کلید حرارتی چیست؟ MPCB | بررسی کامل عملکرد، انواع، مزایا و نحوه انتخاب

در محیط‌های صنعتی، موتورها و تجهیزات برقی، نقش بسیار مهمی در تولید، تهویه، جابجایی و فرآیندهای کارخانه‌ها دارند. عملکرد پیوسته و بدون اشکال این موتورها از اهمیت حیاتی برخوردار است و هرگونه خطا یا خرابی می‌تواند خسارات سنگینی به همراه داشته باشد. هم از نظر مالی و هم از نظر توقف فرایند. به همین دلیل، سیستم‌های حفاظتی برق به منظور محافظت از موتورهای الکتریکی در برابر شرایط غیرعادی طراحی می‌شوند. یکی از اجزاء کلیدی این سیستم‌های حفاظتی، کلید حرارتی است.
این تجهیز، با توانایی تشخیص جریان‌های غیرمجاز، افزایش دما، اتصال کوتاه و عدم تعادل فاز، نقش حیاتی در افزایش ایمنی، طول عمر و بهره‌وری تجهیزات صنعتی دارد. انتخاب صحیح، نصب و تنظیم مناسب این نوع کلید می‌تواند از توقف ناخواسته موتور و خرابی سخت‌افزار جلوگیری کند. بنابراین بررسی دقیق و تخصصی کلید حرارتی، نحوه کارکرد آن، مقایسه با دیگر تجهیزات حفاظتی، انواع کلید حرارتی، برندها، روش انتخاب و خرید، برای هر مهندس برق یا تکنسین صنعتی الزامی است.

کلید حرارتی چیست؟ تعریف دقیق و کاربرد آن

کلید حرارتی دستگاهی است که برای محافظت از موتورهای الکتریکی و تجهیزات مرتبط در برابر اضافه‌بار (Overload)، اتصال کوتاه (Short-circuit) و سایر شرایط غیرعادی جریان طراحی شده است. از آنجا که موتورهای الکتریکی در زمان راه‌اندازی، بار زیاد، تغییرات فاز یا شرایط نامطلوب ممکن است جریان بیش از اندازه بکشند یا دمای سیم‌پیچ آنها افزایش یابد، کلید حرارتی به منظور قطع مدار در چنین شرایطی به کار می‌آید.

در واقع، کلید حرارتی ترکیبی از عملکرد یک کنتاکتور، یک رله اضافه‌بار و یک کلید مدارشکن حفاظتی است که در یک بسته واحد یا ماژول قرار گرفته است. بسیاری از منابع انگلیسی این نوع دستگاه را با نام Motor Protection Circuit Breaker (MPCB) می‌شناسند.

مشاهده انواع کلید حرارتی اشنایدر در سایت آرتا صنعت، مرجع تخصصی محصولات برند اشنایدر در لاله زار تهران

کاربردهای اصلی کلید حرارتی شامل:

• محافظت از موتورهای سه‌فاز در تابلوهای برق صنعتی
• قطع خودکار موتور در شرایط اضافه‌بار یا اتصال کوتاه
• جلوگیری از آسیب به سیم‌پیچ موتور، بلبرینگ‌ها، شفت و سایر قطعات مکانیکی بر اثر جریان شدید یا گرمای زیاد
• افزایش ایمنی کاربران، کاهش هزینه تعمیر و نگهداری، افزایش زمان سرویس

با توجه به کاربردهای فوق، استفاده از کلید حرارتی در خطوط تولید، سیستم‌های تهویه، پمپ‌ها، کمپرسورها، نوار نقاله‌ها و سایر موتورها الزامی است.

در این فایل صوتی، اطلاعات جامع و دقیقی درباره عملکرد و کاربرد کلید حرارتی ارائه شده است. پیشنهاد می‌کنیم برای آشنایی بهتر با نحوه عملکرد این تجهیز حفاظتی، حتماً به این ویس گوش دهید.

