جستجو کنید...
هشتگهای محبوب:
رله کنترل بار یکی از تجهیزات حفاظتی برای کنترل جریان مصرفکنندههای الکتریکی، بهویژه موتورهای الکتریکی است. این رله، جریان عبوری از موتور را زیر نظر میگیرد و اگر مقدار آن از حد تنظیم شده بیشتر شود، مدار را قطع میکند. در نتیجه، از ادامه کار موتور در شرایط اضافهبار و آسیب دیدن آن جلوگیری میشود. استفاده از کنترل بار در کنار تنظیم دقیق پارامترها، نقش مهمی در ارتقای ایمنی و پایداری سیستم دارد. به همین دلیل، در این مقاله با معایب و مزایا و کاربرد رله کنترل بار، نحوه حفاظت از موتور و تفاوت آن با بیمتال و کنترل فاز آشنا میشوید. همچنین نقشه سیم بندی کنترل بار در مدارهای مختلف نیز در ادامه این مقاله نوشته شده است.
کنترل بار دستگاهی است که وظیفه اصلی آن محافظت از الکتروموتورها و تجهیزات تابلو برق دربرابر جریانهای اضافه بار است. زمانی که میزان جریان عبوری از حد مجاز بالاتر برود، سیستم بلافاصله جریان الکتریکی مدار را قطع میکند تا از آسیبدیدن مصرفکنندهها جلوگیری شود.
در خروجی کنترل بار یک رله فرمان قرار دارد؛ به همین دلیل به آن رله کنترل بار میگویند. البته در ادبیات فنی و بازار لوازم برقی، کنترل بار با نامهای دیگری مانند رله اضافهبار یا رله مانیتورینگ جریان نیز شناخته میشود.
رلههای الکترونیکی اضافهبار یا همان EOL، نسل جدیدی از این نوع محصولات هستند که بهعنوان رقیب اصلی رلههای حرارتی سنتی (TOL) در تابلوها نصب میشوند. ساختار الکترونیکی کنترل بار باعث کاهش استهلاک مکانیکی، افزایش طول عمر و عملکرد دقیق بدون وابستگی به دمای محیط شده است.
به طور کلی، دستگاههای کنترل بار در انواع تکفاز و سهفاز تولید میشوند و در مدارهای مختلف کاربرد دارند. نحوه قرارگیری کنترل بار در مدار بهصورت غیرمستقیم است و اندازهگیری جریان از طریق ترانسهای جریان (CT) انجام میشود. به همین دلیل، کنترل بار معمولاً برای شبکههای متناوب کاربرد دارد و برای موتورهای DC استفاده نمیشود. این دستگاه با کمک کنتاکتهای داخلی خود، پس از مشاهده خطای جریان، فرمان قطع (تریپ) را به کنتاکتور یا کلید اصلی میفرستد تا جریان برق قطع شود.
رلههای کنترل بار الکترونیکی از چند قطعه اصلی زیر تشکیل شدهاند:


جدولهای زیر طبق عکس نوشته شدهاند.
| a | محل عبور کابلها | سوراخهای روی بدنه که محل عبور کابلهای قدرت موتور است. جریان بدون نیاز به قطع یا لخت کردن کابل و از طریق میدان مغناطیسی بررسی میشود. |
| b | ورودی تغذیه تجهیز | محل اتصال سیمهای فاز و نول اصلی است و برق مورد نیاز خودِ برد الکترونیکی کنترل بار را تأمین میکنند. |
| c | نمایشگر LED حالت عادی (NO) | معمولاً به رنگ سبز است و در زمان اتصال درست برق و کارکرد بینقص مدار (وصل بودن رله خروجی) روشن میشود. |
| d | نمایشگر LED خطای جریان | معمولاً به رنگ قرمزاست و زمانی که جریان موتور از حد مجاز بالاتر برود یا دستگاه فرمان قطع صادر کند، روشن میشود تا کاربر متوجه بروز مشکل شود. |
| e | محدوده جریان کاری تجهیز | یک برچسب روی بدنه است که رنج جریانی دستگاه (مثلاً ۱۰ تا ۱۰۰ آمپر) را نشان میدهد تا تکنسین بداند کنترل بار برای چه رنجی طراحی شده است. |
| f | پیچ تنظیم جریان | یک ولوم برای تعیین حد مجاز جریان موتوراست. کاربر با توجه به جریان نامی پلاک موتور، این پیچ را روی مقدار دلخواه تنظیم میکند. |
