ما هو الحماية من التحميل الزائد وأي جهاز يقوم بتوفيرها فعليًا؟

يصبح سير النقل عالقًا. يسحب المحرك 38 أمبيرًا من الدائرة المصنفة فقط لـ 32 أمبيرًا لمدة 90 ثانية بينما يذهب شخص ما لإصلاحه. كل شيء سليم. قاطع الدائرة وجميع اتصالاته سليمة أيضًا. على الرغم من أن الملف يرفع درجة حرارته بمقدار 40 درجة مئوية أعلى من الحد المحدد على لوحة المحرك، فإن العزل يتضرر ويحترق خلال 3 أسابيع. يجب لوم المهندس الكهربائي. تم شراء محرك جديد. يحدث عطل آخر خلال 3 أشهر.

المسافة بين العبارتين “كان استهلاك الطاقة كبيرًا جدًا” و “عمل حماية الدائرة” هي بالضبط المسافة التي تم تطوير المولدات لتغطيتها. الحالات التي تنطوي على هذه المسافة هي من أكثر الحالات شيوعًا لتركيب وضبط عناصر حماية المحرك بشكل غير صحيح.

وفقًا للإجابة السريعة، حماية الحمل الزائد هي نوع من التوقيت العكسي الذي يحمي المحرك من التيار المطول فوق حد التشغيل المقدر له ولكن أقل من قيمة الدائرة القصيرة. يتم توفير هذا النوع من الحماية بواسطة مرحل الحمل الزائد الحراري، أو مرحل الحمل الزائد الإلكتروني، أو قاطع دائرة حماية المحرك، أو العنصر الحراري الموجود داخل قاطع الحالة المصبوب. يتم تحديد التوقيتات بواسطة IEC 60947-4-1 باستخدام الفئات 10A، 10، 20، و30 ويتم تحديد الحد الأعلى للإعداد بواسطة NEC 430.32. تصنع HUYU بادئات كهرومغناطيسية ExQ7، وقواطع ExC7، وقواطع الحالة المصبوبة ExM3 لتلبية هذه الوظيفة في بدء تشغيل المحرك.

ما تغطيه حماية الحمل الزائد، وما لا تغطيه

هناك ثلاثة أنواع من الأعطال التي غالبًا ما يتم الخلط بينها. الدائرة القصيرة تشير إلى عطل فوري له تيار عطل يقاس بالكيلو أمبير ويستمر لجزء من الثانية فقط. عطل الأرض يحدث عندما يذهب تيار العطل إلى الأرض ويتم التعامل معه بواسطة RCD أو GFCI. الحمل الزائد يقع بين هاتين الفئتين؛ يحدث عندما يكون التيار أعلى قليلاً من الطبيعي لفترة طويلة.

ومع ذلك، الفروق أصغر بكثير مما يعتقد الناس. محرك 32 أمبير يعمل عند 36 أمبير هو محمل زيادة بنسبة 12.5%، وهو مقبول في يوم صيفي حار، ولكن إذا عمل نفس المحرك عند 45 أمبير، ستعاني اللفات من ارتفاع درجة الحرارة. حالة التشغيل عند 200 أمبير تعني أن الحماية المغناطيسية يجب أن تعمل في أقل من 20 مللي ثانية.

بسبب ذلك، يجب أن تعمل حماية الحمل الزائد بشكل أبطأ بشكل ملحوظ. نظرًا لأنها تعتمد على الحرارة وليس فقط التيار، فهذا يعني أنه إذا تعطل الجهاز بعد ثانيتين عند وصول التيار إلى 1.5 مرة من التيار الكامل، فسيتعطل عند كل بدء تشغيل للجهاز. يجب أن تتحمل وقت بدء التشغيل مع التعرف على ارتفاع درجة الحرارة في نفس الوقت.

كيف يحدث الفصل فعليًا

تم تصميم المرحل الحراري بطريقة تحتوي على مكونين معدنيين يمتلكان قدرات تمدد مختلفة. مثلًا، يسمح فعل الانحناء بالوصول إلى عتبة محددة مسبقًا لتشغيل آلية الفتح السريع في حال تجاوز الانحناء مستوى معين.