تفاوت کلید حرارتی با کلید مینیاتوری و فیوزها

برای درک بهتر جایگاه کلید حرارتی، لازم است آن را با دو تجهیز حفاظتی رایج یعنی کلید مینیاتوری و فیوز مقایسه کنیم:

در نتیجه، اگرچه کلید مینیاتوری و فیوز برای سیستم‌های برق عمومی کاربرد دارند، اما برای حفاظت دقیق موتورهای صنعتی، انتخاب کلید حرارتی مطلوب‌تر است. از آن جمله برای موتورهایی که بار زیاد یا راه‌اندازی مکرر دارند، این تجهیز انتخاب مناسبی محسوب می‌شود.

مشاهده انواع کلید مینیاتوری اشنایدردر سایت ارتا صنعت، نمایندگی اصلی اشنایدر در لاله زار

رنج کلید حرارتی چیست؟

رنج کلید حرارتی به محدوده جریانی گفته می‌شود که کلید می‌تواند بر اساس آن تنظیم و عمل کند. این محدوده معمولاً بر حسب آمپر (A) مشخص می‌شود و در انتخاب کلید حرارتی نقش مهمی دارد.

برای مثال:

• کلید حرارتی با رنج 0.1 تا 0.16 آمپر برای موتورهای کوچک و فن‌های کم‌مصرف استفاده می‌شود.
• مدل‌های 4 تا 6.3 آمپر مناسب موتورهای با توان حدود 2 تا 3 کیلووات هستند.
• مدل‌های 25 تا 32 آمپر برای موتورهای صنعتی 15 کیلوواتی به کار می‌روند.

رنج‌های متداول کلید حرارتی در بازار بین 0.1 تا 100 آمپر هستند. در برندهایی مانند اشنایدر (Schneider) یا زیمنس (Siemens)، رنج کلید با حروف اختصاری سری (مانند GV2، GV3، یا 3RV) مشخص می‌شود.

هنگام انتخاب رنج کلید حرارتی باید:

• جریان نامی موتور (In) از پلاک موتور خوانده شود.
• رنج کلید به‌گونه‌ای انتخاب گردد که جریان تنظیمی آن حدود ۱۰ تا ۱۵ درصد بیشتر از جریان موتور باشد.
• اگر موتور در شرایط دمایی بالا یا تهویه ضعیف کار می‌کند، مقدار تنظیم کمی بالاتر در نظر گرفته شود.

انواع کلید حرارتی

یکی از مفاهیم کلیدی برای مهندسین برق، بررسی و شناخت انواع کلید حرارتی است تا بتوانند انتخاب درستی برای پروژه‌های خود انجام دهند. در این بخش به مهم‌ترین انواع می‌پردازیم:

1. کلید حرارتی مغناطیسی

در این نوع، تجهیز از ترکیب دو مکانیسم «حرارتی» و «مغناطیسی» بهره می‌برد. در شرایط اضافه‌بار، مکانیسم حرارتی (معمولاً بی‌متال) فعال می‌شود و در شرایط اتصال کوتاه، مکانیسم مغناطیسی عمل می‌کند. این نوع به عنوان کلید حرارتی مغناطیسی شناخته شده و در کاربردهای موتوری صنعتی بسیار متداول است. مفاهیم مربوطه در منابع معتبر آمده است.

ویژگی‌های مهم این نوع عبارت‌اند از:

• پاسخ سریع به اتصال کوتاه
• تنظیم پذیری برای جریان اضافه بار
• قابلیت قطع، ریست و ادامه کار

2. کلید حرارتی بی‌متال

این نوع بیشتر به عنوان رله اضافه‌بار حرارتی شناخته می‌شود و شامل یک تیغه بی‌متال است که با افزایش دما خم می‌شود و مدار را قطع می‌کند. اگرچه ممکن است عملکرد مغناطیسی نداشته باشد، اما برای کاربردهای محافظت در برابر اضافه‌بار طولانی مفید است. برخی منابع این تفاوت را مورد بحث قرار داده‌اند.