| g | پیچ تنظیم زمان | یک ولوم برای تنظیم زمان تأخیر در قطع (از چند دهم تا چند ثانیه) است. این زمان باعث میشود موتور در لحظه استارت و کشیدن جریان هجومی، بیدلیل خاموش نشود. |
| h | کنتاکتهای خروجی | پلاتینهای (NO و NC) به مدار فرمان تابلو متصل هستند. تیغه بسته (NC) در مسیر بوبین کنتاکتور قرار دارد تا به محض خطای جریان، برق موتور را قطع کند. |
| نشانگر سبز | دائم روشن | بیانگر برقراری ولتاژ تغذیه و سلامت جریان عبوری در محدوده نامی است. |
| نشانگر قرمز | چشمکزن یا دائم | هنگام اضافهبار چشمک میزند و پس از قطع نهایی جریان، ثابت میماند. |
| ولوم تنظیم جریان | متغیر بر اساس رنج دستگاه | تعیینکننده سقف مجاز آمپر موتور جهت جلوگیری از آسیب به سیمپیچ است. |
| ولوم زمان تأخیر | بازه زمانی (مثلاً ۰.۵ تا ۳۰ ثانیه) | از خطای کاذب کنترل بار در لحظه استارت اولیه الکتروموتور جلوگیری میکند. |
عملکرد این دستگاه براساس ارزیابی مداوم جریان الکتریکی است یعنی جریان هر سه فاز را بهطور لحظهای اندازهگیری و با مقدار تنظیمشده مقایسه میکند. عملکرد کنترل بار بهصورت زیر است:
به طور کلی درصورت بروز هرگونه شرایط اضطراری، بار توسط کنترل بار قطع میشود. شرایط اضطراری شامل موارد زیر هستند:
رلههای کنترل بار در مدلهای متنوعی طراحی و تولید میشوند. هر کدام از این رلهها بر اساس سطح حساسیت مدار، تکنولوژی ساخت و نوع خطاهایی که پوشش میدهند، در بخش خاصی از صنعت مورداستفاده قرار میگیرند. رایجترین و کاربردیترین انواع کنترل بار عبارتند از:

رله کنترل بار آنالوگ ساده برای ارزیابی پایه و ابتدایی جریان در موتورهای الکتریکی کاربرد دارد. در این نوع رلهها، تنظیمات جریان و زمان تاخیر در قطع از طریق پتانسیومترهای چرخشی (کلید سلکتوری) انجام میشودد. عملکرد رله آنالوگ ساده بر پایه زمان ثابت است. یعنی درصورت عبور جریان از حد مجاز، پس از سپریشدن مدتزمان تنظیمشده، فرمان قطع مدار را صادر میکند. این رلهها به دلیل هزینه اقتصادی و ساختار ساده، در سیستمهایی با حساسیت متوسط مانند الکتروپمپهای سبک و بالابرهای کارگاهی مورد استفاده قرار میگیرند.
رله کنترل بار آنالوگ پیشرفته برای حفاظت دقیقتر از الکتروموتورها در برابر خطاهای چندگانه طراحی و ساخته شده است. این رلهها علاوهبر اضافهبار، خطاهایی مثل عدم تعادل فاز، قطع فاز و قفل شدن روتور را نیز بهسرعت تشخیص میدهند. ویژگی مهم این مدل، عملکرد بر اساس منحنی زمانمعکوس است؛ یعنی هرچه شدت اضافهبار بیشتر باشد، مدار با سرعت بالاتری قطع میشود. این نوع رلهها معمولا جایگزین بسیار مناسبی برای بیمتال در تابلوهای توزیع و راهاندازی موتورهای صنعتی هستند.
رله کنترل بار الکترونیکی برای نظارت پیشرفته بر مدارهای صنعتی سنگین کاربرد دارد. این رلهها پایداری بالایی در برابر نویزهای محیطی دارند و مجهز به ولومهای تنظیمی مجزا برای جریان نامی، زمان راهاندازی اولیه و زمان تاخیر نهایی هستند. وجود تنظیمات زمان استارت مانع از تریپ ناخواسته رله در اثر جریان هجومی لحظه روشنشدن موتور میشود. از رلههای الکترونیکی پیشرفته در خطوط تولید پیوسته، کمپرسورها، فنهای بزرگ صنعتی و نوارهای نقاله سنگین استفاده میشود.