بالإضافة إلى ذلك، يتم تشغيل ثنائي المعدن الثاني بواسطة درجة حرارة البيئة لتسخين الآخر المسؤول عن تشغيل المحرك. في حالة عدم وجود دوران هواء في الحاوية عند درجة حرارة 50°C، قد ينقطع المرحل بشكل غير مرغوب فيه طوال فصل الصيف أو في أواخر فصل الشتاء.

تستخدم المرحلات الإلكترونية الحديثة المحولات والميكروكنترولرز لتوفير قراءات RMS الحقيقية عن طريق أخذ عينات. كما أنها قادرة على إضافة وظائف مثل الذاكرة الحرارية واكتشاف فقدان الطور بالإضافة إلى فئة الانقطاع القابلة للتعديل، وغالبًا ما تحتوي على مخرج 4–20 مللي أمبير. في جهاز بدء التشغيل المعبأ، يتم تثبيت المرحل مباشرة تحت القاطع ويتم توصيله من خلال نفس كتلة الحماية من الحمل الزائد، وهذا هو كيف تقوم HUYU EXQ7 جهاز بدء التشغيل الكهرومغناطيسي بدمج القاطع مع عنصر الحماية من الحمل الزائد في تجميع واحد بدلاً من عنصرين منفصلين على سكة DIN.

فئة الانقطاع تحدد التوقيت

يتم تعريف رقم الفئة في IEC 60947-4-1 كأقصى وقت انقطاع معبر عنه بالثواني عند عامل 7.2 من تيار الانقطاع من حالة دافئة. ينص نفس المعيار على حد أعلى 1.05 مرة بحيث لا يمكن للمرحل الانقطاع وحد أدنى 1.2 مرة بحيث يجب أن ينقطع المرحل في غضون ساعتين كحد أقصى.

الفئة	وقت الانقطاع عند 7.2 × الإعداد (بارد)	الحد الأقصى للانقطاع عند 1.5 × (دافئ)	الحمل النموذجي
10A	2–10 ثوانٍ	120 ثانية	الضواغط المحكمة، واجب إعادة التشغيل الساخن
10	4–10 ثوانٍ	240 ثانية	المحركات القياسية IEC، المضخات والمراوح المدفوعة بواسطة VFD
20	6–20 ثانية	480 ثانية	محركات تصميم NEMA B، الناقلات المحملة، الضواغط
30	9–30 ثانية	720 ثانية	الكسارات، الطرد المركزي، المطاحن، المراوح عالية العزم

يتم دائمًا تحديد اختيار الفئة بواسطة وقت البدء ولا يعتمد على التفضيل الشخصي. يتم تصنيف المضخة التي تحصل على فئة 10 بشكل صحيح عندما تعمل بسرعة كاملة في ثلاث ثوانٍ فقط. وعلى العكس، فإن مروحة طرد مركزي بقوة 200 كيلوواط تستغرق 25 ثانية للوصول إلى السرعة القصوى ستحتاج إلى فئة 30 حتى لا يتسبب المرحل في الانقطاع عند بدء التشغيل في الظروف العادية، وسيحتاج المشغل إلى تدوير المؤشر لتعطيل نظام الحماية.

يمكن تطبيق هذا المنطق على حالة حماة دوائر المحركات والقواطع ذات الحالة المصبوبة. قد لا تُستخدم هذه الأجهزة بدلاً من بعضها البعض في أجهزة بدء التشغيل. هناك حماة دوائر المحركات التي تعمل بالمبدأ المغناطيسي فقط وتأتي بدون عنصر حراري مدمج، مما يعني أنه لا يمكن تنفيذ الحماية الحرارية. يتم توضيح الفروقات في هذا المقارنة بين حامي دائرة المحرك مقابل قاطع الدائرة, ، وتكون مهمة عند طلب جهاز بدء التشغيل من قائمة المواد المكتوبة بواسطة شخص آخر.

