلوهای برق مورد استفاده قرار می‌گیرد و دارای اهمیت ویژه‌ای می‌باشد بی متال (Bimetal) نام دارد. گاهی پیش می‌آید که یک اضافه بار به موتورهای الکتریکی اعمال می‌شود که این اضافه بار توانایی ایجاد خطرات احتمالی مانند از کار افتادن موتور الکتریکی را دارد، به همین دلیل بی‌متال به عنوان یکی از وسایل حفاظتی به منظور حفاظت از موتورها در برابر اضافه بار مورد استفاده قرار می‌گیرد. نحوه قرارگیری بی‌متال در مدارها بصورت سری می‌باشد.

در حالت سه فاز حفاظت موتورها بر عهده بی متال می‌باشد. محل اتصال بی متال‌ها پایین کنتاکتور است. از بی‌متال‌ها می‌توان به آسانی برای حفاظت از موتورهای تک فاز نیز استفاده نمود. برای این منظور باید دو فاز بی‌متال سری گردد و سیم فاز از آن دو کنتاکت سری شده و سیم نول از کنتاکت سوم عبور داده شود. با استفاده از بی‌متال‌ها می‌توان بازه وسیعی از جریان شامل 12/0 تا 800 آمپر را پوشش داد. بی‌متال‌ها توانایی قطع جریان‌های بیم 05/1 تا 10 برابر جریان اسمی موتور را دارند. بیش از 100 مدل بی‌متال با ویژگی‌های خاص تولید شده که هر یک برای برآورده کردن یک نیاز خاص استفاده می‌شود.
از مهمترین و معروف‌ترین شرکت‌های تولید کننده بی متال و زیمنس plc می‌توان به شرکت‌های زیمنس siemens، اشنایدر الکتریک schneider electric، هیوندای hundai اشاره کرد.

نحوه عملکرد بی‌متال

بی متال از دو فلز با جنس‌های متفاوت که به یکدیگر جوش شده‌اند و بصورت یکپارچه درآمده‌اند ساخته شده است. بی‌متال براساس اختلاف ضریب انبساط حرارتی (CTE) این دو فلز عمل می‌نماید. تفاوت ضریب انبساط حرارتی فلزات مورد استفاده در بی‌متال باعث ایجاد ویژگی منحصر بفرد، توانایی خمش در برابر تغییرات درجه حرارت شده است. این ویژگی قابلیت تکرارشوندگی و پیش‌بینی را دارد. با این ویژگی بی‌متال می‌تواند در کلیه کاربردهای حساس به دما که لازم است نسبت به تغییرات دما واکنش دهند مورد استفاده قرار گیرد.

تغییر دمای ایجاد شده ناشی از عبور جریان اضافه بار باعث تولید حرارت زیاد و گرم شدن فلزات می‌شود. گرم شدن بی‌متال به دو صورت اتفاق می‌افتد: 1- مستقیم (با عبور جریان از بی متال) 2- غیرمستقیم (با عبور جریان از سیم مقاومت دار پیچیده شده روی بی‌متال). فلزات پس از گرم شدن افزایش دما تغییر طول داده و طول آن‌ها افزایش می‌یابد. با توجه به اختلاف ضریب انبساطی دو فلز، هر دو فلز با یکدیگر به سمت فلز با ضریب انبساط حرارتی کمتر خم می‌شوند. که این امر بصورت مستقیم یا به وسیله اهرم به کنتاکت اعمال می‌شود و باعث قطع یا وصل شدن مدار می‌گردد. در صورتی که فلزات سرد شوند به حالت اولیه خود باز می‌گردند. میزان خم‌شدگی بی متال به مقدار تغییر دما بستگی دارد.