رله کنترل بار دیجیتال مجهز به نمایشگرهای دیجیتالی (LED یا LCD) و پردازندههای دقیق میکروکنترلری است. این رلهها امکان مشاهده آنلاین و لحظهای مقدار جریان عبوری از هر فاز را برای کاربر فراهم میکنند و خطای خطکشی سلکتورهای آنالوگ را ندارند. درصورت بروز اضافه بار، رله نوع خطا و مقدار دقیق آمپر را ثبت کرده و فرمان قطع را با بیشترین سرعت و دقت صادر میکند. این رلهها در تابلوهای برق مدرن و تاسیساتی که ثبت و قرائت دقیق پارامترهای موتور ضروری است، مورداستفاده قرار میگیرند.
رله اضافه بار هوشمند کاملترین سطح حفاظت و مانیتورینگ موتور را ارائه میدهد. این رلهها علاوهبر تشخیص خطاهای جریانی، حرارت سیمپیچها را نیز از طریق اتصال به سنسورهای حرارتی (PTC) بررسی میکنند و دارای درگاههای ارتباطی استاندارد مانند شبکه مدباس (Modbus) هستند. این قابلیت به رله اجازه میدهد تا تمام دادههای موتور را مستقیم به سیستمهای مانیتورینگ یا PLC انتقال دهد. رلههای اضافه بار پیشرفته معمولا در صنایع حساسی مثل نفت، گاز و پتروشیمی، خطوط مونتاژ اتوماتیک و مراکز حساس داده استفاده میشوند.
رلههای کنترل بار در صنایع و برای مصارف مختلفی کاربرد دارند تا از بروز خسارت ناشی از اضافه جریان و مشکلات بار جلوگیری کنند. رایجترین کاربردهای نصب کنترل بار عبارتانداز:
اغلب فکر میکنند که فیوزها و کلید مینیاتوری از موتور در برابر هر خطری محافظت میکنند، اما این کلیدها فقط برای رفع خطای اتصال کوتاه طراحی شدهاند و اضافهبارهای تدریجی را تشخیص نمیدهند. نبود کنترل بار در تابلو برق پیامدهای ناگوار زیر را به همراه دارد:
رنج کنترل بار به محدوده جریانی گفته میشود که رله قادر به اندازهگیری و کنترل آن است. با تنظیم جریان مجاز روی رله، مشخص میکنند که اگر جریان مدار از حد تعیینشده بیشتر یا کمتر شد، رله فرمان قطع صادر کند. به همین دلیل، هنگام انتخاب کنترل بار باید رنج دستگاه با جریان کاری موتور یا مصرفکننده متناسب باشد؛ در غیر این صورت، رله یا بهدرستی از مدار محافظت نمیکند یا بیمورد آن را قطع میکند.

ملاک اصلی برای انتخاب رنج کنترل بار، جریان نامی موتور است؛ یعنی همان عددی که روی پلاک موتور به عنوان جریان مصرفی عادی درج شده است. کنترل بارها در بازار معمولاً در دو دسته کلی عرضه میشوند:
این نوع دستگاهها برای جریانهای پایینتر مانند رنجهای ۰.۵ تا ۱۵ آمپر یا ۱ تا ۶۰ آمپر طراحی شدهاند. در این حالت، سیم فاز اصلی موتور به صورت مستقیم از داخل سوراخ (چشمی) کنترل بار عبور داده میشود تا دستگاه میدان مغناطیسیِ پیرامون سیم را اندازه بگیرد.
هنگامی که جریان مصرفی موتور بالاتر از حدِ مشخصشده باشد (مثلاً بیش از ۶۰ آمپر)، سیمِ برق بسیار قطور میشود و دیگر از حفره کنترل بار عبور نمیکند. در چنین شرایطی، یک ترانس جریان (CT) با نسبت تبدیل مناسب در تابلو برق نصب میشود. ترانس جریان، جریانِ سنگینِ مدار را به مقادیر استاندارد و ایمن معمولاً زیر ۵ یا ۱۰ آمپر تبدیل میکند و نمونه این جریان ضعیف به یک کنترل بار با رنج پایین مانند مدلهای ۰.۵ تا ۱۵ آمپر وصل میشود.
