Rơ le nhiệt là gì? Cấu tạo, nguyên lý hoạt động của relay nhiệt

Rơ le nhiệt hay relay nhiệt là thiết bị bảo vệ điện quan trọng trong mọi hệ thống điện nhờ khả năng chống quá tải nhiệt độ. Cùng theo dõi những chia sẻ từ BTB Electric thông qua bài viết ngay sau đây để bạn hiểu hơn về cấu tạo, nguyên lý làm việc, chức năng và ứng dụng của rơ le bảo vệ nhiệt.

Rơ le nhiệt là gì?

Rơ le nhiệt (relay nhiệt) là một thiết bị điện được sử dụng để bảo vệ thiết bị hoặc hệ thống điện trước sự cố quá tải nhiệt độ. Nhiệm vụ của relay nhiệt là theo dõi nhiệt độ hệ thống và ngắt điện kịp thời khi nhiệt độ đó vượt quá giới hạn quy định. 

Tình trạng quá tải điện trong thời gian ngắn vẫn có thể an toàn cho thiết bị điện. Tuy nhiên nếu tình trạng này kéo dài sẽ gây tổn thất như nóng chảy đường dây, han gỉ thiết bị,.. Do đó rất cần đến tính năng chống quá nhiệt của rơ le nhiệt độ. Khả năng này giúp giảm thiểu hư hại trên đường dây và thiết bị điện, đồng thời ngăn chặn nguy cơ hỏa hoạn, đảm bảo an toàn cho người dùng.

Relay nhiệt độ được phát minh vào năm 1835 bởi Joseph Henry, nhà khoa học điện người Mỹ. Dựa trên hiện tượng nam châm điện cỡ nhỏ có thể điều khiển cái cỡ lớn hơn, ông tin rằng rơ le có khả năng điều khiển thiết bị điện ở khoảng cách xa.

Chức năng của rơ le nhiệt

Rơ le nhiệt được sử dụng trong hệ thống điện lớn như nhà máy công nghiệp, hệ thống điều hòa không khí, hệ thống điện dân dụng. Khi nhiệt độ hệ thống tăng cao vượt giới hạn, loại rơ le này sẽ phát hiện và ngắt điện đầu vào. Hành động này giúp hệ thống dừng vận hành và ngăn chặn các rủi ro do quá tải nhiệt độ.

Relay nhiệt còn có chức năng giảm nguy cơ hỏa hoạn. Khi hệ thống quá nhiệt rất dễ dẫn đến nóng chảy, cháy nổ gây hỏa hoạn. Khi phát hiện rủi ro này, rơ le sẽ ngắt điện để ngăn nhiệt độ tăng cao, hạn chế hỏa hoạn và những thiệt hại về sau.

Cấu tạo của rơ le nhiệt

Cấu tạo của rơ le nhiệt gồm 3 thành phần chính là bộ cảm biến nhiệt, bộ chuyển đổi tín hiệu và bộ khởi động.

Bộ cảm biến nhiệt: Được bố trí gần với mặt thiết bị được bảo vệ, có nhiệm vụ đo nhiệt độ vật liệu. Thành phần này gồm 2 loại là thanh lưỡng kim (bimetallic strip) và loại nhiệt điện. Thanh lưỡng kim gồm 2 thanh kim loại được gắn với nhau. Khi nhiệt độ thay đổi thì thanh lưỡng kim sẽ xoắn lại, kích hoạt động cơ rơ le nhiệt và ngắt mạch. Cảm biến nhiệt điện là cặp dây có chất liệu khác nhau đặt cạnh nhau. Khi nhiệt độ thay đổi, sự chênh lệch điện thế giữa 2 dây xuất hiện làm kích hoạt relay nhiệt.

Bộ chuyển đổi tín hiệu: Thường là một mạch điện tử trong relay. Bộ phận nhận tín hiệu từ cảm biến nhiệt và chuyển đổi thành tín hiệu điện. Dựa trên tín hiệu nhiệt thu được, bộ phận này sẽ đo lường xem đã cần kích hoạt bộ khởi động hay chưa.

Bộ khởi động: Là bộ phận kích hoạt ngắt điện khi có tín hiệu nhiệt độ vượt ngưỡng cho phép. Sau khi có tín hiệu từ bộ chuyển đổi tín hiệu, bộ khởi động sẽ ra lệnh khi nào ngắt điện để bảo vệ hệ thống.