الأجهزة الأربعة التي تقوم بهذا العمل

الجهاز	عنصر الحماية من الحمل الزائد	تصنيف القصر	إعادة التعيين	الأنسب
مرحل التحميل الزائد الحراري	ثنائي المعدن، زمن عكسي	لا شيء، يحتاج إلى دعم	يدوي أو تلقائي	أجهزة بدء التشغيل القياسية، محركات IEC
مرحل الحماية من الحمل الزائد الإلكتروني	CT بالإضافة إلى البرنامج الثابت	لا شيء، يحتاج إلى دعم	يدوي، عن بعد أو تلقائي	الأحمال الحرجة، VFDs، إعادة تعيين عن بعد
قاطع حماية دائرة المحرك	ثنائي المعدن أو هيدروليكي-مغناطيسي	مضمن، عادةً 50–100 كيلو أمبير عند 400 فولت	رافعة يدوية	بادئ مدمج مفرد، عزل محلي
قاطع دارة ذو غلاف مصبوب مع فصل حراري-مغناطيسي	ثنائي المعدن بالإضافة إلى مغناطيسي	مضمن، 25–150 كيلو أمبير	مفتاح تبديل يدوي	المغذيات، المحركات الأكبر، بادئات التوليف

هل ترى ما هو مفقود من الجدول؟ لا يوجد خيار من هذه الخيارات الأربعة أفضل من الآخر. يقوم المرحل الحراري بمراقبة $25 وينفذ وظيفة واحدة ويفعل ذلك بدون إصدار برنامج ثابت. قاطع دائرة حماية المحرك سعره ثلاثة أضعاف المرحل الحراري ويتخلص من مكون الكشف عن الدائرة القصيرة، وكذلك الأسلاك. كل ذلك يؤدي إلى لوحات أصغر وتجميع أبسط لمشروع محرك 500.

كيف تختلف الأجهزة في التطبيق العملي

المرحلات الحرارية غير موثوقة. يتدهور ثنائي المعدن، وقد يتغير المعايرة بنسبة عدة بالمئة خلال فترة عشر سنوات. على سبيل المثال، عندما كان المرحل جديدًا، كان له حد 1.15، ولكن بعد 8 سنوات في بيئة ساخنة داخل الخزانة، من المحتمل أن يتغير إلى 1.30. من الممارسات الشائعة فحص المرحل الحراري مرة واحدة في السنة عن طريق إدخال 1.5 ضعف التيار. يستغرق هذا الفحص حوالي عشر دقائق لكل مرحل باستخدام جهاز اختبار مناسب.

المرحلات الإلكترونية أفضل بكثير في الحفاظ على المعايرة وتقدم ميزات إضافية تحل مشاكل حقيقية. ميزة الذاكرة الحرارية في المرحلات الإلكترونية تمنع دورة إعادة التشغيل والمحاولة التي تضر بالملفات. قدرة الكشف عن فقدان الطور تمكن المرحلات الإلكترونية من التقاط أكثر الأحمال الزائدة ضررًا للمحرك، حيث عند تشغيل طورين، يسحب المحرك حوالي 1.7 إلى 2 ضعف قدرة العشرة أقطاب في الملفات المتبقية بينما الطور الثالث غير نشط، ومرحلة ثلاثية ثنائية المعدن بسيطة ستكون بطيئة جدًا لأن عنصرين فقط يمكن تسخينهما.

أما بالنسبة للمفاتيح الكهربائية، فلا جدوى من تجاوز المرحل إذا لم يصمد المفتاح الكهربائي في المهمة. مفتاح HUYU EXC7 AC مصنف لتحمل محرك AC-3 مع فئة الاستخدام المطبوعة على لوحة الاسم، ومطابقة تلك الفئة لمهمة التبديل الفعلية أمر أهم من مطابقة تصنيف الأمبير، وهو الرقم الذي يقارن معظم المشترين بناءً عليه.

مطابقة الجهاز مع الحمل

أنظمة المراوح والمضخات التي تبدأ بدون حمل هي حالة بسيطة؛ فئة 10، التيار الكامل المسمى مع استخدام تعويض البيئة المحيطة كافية.