نکته مهم در تنظیم حد پایین و بالای جریان:
رنج انتخابی باید بهگونهای باشد که علاوه بر ارزیابی دقیق اضافهبار، امکان تنظیم حد پایین جریان برای محافظت در برابر کمباری یا خشککار کردن پمپها را نیز داشته باشد. پس از انتخاب مدل مناسب، مقدار جریان نامی درجشده روی پلاک موتور با استفاده از ولومهای تنظیم روی بدنه دستگاه کالیبره میشود تا رله در آستانه دقیقِ بحرانی عمل کند.
| رنج جریان کنترل بار | نوع اندازهگیری | کاربرد مناسب | نکته مهم در انتخاب |
| ۰.۵ تا ۱۵ آمپر | مستقیم (بدون CT) | موتورهای کوچک، پمپهای کممصرف و تجهیزات با جریان پایین | مناسب برای کنترل دقیق جریانهای پایین، متناسب با مشخصات دستگاه |
| ۱ تا ۶۰ آمپر | مستقیم (بدون CT) | الکتروموتورهای صنعتی، پمپها و تجهیزات با جریان متوسط | جریان نامی موتور باید در محدوده قابل تنظیم رله باشد. |
| بالاتر از ۶۰ آمپر | غیرمستقیم (با CT) | موتورهای پرقدرت، پمپهای صنعتی بزرگ و تجهیزات با جریان بالا | استفاده از ترانس جریان با نسبت تبدیل مناسب و رله سازگار با خروجی CT ضروری است. |
نکات مهم در انتخاب رنج کنترل بار:
توجه: رنجهای جدول نمونههایی از محدودههای رایج هستند و لزوماً در تمام برندها یکسان نیستند. همچنین استفاده از CT صرفاً به عبور نکردن سیم از چشمی دستگاه وابسته نیست؛ نوع ورودی و روش اندازهگیری رله نیز تعیینکننده است.
کنترل بار و بیمتال هر دو از موتورها در برابر اضافهبار محافظت میکنند، اما از نظر ساختاری تفاوتهای مهمی با یکدیگر دارند:
| معیار مقایسه | رله کنترل بار | رله حرارتی (بیمتال) |
| نحوه عملکرد | الکترونیکی (بررسی جریان از طریق نمونهبرداری مغناطیسی) | الکترومکانیکی و حرارتی (بر پایه انبساط حرارتی تیغههای دو فلز) |
| نوع اتصال به مدار | غیرمستقیم (عبور کابل فاز از داخل حلقههای سنجش دستگاه) | مستقیم (عبور دائم جریان اصلی مدار از داخل ترمینالها و تیغههای رله) |
| حساسیت به دمای محیط | بیتفاوت به گرمای محیط و تابلو برق | حساس به گرمای هوا (در هوای گرم زودتر قطع میکند) |
| تلفات حرارتی | بدون تلفات انرژی و فاقد افت ولتاژ یا تولید گرمای مزاحم | دارای تلفات حرارتی ناشی از مقاومت الکتریکی تیغههای داخلی |
| حفاظتهای جانبی | تشخیص اضافهبار، کمباری، قطع فاز و نامتعادلی فازها | فقط تشخیص اضافهبار جریان |
| تنظیم دقیق زمان تاخیر | دارد (ولومهای ثانیهای دقیق) | ندارد |
کنترل بار با مدار الکترونیکی و از طریق سنسورهای جریانی کار میکند. اما بیمتال یک قطعه مکانیکی است که برقِ مدار از داخل تیغههای آن عبور میکند. سپس تیغهها داغ و خم میشوند و فرمان قطع میدهند.
در کنترل بار نیازی به بریدن کابل اصلی نیست. بلکه سیمها از سوراخ دستگاه رد میشوند و رله فقط از طریق مدار فرمان عمل میکند. اما برای بستن بیمتال باید کابلهای اصلی قدرت را مستقیم زیر ترمینالهای آن پیچ کنید.
کنترل بار هیچ کاری به گرمای محیط ندارد و فقط آمپر واقعی را ملاک قرار میدهد. اما یکی از ضعفهای بیمتال، تاثیرپذیری از گرمای هوای داخل تابلو است. در صورتی که هوا خیلی گرم شود، بیمتال به اشتباه فکر میکند که موتور داغ شده است و مدار را قطع میکند.
شناخت تفاوت دستگاه کنترل فاز و کنترل بار یک موضوع بسیار مهم در طراحی و حفاظت تابلوهای برق صنعتی است. هر دو قطعه وظیفه حفاظت از تجهیزات را بر عهده دارند، اما از نظر پارامترهای مختلف مانند مقدار جریان در حال بررسی ، روش کار و هدف با هم تفاوت دارند.
