Relay nhiệt là gì? Bảo vệ motor khỏi quá tải

Relay nhiệt là gì?

Relay nhiệt (thermal overload relay, hay còn gọi là rơle nhiệt, bộ bảo vệ quá tải) là thiết bị bảo vệ motor điện khỏi tình trạng quá tải kéo dài. Nguyên lý hoạt động dựa trên hiện tượng giãn nở nhiệt không đồng đều của hai lớp kim loại ghép lại (bimetal) khi bị đốt nóng bởi dòng điện quá tải.

Điều quan trọng cần hiểu: relay nhiệt KHÔNG bảo vệ ngắn mạch — đó là nhiệm vụ của aptomat (MCB/MCCB) hoặc cầu chì. Relay nhiệt chỉ xử lý quá tải dài hạn (thường trên 10–60 giây). Trong tủ điện công nghiệp, relay nhiệt và aptomat phải kết hợp với nhau để bảo vệ toàn diện cho motor.

Cấu tạo và nguyên lý bimetal

Phần tử cảm nhận của relay nhiệt là thanh bimetal — hai lớp kim loại có hệ số giãn nở nhiệt khác nhau (thường là thép không rỉ ghép với đồng thau hoặc hợp kim Invar) được hàn/cán chặt với nhau.

Khi dòng điện chạy qua dây điện trở bao quanh bimetal (phương pháp đốt nóng gián tiếp) hoặc trực tiếp qua bimetal (đốt nóng trực tiếp), nhiệt lượng sinh ra làm hai lớp kim loại giãn nở với tốc độ khác nhau, khiến thanh bimetal uốn cong về phía lớp có hệ số giãn nở thấp hơn.

Khi độ cong đạt ngưỡng nhất định, đầu bimetal tác động vào cơ cấu đòn bẩy, mở tiếp điểm NC (95–96) trong mạch điều khiển, ngắt điện cuộn hút contactor, dừng motor.

Đặc tính thời gian-dòng điện (time-current characteristic):

• Quá tải 1,2 × Iđm: Thời gian tác động hàng giờ — relay không tác động
• Quá tải 1,5 × Iđm: Tác động sau 2–30 phút tùy chỉnh định
• Quá tải 6 × Iđm (dòng khởi động): Không tác động trong 10s (lớp Class 10)
• Quá tải 7,2 × Iđm: Tác động trong 2s (lớp Class 10)

Cách chỉnh dải relay nhiệt cho motor cụ thể

Ví dụ thực tế: Motor 3 pha 3kW/380V, cosφ = 0,82, η = 0,88

Dòng định mức motor: I = P / (√3 × U × cosφ × η) = 3000 / (1,732 × 380 × 0,82 × 0,88) = 6,16A

Chỉnh relay nhiệt: 90–100% × Iđm motor = 5,5–6,2A → chỉnh giữa dải 5,5–7A của relay

Relay nhiệt phù hợp: LRD12 Schneider (dải 5,5–8A) hoặc MT-12 LS Electric (5–8A)

Lưu ý khi chỉnh dải:

• Nếu motor khởi động nặng (máy nghiền, máy nén khí khởi động có tải) và hay tác động sai, thử chỉnh lên 105–110% Iđm
• Nếu motor đặt trong tủ điện kín, nhiệt độ môi trường cao, chỉnh xuống 90–95%
• Motor lắp ở độ cao >2000m so với mực nước biển: hạ chỉnh định thêm 5% mỗi 1000m
• Không bao giờ chỉnh relay nhiệt cao hơn dòng định mức motor để “tránh tác động”

Kết hợp relay nhiệt với contactor

Relay nhiệt thiết kế để gắn trực tiếp lên contactor (kiểu dự phòng cứng, add-on) hoặc lắp độc lập trên ray DIN. Cách kết nối mạch điều khiển:

L1, L2, L3 ─── aptomat MCCB ─── contactor (T1,T2,T3) ─── relay nhiệt (1/L1, 3/L2, 5/L3)
                                                                    │
                                                              2/T1, 4/T2, 6/T3 ─── Motor

Mạch điều khiển:
220VAC ─── aptomat MCB ─── tiếp điểm NC relay nhiệt (95-96)
              │
              ├─── nút dừng NC ─── nút chạy NO ─┐
              │                                   ├─── cuộn hút contactor A1
              └────────────────── tiếp điểm tự giữ NO của contactor ┘
                                                        │
                                                      A2 ─── Neutral

Khi relay nhiệt tác động, tiếp điểm NC (95–96) mở, ngắt toàn bộ mạch điều khiển, contactor nhả, motor dừng. Tiếp điểm NO (97–98) của relay nhiệt có thể dùng để báo lỗi về PLC hoặc bật đèn cảnh báo.

Phân biệt reset tự động và reset tay

Khuyến nghị: luôn dùng reset tay cho motor quan trọng hoặc khi tác động relay nhiệt gây nguy hiểm (máy đang gia công, thang máy). Chỉ dùng auto reset khi đã chắc chắn nguyên nhân quá tải là tạm thời và không nguy hiểm.

Các hãng relay nhiệt phổ biến tại Việt Nam