Các linh kiện có trong rơ le nhiệt thường có các linh kiện: đòn bẩy, tiếp điểm thường đóng NC, tiếp điểm thường mở NO, thanh lưỡng kim, dây đốt, cần gạt, nút reset,... Và khi quan sát bên ngoài relay nhiệt, một số chi tiết quan trọng sau bạn cần biết:

• Các cực kết nối: Ký hiệu L1, L2, L3 để gắn vào contactor với các tiếp điểm T1, T2, T3 hoặc gắn vào một số thiết bị điện khác.
• Chân COM: Nơi kết nối dây nguồn chờ và kết nối với 1 trong 2 chân NO hoặc NC, tùy theo trạng thái của relay nhiệt.
• Chân NC: Chân thường đóng. Khi rơ le nhiệt ở trạng thái OFF, chân này sẽ nối với chân COM.
• Chân NO: Chân thường mở. Khi relay ở trạng thái ON, chân này sẽ nối với chân COM
• Phần cài đặt dải khuếch đại: Là 1 núm xoay để thiết lập dòng định mức của thiết bị.
• Nút reset: Nút đặt lại hoạt động của rơ le hoặc xóa lỗi.
• Nút kiểm tra: Dùng để kiểm tra dây điều khiển của relay nhiệt.

Thông số kỹ thuật của rơ le nhiệt

Những thông số kỹ thuật quan trọng của relay nhiệt là:

• Dải bảo vệ nhiệt: Dải dòng điện làm việc của rơ le nhiệt.
• Số cực: 3P, 1P.
• Tiếp điểm phụ: Số lượng các tiếp điểm phụ thường đóng (NC) và thường mở (NO)
• Tần số hoạt động: Chủ yếu là 50/60Hz
• Tương thích với contactor: Từng loại rơ le nhiệt sẽ phù hợp để lắp đặt vào dải contactor cụ thể, tương thích với dòng điện và khung kích thước.
• Ue, Ui, Uimp: Các thông số về điện áp hoạt động, cách điện và chịu xung định mức.

Nguyên lý hoạt động của rơ le nhiệt

Nguyên lý làm việc của rơ le nhiệt dựa trên phản ứng nhiệt của bộ cảm biến nhiệt (cặp thanh kim loại hoặc cặp dây dẫn). Khi dòng điện quá tải sẽ sinh nhiệt lớn dần, đên khi vượt ngưỡng so sánh của bộ cảm biến nhiệt thì rơ le phát tín hiệu về bộ khởi động để ngắt mạch.

Nếu bộ cảm biến nhiệt là thanh kim loại kép, khi nhiệt độ quá cao sẽ khiến thanh kim loại xoắn lại về phía mặt kim loại có hệ số dãn nở thấp hơn. Nếu bộ cảm biến nhiệt là cặp dây thì rơ le sẽ phát hiện sự chênh lệch dòng chạy qua 2 dây khi quá tải nhiệt.

Có hai hình thức reset của relay nhiệt là tự động và thủ công. Việc chọn relay nhiệt sẽ dựa theo cách điều chỉnh vít đặt lại. Trong thực tế, relay được gắn với động cơ và chỉ khi đặt lại relay bằng tay thì động cơ mới có thể khởi động.

Các loại rơ le nhiệt phổ biến

Khi phân loại theo điện áp, rơ le nhiệt gồm 2 loại là 1 pha và 3 pha:

• Rơ le 1 pha: Sử dụng trong hệ thống điện gia đình 220V để bảo vệ hệ thống điện và các thiết bị điện gia đình như đèn, quạt, tủ lạnh,...
• Rơ le 3 pha: Sử dụng cho hệ thống điện công nghiệp 380V nhằm giám sát hoạt động của toàn hệ thống và bảo vệ thiết bị điện công suất lớn.

Ngoài hai dòng rơ le nhiệt thông dụng được phân loại theo điện áp, còn một số dòng rơ le chuyên dụng cho thiết bị điện như:

• Rơ le nhiệt nồi cơm điện: Tự động giãn nở để ngắt điện nồi cơm khi có dấu hiệu quá tải hoặc nấu xong cơm.
• Rơ le nhiệt máy bơm nước: Tự động giãn nở khi máy bơm nước quá tải hoặc bơm không nước để ngắt điện và tránh chập cháy máy bơm.
• Rơ le nhiệt bàn là: Khi nhiệt độ quá cao, thiết bị này sẽ cong lại để ngắt mạch điện và thẳng ra khi nhiệt độ giảm để làm nóng bàn là.
• Rơ le nhiệt bình nóng lạnh: Ngăn không cho nước trong bình nóng quá giới hạn bằng cách ngắt tạm thời dòng điện vào bình nước nóng.