| ویژگیها و پارامترها | رله کنترل بار (Load Control) | رله کنترل فاز (Phase Control) |
| تعریف دستگاه | ابزار مخصوص نظارت بر جریان و حفاظت موتور در برابر اضافهبار | ابزار نظارت بر ولتاژ، توالی و تقارن فازهای شبکه |
| کمیت مرجع | جریان عبوری (آمپر مصرفی) | ولتاژ شبکه (فاز به فاز و فاز به نول) |
| هدف | حفاظت از موتور در برابر اضافهبار، گیرپاژ و بیباری | حفاظت از تجهیزات در برابر نوسانات، افت و جابجایی فاز |
| روش کار دستگاه | اندازهگیری جریان به کمک سنسور یا CT و مقایسه با حد تنظیم شده | بررسی مداوم ولتاژ و صدور فرمان قطع در صورت بروز خطای فاز |
| کاربرد | حفاظت اختصاصی الکتروموتورها و پمپها در برابر بار اضافی | حفاظت کلی از سیستمهای سه فاز در ورودی تابلو برق |
| مزایا | دقت بالا در تنظیم جریان، عدم وابستگی به گرمای محیط تابلو | جلوگیری از سوختن تجهیزات سه فاز ناشی از خطاهای شبکه |
| معایب | عدم نظارت مستقیم بر ولتاژ و توالی فازهای ورودی | عدم تشخیص اضافهبار ناشی از مکانیک دستگاه (آمپر کشیدن موتور) |
روش کار کنترل بار مبتنی بر اندازهگیری جریان الکتریکی (آمپر) مصرفکننده است. در واقع این قطعه از طریق ترانس جریان (CT) یا عبور سیم از داخل سوراخ خود، میزان جریان عبوری را زیر نظر دارد. ولی دستگاه کنترل فاز مستقیم با ولتاژ شبکه سروکار دارد و پارامترهایی مانند افت ولتاژ، تقارن فازها، جابجایی فاز و قطع یکی از فازها را بررسی میکند.
کاربرد اصلی دستگاه کنترل بار، حفاظت اختصاصی موتورها در برابر اضافهبار، کاهش بار ناگهانی (بیباری) و گیرپاژ شفت است. ولی از دستگاه کنترل فاز برای حفاظت کلی از تجهیزات سه فازبهویژه الکتروموتورها در برابر نوسانات و خطاهای شبکه برق استفاده میشود.
کنترل بار با هدف جلوگیری از سوختن موتور زیر بار سنگین، صرفهجویی در انرژی و حفظ پایداری سیستم در برابر خطای جریان نصب میشود. اما هدف دستگاه کنترل فاز جلوگیری از آسیب دیدن تجهیزات ناشی از دو فاز شدن، جابجایی فازها یا افت ولتاژ شدید است.
نترل بار بر اساس جریان کار میکند و آمپر مصرفی موتور را زیر نظر دارد تا هنگام افزایش یا افت غیرمجاز، فرمان قطع صادر کند. در مقابل، کنترل فاز با ولتاژ شبکه سر و کار دارد و به محض بروز نوسان، جابجایی یا افت ولتاژ، مدار را متوقف میکند.
نحوه اتصال و سیمبندی رله کنترل بار به نوع بار مصرفی، نحوه اتصال سیمپیچها (ستاره یا مثلث) و نوع خطاهای تحت پوشش بستگی دارد. در تمام این نقشهها، کار اصلی بر عهده ترانسهای جریان (CT) است تا جریان کابلها را اندازه بگیرند و نمونه آن را به رله منتقل کنند. در ادامه، مدلهای مختلف سیمبندی را بررسی میکنیم:
در این مدار، از سه عدد ترانس جریان (CT) بر روی فازهای ورودی A و B و C استفاده میشود.

اگر بار مصرفی مانند ترانسفورماتور یا موتور الکتریکی دارای سیمپیچ ستاره باشد، سیمکشی به صورت زیر است:

در مدارهای مثلث، کنترل بار را به شرح زیر نصب میکنند:

در این مدل سیمبندی، نقطه صفر (خنثی) ستاره مستقیماً به زمین متصل میشود و ماجرا با دو روش پیش میرود:

تنظیم درست و عیبیابی اصولی کنترل بار، مهمترین قدم برای نسوختن الکتروموتور و جلوگیری از هزینههای سرسامآور تعمیرات است. از آنجایی که ساختار مدلهای آنالوگ و دیجیتال با یکدیگر تفاوت دارد، شیوه تنظیم و رفع خطای هر کدام به صورت جداگانه بررسی میشود.
نمونههای آنالوگ با چند پیچ تنظیم روی بدنه کار میکنند و مقدار جریان و زمان تأخیر با چرخاندن همین پیچها تعیین میشود.
مدلهای دیجیتال به دلیل داشتن صفحه نمایشگر و دکمههای فشاری، خطای دید و حدس و گمان را در تنظیمات حذف کردهاند.