قسمت‌‌های داخلی بی‌متال

قسمت‌‌های داخلی بی‌متال عبارت است از:

• تیغه‌های ورودی متصل به کنتاکتور
• خروجی متصل به موتور
• پیچ تنظیم جریان
• پیچ تغییر وضعیت (راه‌اندازی مجدد بصورت دستی و اتوماتیک)
• کلید ریست یا بازگشت وضعیت
• کنتاکت‌های باز و بسته مدار فرمان

مزایای بی‌متال

مزایای بی‌متال عبارت است از:

1. مقرون به صرفه
2. قابلیت نصب آسان
3. قابل اعتماد

کاربرد بی‌متال

کاربرد بی‌متال شامل:

1. محافظت از موتورهای الکتریکی در برابر اضافه بار
2. تنظیم درجه حرارت آب گرم برای آب درمانی
3. تنظیم وکنترل درجه حرارت کلیه لوازم الکتریکی تولید کننده گرما
4. محافظت در بیمارستان‌ها و دوش‌های خانگی به منظور جلوگیری از سوختگی
5. حفاظت از مدارهای خانگی، اداری و برق کارخانه‌ها
6. قطع و وصل کردن فن خودروها
7. محافظت از مدارهای الکتریکی هواپیما
8. جلوگیری از آسیب رسیدن به لامپ‌های فلورسنت به دلیل گرم شدن بیش از حد
9. تنظیم دمای داخلی خانه، اداره و …

بی‌متال و تجهیزات الکتریکی

بی‌متال و تجهیزات الکتریکی شامل موارد زیر است:

بی‌متال و کلید حرارتی

کلید حرارتی می‌تواند از موتور در برابر اضافه بار و اتصال کوتاه حفاظت نماید. اما بی‌متال به کنتاکتور وصل بوده و تنها می‌تواند از موتور در برابر اضافه بار محافظت کند. حرارت بالای ناشی از عبور جریان اتصال کوتاه از بی‌متال باعث از بین رفتن تیغه‌های بی متال می‌گردد به منظور جلوگیری از این مشکل می‌توان در مدار از کلید بریکر استفاده نمود.

بی‌متال و فیوز فشنگی

در زیر برخی از مزیت‌ها و عیب‌های بی متال نسبت به فیوز فشنگی ذکر شده است:

• اگر یکی از فازها دچار اختلال شود باعث قطع شدن دو فاز دیگر می‌شود.
• اگر اضافه جریان عبوری، 10 برابر جریان نامی بی‌متال باشد بی متال بعد از گذشت 2 ثانیه باعث قطع شدن مدار قدرت و فرمان می‌شود.
• در صورت عبور دائمی جریانی معادل 10 درصد اضافه بار از بی متال، قطع شدن مدار بعد از 2 ساعت و بصورت اتوماتیک رخ می‌دهد.
• با افزایش جریان، حساسیت بی متال نیز بالا می‌رود.

عیب آن‌ها تاثیر درجه حرارت بر روی عملکرد بی‌متال می‌باشد.

نحوه انتخاب بی‌متال

برای انتخاب بی‌متال بایستی جریان نامی وسیله الکتریکی مشخص باشد و بر مبنای آن بی متال مناسب انتخاب گردد. شرکت‌های تولید کننده بی‌متال آن‌ها را برای محدوده جریان‌های متفاوتی می‌سازند تا مصرف کننده پس از خرید با توجه به جریان مورد نیاز، جریان بی متال را تنظیم نماید.

ویژگی‌های یک بی‌متال استاندارد

• فعال بودن مدار در صورت عبور جریانی برابر با جریان اسمی مدار.
• قطع کردن مدار پس از 2 ساعت در صورت افزایش جریان عبوری به میزان 5 درصد بیش ازجریان تنظیم شده.
• قطع کردن مدار در زمان کمتر از 2 ساعت در صورت افزایش جریان عبوری به میزان 20 درصد بیش از جریان تنظیم شده.
• قطع کردن مدار در مدت زمان کمتر از 2 دقیقه درصورت افزایش 5/1 برابری جریان تنظیم شده.

تست بی‌متال

برای تست کردن بی‌متال از سه حالت زیر استفاده می‌شود و زمان‌های عملکرد حاصل شده با مقادیر موجود در نمودار بی‌متال مورد مقایسه قرار می‌گیرد.

• حالت سرد (Cold): زمان عملکرد بی‌متال در صورت تزریق دو برابری جریان نامی ثبت می‌شود.
• حالت گرم (Hot): دلیل نامگذاری این تست، به دلیل عمل کردن رله و انجام این تست پس از حالت سرد می‌باشد. زمان عملکرد در صورت تزریق 6 برابری جریان نامی ثبت می‌گردد.
• حالت دوفاز: ثبت زمان عملکرد در صورت قطع کردن یک فاز و بستن مدار با دوفاز.