الناقلات وضواغط اللولب تعمل بحمل لكنها تبدأ ضد عزم الدوران. فئة 20 تنطبق على محرك NEMA ذو عامل خدمة 1.15. في هذه الحالة، يكون الإعداد عند التيار الكامل المسمى عندما يكون المحرك محملاً خلال وضع التشغيل العادي.

المضخات الغاطسة، ضواغط التبريد المحكمة وجميع الأنظمة المدفوعة بواسطة VFD تبدأ بفئة 10 أو 10A. يحد VFD من تيار البدء، مما يجعل المرحل الحامي من الحمل الزائد يحمي ضد حدث حراري بطيء بدلاً من البدء؛ الفئة الأسرع تمنح حماية أفضل للملفات بدون انقطاعات مزعجة.

الكسارات، المطاحن والمراوح الكبيرة ذات السحب المحفز تحتوي على كمية كبيرة من الكتلة الدوارة، لذا يستغرق التسارع من 20 إلى 60 ثانية. توجد فئة 30 لمثل هذه العمليات. عندما يكون الحمل فعلاً بهذا الثقل، فإن وضع الفشل الذي يجب مراقبته ليس الفصل ولكن القاطع الذي يحتفظ بمحرك متوقف عند تيار القفل الدوار لمدة دقيقة في كل مرة، وتظهر أعراض هذا الإساءة قبل فشل المحرك بفترة طويلة، كما يوضح هذا الدليل أعراض فشل القاطع يصف.

ضبط المقياس: الأرقام التي تهم

يقتصر NEC 430.32 إعدادات الحمل الزائد على 125٪ من التيار الكامل المقنن للمحرك للمحركات التي يكون ارتفاع درجة حرارتها 40 درجة مئوية أو أقل أو معامل الخدمة 1.15 أو أكثر. وإلا، يتم تعيين الحد عند 115٪. وفقًا للجدول 430.32(A)(1)، يمكن استخدام 140٪ و130٪ على التوالي، حيث لن يبدأ المحرك عند الإعداد الأدنى.

اضبط المقياس على التيار الموجود على لوحة المحرك بدلاً من تيار الفصل والسعة الأمبيرية. مرحل 7.5–11 أمبير مضبوط على 10 أمبير لن يفصل عند 10.5 أمبير لكنه سيفصل عند 12 أمبير خلال ساعتين. على سبيل المثال، إذا قاس مقياس المشبك التيار الجاري ليكون 9.6 أمبير، فإن الإعداد جيد ولا يحتاج إلى تعديلات إضافية. إذا كان القراءة 10.8 أمبير، مما يشير إلى مشكلة في الحمل، فإن زيادة قراءة المقياس إلى 12 أمبير ستؤدي إلى مزيد من التعقيدات.

يأتي إعداد درجة حرارة البيئة في المرتبة الثانية. يمكن للمرحل المعوض العمل ضمن نطاق من −20 درجة مئوية إلى +60 درجة مئوية دون تعديل. المرحل غير المعوض المثبت بجانب قاطع 300 أمبير كان سيتم ضبطه منخفضًا بنسبة 10٪ وسيتم إجراء تعديلات تعويضية ببساطة عن طريق تدوير المقياس للأعلى، وهو ليس الطريقة الصحيحة لتصحيح الإعداد.

الأخطاء التي تهزم الحماية

الخطأ المتكرر هو استخدام سخان كبير جدًا. عندما يعمل مرحل مصمم لمحرك يستهلك 40 أمبير مع جهاز يحتاج إلى 32 أمبير، فإنه يعمل عند 80٪ من المستوى الصحيح ولا ينطفئ، مما يعني أنه لا يوفر الحماية حتى يحترق ملف التشغيل.

المشكلة الأخرى هي الأجهزة التي تعيد التعيين ذاتيًا المستخدمة للمعدات البعيدة. بينما استخدام الأجهزة التي تعيد التعيين ذاتيًا على مضخة تتوقف مرة واحدة في الموسم أمر مقبول، فإن تفعيلها كل 90 ثانية مع حزام ناقل عالق يجعل الوضع أسوأ من العطل نفسه.