Xem thêm: Hướng dẫn chỉnh rơ le nhiệt trong nhiều trường hợp

Ứng dụng của rơ le nhiệt

Rơ le nhiệt được lắp đặt cùng contactor, ứng dụng rộng khắp trong các ngành công nghiệp như tự động hóa, sản xuất, khai thác, xây dựng, nông nghiệp, truyền tải điện,... Công dụng chính của thiết bị là giám sát vận hành hệ thống điện, nhận diện các vị trí quá tải nhiệt và đưa ra phương án ngắt mạch thích hợp để hạn chế thiệt hại. 

Bên cạnh đó, relay nhiệt còn được sử dụng trong hệ thống điện dân dụng với mục đích bảo vệ nhiệt cho các thiết bị điện như máy bơm, bình nước nóng, nồi cơm,...

Xem hướng dẫn: Cách đấu lắp rơ le nhiệt 1 pha và 3 pha chuẩn kỹ thuật

Lưu ý khi chọn rơ le nhiệt phù hợp mạch điện

Một vài yếu tố cần lưu ý khi chọn rơ le nhiệt:

• Xác định dòng quá tải của thiết bị: Mức dòng quá tải của thiết bị cần bảo vệ phải tương đương và cao hơn mức ngắt mạch của relay.
• Xác định giá trị nhiệt độ quá tải: Chọn giá trị tùy theo hệ thống điện vận hành và mức dòng quá tải. Trường hợp chọn nhiệt độ quá thấp sẽ khiến rơ le nhiệt nhảy liên tục. Trường hợp chọn nhiệt độ quá cao dễ làm hỏng thiết bị mà rơ le chưa nhảy.
• Chọn phương thức relay nhiệt hoạt động: Có 2 loại là ngắt tức thời và ngắt trễ. Một số dòng rơ le có thêm tính năng bảo vệ mất pha.
• Chọn loại điện áp nguồn: Chọn điện 3 pha hoặc điện 1 pha tùy theo thực tế.
• Chọn loại rơ le nhiệt: Có các loại rơ le thông dụng cho nhiều thiết bị hoặc rơ le chuyên dụng cho 1 loại thiết bị. Ngoài ra có dòng rơ le nhiệt chỉ tương thích với loại contactor nhất định.

Những thông tin trên từ BTB Electric đã giúp bạn hiểu hơn về rơ le nhiệt - loại thiết bị bảo vệ quá tải được sử dụng rộng rãi hiện nay. Bạn có thể tìm hiểu thêm về thiết bị này qua sản phẩm Relay nhiệt BTB Electric.

Một số câu hỏi về relay nhiệt

• Câu hỏi 1: Relay nhiệt có thể đóng cắt mạch điện không?

Rơ le nhiệt có khả năng đóng cắt mạch điện, nhưng không phải trên mạch động lực chính mà trên mạch điều khiển của contactor với dòng điện nhỏ. Việc ngắt mạch được thực hiện khi relay nhiệt phát hiện tình trạng quá tải nhiệt trên mạch.

• Câu hỏi 2: Vì sao relay nhiệt thường lắp đặt cùng với contactor?

Relay nhiệt thường lắp đặt cùng contactor tạo thành khởi động từ với chức năng đóng cắt và bảo vệ động cơ, giúp điều khiển và kiểm soát động cơ tốt hơn, hạn chế quá tải trên mạch và tăng tuổi thọ động cơ.

• Câu hỏi 3: Tại sao rơ le nhiệt lại có dải điều chỉnh dòng điện mà không phải cố định?

Relay nhiệt có dải điều chỉnh dòng điện để tương thích với nhiều loại động cơ, điều chỉnh dòng điện chính xác theo điều kiện thực tế và tối ưu hóa ngưỡng bảo vệ dòng điện.

• Câu hỏi 4: Những sự cố nào có thể làm hỏng rơ le nhiệt?

Một số sự cố có thể làm hỏng rơ le nhiệt: quá tải dòng điện, ngắn mạch, điện áp không ổn định, môi trường lắp đặt khắc nghiệt, hao mòn linh kiện rơ le, lắp đặt sai cách và hiện tượng hồ quang điện khi đóng ngắt.