3. کلید حرارتی دستی و اتومات

برخی از کلیدهای حرارتی در حالت دستی عمل می‌کنند، یعنی کاربر باید پس از عملکرد، آنها را ریست کند یا مدار را دوباره راه‌اندازی نماید. برخی دیگر به صورت اتوماتیک هستند و بعد از وقوع خطا، مدار را قطع کرده و پس از رفع خطا با تأیید، دوباره فعال می‌شوند. البته در شرایط صنعتی، تنظیم دستی اغلب برای تعمیر یا نگهداری به کار می‌رود.

4. کلید حرارتی الکترونیکی (Electronic MPCB)

اگرچه ممکن است در دسته «انواع کلید حرارتی» کمتر بصورت عمومی مطرح شود، اما نسل جدید تجهیزاتی هستند که به جای بی‌متال و مغناطیسی صرف، از مدارهای الکترونیکی برای تشخیص اضافه‌بار، عدم تعادل فاز، افت یا افزایش ولتاژ، جریان نشتی و سایر پارامترها استفاده می‌کنند. این موضوع در برخی منابع به‌عنوان یکی از انواع کلید حرارتی آمده است.

تفاوت کلید حرارتی با بی‌متال

کلید حرارتی و بی‌متال هر دو وظیفه حفاظت از موتور در برابر جریان‌های غیرمجاز را بر عهده دارند، اما تفاوت‌های اساسی در ساختار و عملکرد دارند. کلید حرارتی دارای دو مکانیزم حرارتی و مغناطیسی است که علاوه بر حفاظت در برابر اضافه‌بار، در زمان بروز اتصال کوتاه نیز مدار را به‌سرعت قطع می‌کند. در حالی‌که بی‌متال تنها به افزایش حرارت ناشی از اضافه‌بار واکنش نشان می‌دهد و در برابر اتصال کوتاه هیچ عملکردی ندارد. همچنین، کلید حرارتی قابلیت تنظیم دقیق جریان نامی موتور و استفاده مجدد پس از رفع خطا را دارد، اما بی‌متال چنین امکاناتی ندارد.

برای مطالعه کامل‌تر درباره جزئیات عملکرد این دو تجهیز، پیشنهاد می‌کنیم مقاله اختصاصی آرتا صنعت را مطالعه کنید:

➡️ تفاوت کلید حرارتی با بی‌متال

بررسی عملکرد کلید حرارتی مغناطیسی و مقایسه آن با نوع بی‌متال

عملکرد کلید حرارتی مغناطیسی

در «کلید حرارتی مغناطیسی»، دو مکانیسم حفاظتی به کار رفته است:

• حفاظت حرارتی (Overload): وقتی موتور جریان بیشتری از حد نامی بکشد یا در شرایط بار زیاد طولانی کار کند، تیغه یا المان حرارتی (بی‌متال) گرم می‌شود، خم می‌شود و باعث قطع مدار می‌گردد. این عکس‌العمل بر اساس میزان جریان و زمان طراحی شده است و معمولاً تنظیماتی دارد تا در محدوده جریان نامی موتور، قطع نباشد.
• حفاظت مغناطیسی (Short-circuit): وقتی جریان بسیار زیاد ناگهانی رخ دهد (مثلاً اتصال کوتاه)، میدان مغناطیسی رشته داخلی کلید فوراً فعال شده و کلید سریعاً قطع می‌کند تا از آسیب به موتور یا سیم‌کشی جلوگیری شود. این بخش بسیار سریعتر از بخش حرارتی عمل می‌کند.

مقایسه با نوع بی‌متال

در مقابل، نوع بی‌متال تنها دارای مکانیسم حرارتی است و عملکرد مغناطیسی نداشته یا محدود دارد. بنابراین:

• کلید حرارتی مغناطیسی دارای محافظت جامع‌تر (حرارتی + مغناطیسی) است.
• نوع بی‌متال فقط اضافه‌بار را پوشش می‌دهد و برای حفاظت سریع در برابر اتصال کوتاه مناسب نیست.
• در کاربردهای موتوری صنعتی که احتمال اتصال کوتاه بالا است، استفاده از کلید حرارتی مغناطیسی توصیه می‌شود.
• منابع فنی نیز تأکید دارند که اگرچه نوع بی‌متال ممکن است هزینه کمتری داشته باشد، اما از نظر یکپارچگی حفاظتی، کلید حرارتی مغناطیسی گزینه برتری است.