علاوة على ذلك، غالبًا ما يتجاوز الناس جهات الاتصال 95–96 أثناء التثبيت لأن البادئ يفشل في التثبيت في الموضع ولا يعيد تشغيله بعد ذلك. على الرغم من معايرة المرحل بشكل صحيح، فإنه لا يعمل بشكل صحيح بعد الآن. من المستحسن فحص النظام بين الحين والآخر للتأكد من أن حماية الحمل الزائد غير متصلة بالملف المعطل، واختبار النظام باستخدام مقياس ليس فكرة سيئة أيضًا.

الأسئلة الشائعة

هل حماية الحمل الزائد هي نفسها حماية من الارتفاع المفاجئ؟

لا، ولا يمكن استخدامهما بالتبادل. يحجز واقي الارتفاع المفاجئ للجهد ذروة جهد عابرة تحدث خلال ميكروثوانٍ ولا يتعامل مع التيار على الإطلاق. يعمل حماية الحمل الزائد بعد التعرض لتيار زائد مستمر لثوانٍ أو دقائق. يمكن للوحة أن تحتاج عادةً إلى كلاهما، والطريقة التي يتفاعلان بها في مدخل الخدمة مغطاة في المقارنة بين قاطع الدائرة مقابل واقي الارتفاع المفاجئ.

ما هو أبسط شكل من أشكال حماية الحمل الزائد؟

يتكون مرحل الحمل الزائد الحراري من عنصر ثنائي المعدن متصل على التوالي مع ملف القاطع عبر التلامس 95-96. هناك سلكان للإدخال والإخراج لكل منهما، بالإضافة إلى مقبض ضبط التيار وزر إعادة الضبط اليدوي. لا يتطلب أي مصدر طاقة مساعد أو تكوين، ولهذا السبب يظل الخيار الأول للمشغلات متعددة الأغراض.

ماذا يعني “لا حماية من الحمل الزائد”؟

يشير إلى أن الدائرة محمية فقط من الدوائر القصيرة وأخطاء الأرض. سيبقي قاطع مغناطيسي أو مجموعة من الصمامات المحرك يعمل عند 150% من التيار المقنن له باستمرار لأن 150% بعيد جدًا عن نقطة الفصل المغناطيسية. للأسف، سيفشل المحرك، لكنه سيفشل حراريًا بدلاً من أن يكون بشكل دراماتيكي.

ماذا يفعل واقي الحمل الزائد؟

يراقب التيار الكهربائي، ويُحاكي الحرارة المتولدة في لف المحرك في دائرة المحرك الكهربائية، ويفصل دائرة التحكم عندما تتجاوز الحرارة حد اللف. لا تتضمن عملية الإخراج فصل التلامسات الرئيسية بل فقط إسقاط ملف القاطع، وبالتالي يتم توصيل تلامس الحمل الزائد في دائرة التحكم بدلاً من دائرة الطاقة.

المراجع

الخلاصة

تعتبر حماية الحمل الزائد الحرارية مكونًا ماديًا. يجب أن يكون الجهاز قادرًا على تحمل تيار بدء تشغيل 600% ويجب أن يكون قادرًا على الاستجابة للتحميل الذي يزيد أكثر من 40% فوق الطبيعي خلال ثوانٍ. يشير رقم الفئة إلى مدى تحمل الجهاز بينما يشير مقياس التيار إلى ما يعتبر طبيعيًا ويشير NEC 430.32 إلى الحدود العليا لكليهما.

إذا كانت هذه الثلاثة صحيحة، فإن الجهاز يكاد لا يهم. ومع ذلك، إذا كانت هذه المعلمات الثلاث خاطئة، فلن تحمي أغلى مرحل على الإطلاق، وهو الحدث الذي لا يمكن أن يظهر في المخططات حتى في الحالات التي تكون فيها اللوحة مجهزة بالكامل بتلامسات 95–96 المصنفة والمضبوطة بشكل صحيح.