3.3 الموقف التعليمي التعلّمي: تشغيل حمل كهربائي باستخدام مفتاح تلامسي ومرحّلات حماية

وصف الموقف التعليمي التعلّمي: حضر صاحب مصنع إلى مصنع لتجميع اللوحات الكهربائية، واشتكى من كثرة تلف حمل كهربائي يتغذى بالكهرباء من لوحة تحكّم خاصة في مصنعه.

96

1. ما أهمية مرحّلات الحماية في دارات التحكّم في تشغيل الآلات الكهربائية؟
2. أرسم دارة تحكّم في إنارة مصباح كهربائي، باستخدام مفتاح تلامسي، ومرحّل حماية حراري.

تُعَدّ مرحّلات الحماية من العناصر المهمة في دارات الآلات الكهربائية؛ لحمايتها من الأضرار التي قد تلحق بها؛ نتيجة زيادة الحمل ⁦(overload)⁩ عن الحدّ المسموح به، أو الارتفاع المفاجئ للتيار، الناتج عن قصر في الدارات الكهربائية ⁦(short-circuit)⁩، حيث يؤدّي التحميل الزائد إلى تسخين الأسلاك، والملفات، وعناصر المعدات الكهربائية، كما يمكن أن ينخفض الجهد في الشبكة التي تؤثر سلباً في عمل جميع المعدات والتجهيزات الكهربائية، خاصة المحرّكات التي تنخفض قدرتها بشكل ملحوظ، وقد يؤدّي استمرار انخفاض الجهد إلى وقفها، وتعطّلها.

وسيتمّ بحث بعض أنواع مرحّلات الحماية من ارتفاع التيار المستخدمة في حماية الآلات الكهربائية:

1. المرحّل الحراري ⁦(Thermal relay)⁩: تتكوّن المرحّلات الحرارية من شريحة ثنائية المعدن، تسند إلى ذراع يتحكّم في فتح ملامس مغلق في الوضع الطبيعي؛ ليتصل على التوالي مع ملف التشغيل في دارات التحكّم.

وعند زيادة التيار المارّ خلال ثنائي المعدن؛ نتيجة الحمل الزائد، ولمدة زمنية طويلة نسبياً، يسخن ثنائي المعدن، ثمّ يتقوّس؛ بسبب اختلاف معامل التمدد الطولي للمعدنين المكونين لهذه الشريحة، وعندما يبلغ تقوّس الشريحة ثنائية المعدن حدّاً معيناً، يضغط على الذراع، ويبعد ملامسات التحكّم بعضهما عن بعض، وبالتالي يفصل تيار التغذية عن ملف تشغيل دارة التحكّم:

تُستخدَم المرحّلات الحرارية بشكل رئيس في حماية المحرّكات الكهربائية من ارتفاع التيار؛ نتيجة الحمولة الزائدة، ويتمّ ضبط تيار المرحّل بقيمة تتراوح بين (1.05 - 1.2) من القيمة الاسمية للتيار المارّ بالمرحّل.

2. المرحّل المغناطيسي ⁦(Magnetic relay)⁩: يُصمَّم هذا النوع من المرحّلات؛ للحماية من الزيادات الكبيرة في التيار، خصوصاً في دارات القصر؛ نتيجة لتيارات القصر الكهربائي التي تحدث خلال جزء من الثانية، والتي تتطلّب فصلاً فورياً لدارة كهربائية في حالة العطل الكهربائي، ويبيّن الشكل (2) الآتي مخطّطاً مبسطاً لتوضيح مبدأ عمل المرحّل المغناطيسي الذي يعمل على فصل الدارة الكهربائية، إذا بلغت شدة التيار الكهربائي مقداراً أعلى ممّا هو مقرّر للمرحّل، حيث يتغلّب الملف المغناطيسي (6) على قوة شدّ الزنبرك (5)، ويجذب الذراع (3-4)، الذي يتحرّر من نقطة التلامس (3-2)؛ فيفتح المرحّل ملامسه المغلق الذي يكون موصولاً على التوالي مع ملف التشغيل في دارات التحكّم؛ فتنفصل التغذية عن ملف التشغيل، وبالتالي عن الحمل:

ويبيّن الشكل (3) الآتي دارة تشغيل حمل ثلاثي الأطوار (دارة القدرة، ودارة التحكّم)، من خلال مرحّل حراري:

في دارة التحكّم، وعند تفعيل ضاغط التشغيل ⁦(ON)⁩، يمرّ التيار الكهربائي من خلال نقطة تلامس المرحّل الحراري المغلقة ⁦(Overload Relay)⁩، وضاغط الإيقاف إلى ملف المفتاح التلامسي ⁦(C)⁩؛ فيعمل المجال المغناطيسي المتولّد على تغيير وضعية ملامسات المفتاح التلامسي؛ فتغلق الملامسات الرئيسة؛ لتمرّ التيار الكهربائي من خلال ملامسات المرحّل الحراري إلى الحمل، ويضيء المصباح ⁦(L1)⁩؛ ليدل على أنّ الحمل في وضع التشغيل.

أمّا نقطتا الملامس المساعد المفتوح في دارة التحكّم، فقد وُضِعَتا بالتوازي مع ضاغط التشغيل ⁦(ON)⁩ لاستمرارية التيار؛ لأنّ هذا الضاغط يعمل على تمرير التيار الكهربائي إلى ملف المفتاح التلامسي فور الضغط عليه، وفي حال رفع اليد عنه، يتغذّى الملف عن طريق الملامس المساعد المفتوح، ويبقى الملف في وضعية التشغيل لحين قطع التيار الكهربائي عن الملف.

أمّا نقطتا ملامس المرحّل الحراري ⁦(Overload Relay)⁩ المغلقتان، فوظيفتهما: عندما يحدث ارتفاع في شدة تيار الحمل أكثر من قيمة التيار الطبيعي، والمضبوط عليه تدريج المرحّل الحراري، ترتفع حرارة المرحّل، فتفصل ملامسات تلامسه (95،96)، وبالتالي تفصل التيار عن ملف المفتاح التلامسي، فيفصل الحمل عن مصدر الكهرباء، وتُغلق نقطتا تلامس المرحّل الحراري (97،98)؛ ليضيء مصباح الإنارة التحذيري ⁦(L2)⁩.

1. ما المقصود بمرحّلات الحماية في دارات التحكّم الكهربائية؟ وما أنواعها؟
2. كيف يتمّ توصيل مرحّلات الحماية في دارات التحكّم الكهربائية؟
3. كيف يتمّ ضبط تيار المرحّل الحراري في دارات التحكّم الكهربائية؟