برای مشاهده انواع بی متال می توانید وارد صفحه محصولات بیمتال اشنایدر را مشاهده کنید.

مزایای استفاده از کلید حرارتی مغناطیسی

• امکان تنظیم رنج جریان اضافه‌بار مطابق با موتور
• پاسخ سریع در برابر اتصال کوتاه
• کاهش نیاز به المان‌های حفاظتی جداگانه
• ارتقاء ایمنی و کاهش هزینه نگهداری و توقف
• قابلیت استفاده مجدد پس از ریست

در نتیجه، استفاده از کلید حرارتی مغناطیسی در تابلوهای موتوری صنعتی، بسیار متداول و توصیه‌شده است.

برندهای معروف تولیدکننده کلید حرارتی در بازار ایران و جهان

در بازارهای ایران و جهان، چند برند معتبر وجود دارند که تولیدکننده اصلی تجهیزاتی نظیر کلید حرارتی و به‌خصوص کلید حرارتی مغناطیسی هستند. این برندها از نظر کیفیت، خدمات، شبکه تأمین و قطعات جانبی، جایگاه مناسب دارند:

Schneider Electric (اشنایدر الکتریک) – از برندهای مطرح جهانی که کلیدهای حرارتی با طیف گسترده تولید می‌کند.

• Siemens – برند آلمانی با کیفیت بالا در محصولات برق صنعتی.
• ABB – یکی دیگر از برندهای معتبر با شبکه جهانی خدمات پس از فروش.
• Mitsubishi Electric – تولیدکننده کلیدهای حرارتی و موتوری با استانداردهای صنعتی.
• Hager، LS و دیگر برندهای آسیایی نیز در بازار ایران حضور دارند.

هر یک از این برندها ممکن است مدل‌ها و سری‌های متفاوتی از کلید حرارتی، با تنظیمات، رنج جریان، کلاس قطع و امکانات جانبی ارائه دهند که متناسب با نیاز پروژه صنعتی انتخاب می‌شوند.

نکات مهم در انتخاب و خرید کلید حرارتی مناسب

انتخاب صحیح کلید حرارتی و به‌ویژه کلید حرارتی مغناطیسی نیاز به رعایت چندین نکته فنی دارد تا عملکرد بهینه و حفاظت کامل تامین شود:

1. تعیین جریان نامی موتور (In)

ابتدا جریان نامی موتور را از پلاک آن استخراج نمایید. سپس کلید حرارتی را به گونه‌ای انتخاب کنید که جریان تنظیمی آن (معمولاً روی ولوم یا دسته تنظیم) بتواند در محدوده جریان نامی موتور قرار گیرد و از قطع ناخواسته در شرایط طبیعی جلوگیری شود.

2. نوع راه‌اندازی موتور

اگر موتور با راه‌اندازی مستقیم (DOL) کار می‌کند، رنج انتخابی متفاوت با زمانی است که موتور با راه‌اندازی ستاره–مثلث یا سافت‌استارتر راه‌اندازی می‌شود. لذا در کاربردهایی مانند مدار ستاره–مثلث، ممکن است جریان راه‌اندازی بالاتر از جریان نامی باشد و باید کلید حرارتی مناسب آن انتخاب گردد.

3. محیط کاری و دمای عامل

دمای محیط شرکت‌کننده در عملکرد بی‌متال و سایر اجزاء کلید حرارتی تأثیرگذار است. در محیط‌های با دمای بالا، ممکن است لازم باشد ضریب تصحیح دمایی اعمال شود یا کلید با رنج بیشتر انتخاب گردد.

4. ویژگی‌های جانبی و لوازم افزودنی

برخی لوازم جانبی ممکن است لازم باشند:

• کنتاکت کمکی (Auxiliary contact) برای ارسال سیگنال به PLC یا HMI
  
• شستی قطع از راه دور (Remote trip)
  
• رله شنت (Shunt-trip)
  
• حفاظت در برابر عدم تعادل فاز یا فقدان فاز
  

5. هماهنگی با استانداردها

باید از مدل‌هایی استفاده شود که مطابق با استانداردهای بین‌المللی مانند IEC/EN 60947-4-1 و IEC/EN 60947-1 باشند.

6. استفاده از جدول مقایسه برای انواع استفاده کلید حرارتی

در زیر جدولی آورده شده است که می‌تواند به انتخاب مناسب کمک نماید:

7. توجه به جریان‌های ناخواسته

برخی شرایط مانند قفل شدن شفت، افزایش بار ناگهانی، کاهش ولتاژ یا افزایش دمای محیط ممکن است باعث جریان‌های ناخواسته شوند. انتخاب کلید حرارتی مناسب باید بتواند این موارد را محدود نماید.

8. نصب و راه‌اندازی صحیح

روش نصب، کابل‌ها، تهویه تابلو، ارت مناسب، فاصله‌های ایزولاسیون و رعایت دستورالعمل‌های سازنده همه از عناصر مهم در عملکرد صحیح کلید حرارتی هستند.

جمع‌بندی کلید حرارتی

در یک جمع‌بندی فنی، می‌توان گفت که کلید حرارتی یکی از اجزای اساسی و حیاتی در حفاظت موتورهای الکتریکی صنعتی است. با توجه به اینکه موتورهای سه‌فاز بخش عمده‌ای از مصرف انرژی و تولید فرایند در کارخانه‌ها را تشکیل می‌دهند، هرگونه آسیب یا وقفه در آنها می‌تواند هزینه‌های سنگینی در پی داشته باشد. استفاده از کلید حرارتی به‌گونه‌ای که بتواند هم در شرایط اضافه‌بار و هم اتصال کوتاه سریع و مؤثر عمل کند، حیاتی است.

ما در این مقاله ازر ارتا صنعت، ابتدا تعریف کلی کلید حرارتی چیست؟، سپس مقایسه آن با تجهیزات دیگر، معرفی انواع کلید حرارتی، بررسی ویژه نوع کلید حرارتی مغناطیسی، معرفی برندها و نکات مهم در انتخاب صحیح را ارائه دادیم. با رعایت این نکات، مهندسین برق و تکنسین‌ها قادر خواهند بود انتخابی بهینه و دقیق داشته باشند.

سوالات متداول درباره کلید حرارتی (MPCB)

1. کلید حرارتی چیست و چه کاربردی دارد؟

کلید حرارتی (Motor Protection Circuit Breaker) وسیله‌ای است برای محافظت از موتورهای الکتریکی در برابر اضافه‌بار، اتصال کوتاه و نوسانات جریان. این تجهیز پس از رفع خطا قابل ریست بوده و در محیط‌های صنعتی بسیار پرکاربرد است.

2. تفاوت کلید حرارتی با بی‌متال چیست؟

کلید حرارتی علاوه بر حفاظت در برابر اضافه‌بار، دارای مکانیزم مغناطیسی برای قطع سریع در زمان اتصال کوتاه است، در حالی‌که بی‌متال فقط در برابر اضافه‌بار طولانی‌مدت عمل می‌کند.

3. چگونه جریان کلید حرارتی را تنظیم کنیم؟

روی بدنه کلید حرارتی، پیچ یا ولومی برای تنظیم جریان وجود دارد. مقدار آن باید حدود ۱۰ تا ۱۵ درصد بالاتر از جریان نامی موتور تنظیم شود تا از قطع ناگهانی در زمان راه‌اندازی جلوگیری شود.

4. آیا کلید حرارتی جایگزین فیوز یا کلید مینیاتوری است؟

بله، در مدارهای موتوری سه‌فاز معمولاً کلید حرارتی به‌دلیل داشتن حفاظت حرارتی و مغناطیسی، جایگزین فیوز یا کلید مینیاتوری می‌شود و نیاز به تجهیزات جداگانه را از بین می‌برد.

5. بهترین برندهای کلید حرارتی کدامند؟

از برندهای معتبر جهانی می‌توان به Schneider Electric، Siemens، ABB و LS Electric اشاره کرد که مدل‌های متنوعی با دقت بالا و طول عمر زیاد ارائه می‌دهند.