Trong hệ thống điện công nghiệp, rơ-le bảo vệ điện áp (Voltage Protection Relay) là một trong những thiết bị quan trọng giúp đảm bảo an toàn và ổn định cho thiết bị điện. Khi điện áp vượt quá hoặc thấp hơn giới hạn cho phép, rơ-le sẽ tự động ngắt tải hoặc phát tín hiệu cảnh báo nhằm ngăn ngừa cháy nổ, hư hỏng động cơ, biến tần, PLC và các thiết bị điện tử nhạy cảm.
Bài viết dưới đây của H&T Automation sẽ giúp bạn hiểu chi tiết về: khái niệm, nguyên lý hoạt động, cấu tạo, yêu cầu kỹ thuật, ứng dụng và cách lựa chọn rơ-le bảo vệ điện áp phù hợp cho từng hệ thống thực tế.
Thiết Bị Rơ-le Bảo Vệ Điện Áp Là Gì?
Rơ-le bảo vệ điện áp là thiết bị giám sát và điều khiển tự động nhằm đảm bảo điện áp hệ thống luôn nằm trong giới hạn an toàn. Khi điện áp tăng cao (quá áp) hoặc giảm thấp (thấp áp) so với mức định mức, rơ-le sẽ tự động cắt nguồn hoặc ra tín hiệu điều khiển.
Phân loại rơ-le bảo vệ điện áp
- Rơ-le bảo vệ quá áp (Over Voltage Relay – OVR): Tác động khi điện áp vượt quá giá trị cho phép.
- Rơ-le bảo vệ thấp áp (Under Voltage Relay – UVR): Tác động khi điện áp sụt giảm.
- Rơ-le bảo vệ tổng hợp (Over/Under Voltage Relay): Kết hợp cả hai chức năng.
- Rơ-le bảo vệ mất pha, lệch pha: Dùng trong hệ thống 3 pha.
- Rơ-le điện tử đa năng: Có thể cài đặt ngưỡng điện áp, thời gian trễ, hiển thị LED và ghi nhận lỗi.
Cấu tạo cơ bản
Một bộ rơ-le bảo vệ điện áp thường bao gồm:
- Mạch đo điện áp: Giảm và ổn định điện áp đưa vào mạch điều khiển.
- Bộ so sánh (Comparator): So sánh điện áp đo được với giá trị cài đặt.
- Vi xử lý hoặc mạch logic: Xử lý tín hiệu và ra quyết định đóng/ngắt.
- Mạch trễ thời gian: Tránh tác động sai do điện áp dao động ngắn.
- Rơ-le công suất: Tác động điều khiển thiết bị bảo vệ (contactor, breaker…).
Nguyên lý hoạt động
Nguyên lý của rơ-le bảo vệ điện áp có thể mô tả như sau:
- Khi điện áp thực tế (U) nằm trong giới hạn cho phép:
Umin ≤ U ≤ Umax → Relay ở trạng thái ON (cấp điện cho tải). - Khi điện áp vượt quá hoặc thấp hơn giới hạn cho phép:
U < Umin hoặc U > Umax → Relay chuyển sang OFF (ngắt tải hoặc cảnh báo).
Sau khi điện áp trở lại bình thường và qua thời gian trễ cài đặt (treset), rơ-le sẽ tự động khôi phục lại trạng thái hoạt động.
Tác Dụng Của Rơ-le Bảo Vệ Điện Áp
1. Bảo vệ thiết bị khỏi hư hỏng do điện áp bất thường
Khi điện áp tăng cao, dòng điện qua thiết bị vượt quá định mức, làm tăng nhiệt độ và gây cháy hỏng cuộn dây, linh kiện điện tử.
Khi điện áp quá thấp, động cơ khởi động không đủ mô-men xoắn, dòng khởi động tăng, gây nóng máy và giảm tuổi thọ.
→ Rơ-le bảo vệ điện áp giúp ngắt tải kịp thời, tránh hư hại thiết bị.
2. Đảm bảo an toàn cho hệ thống và người sử dụng
Rơ-le giúp ngăn ngừa chập điện, cháy nổ, sự cố điện áp đột biến ảnh hưởng đến PLC, HMI, biến tần, máy tính công nghiệp…
3. Duy trì hoạt động ổn định, giảm downtime
Rơ-le có thể tự ngắt và khôi phục tải khi điện áp ổn định trở lại, giúp duy trì sản xuất liên tục mà không cần can thiệp thủ công.
4. Giám sát và cảnh báo điện áp
Nhiều dòng rơ-le hiện đại hiển thị điện áp tức thời, trạng thái ngõ ra và lỗi quá/thấp áp, giúp kỹ sư dễ dàng theo dõi.
Những Yêu Cầu Kỹ Thuật Đối Với Rơ-le Bảo Vệ Điện Áp
Mức độ tin cậy
Rơ-le phải hoạt động ổn định trong môi trường công nghiệp có rung động, nhiệt độ, nhiễu điện từ cao. Độ tin cậy cao giúp tránh hiện tượng tác động giả.
Tính chọn lọc
Chỉ khu vực có sự cố mới bị tác động ngắt. Ví dụ, khi một nhánh tải bị thấp áp, chỉ rơ-le tại nhánh đó ngắt, các phần còn lại vẫn hoạt động bình thường.
Tác động nhanh
Rơ-le cần phản ứng nhanh để bảo vệ thiết bị, nhưng có độ trễ điều chỉnh được để tránh tác động sai.
Thời gian trễ thường được cài đặt:
t_delay = 0.1 – 10 giây
Độ nhạy
Rơ-le phải phát hiện được các sai lệch nhỏ về điện áp trong hệ thống nhạy cảm.
Giới hạn điều chỉnh độ nhạy thường nằm trong khoảng:
±5% đến ±15% so với điện áp định mức
Nguyên Lý Làm Việc Cụ Thể
Mạch đo lấy tín hiệu điện áp thực tế (U) → đưa vào bộ so sánh → so sánh với giá trị cài đặt (Uset).
Nếu U lớn hơn Uset max → relay ngắt tải (quá áp).
Nếu U nhỏ hơn Uset min → relay ngắt tải (thấp áp).
Sau khi điện áp trở lại vùng an toàn (Umin ≤ U ≤ Umax) và hết thời gian trễ td, relay sẽ đóng lại.
Điều kiện tác động có thể mô tả bằng logic như sau:
Nếu U < Umin hoặc U > Umax → Relay = OFF
Nếu Umin ≤ U ≤ Umax → Relay = ON
Ứng Dụng Thực Tế
Rơ-le bảo vệ điện áp được ứng dụng rộng rãi trong:
- Bảo vệ máy bơm, quạt, thang máy, máy nén: Ngăn cháy động cơ, dừng máy đột ngột.
- Tủ điện công nghiệp: Bảo vệ PLC, biến tần, HMI, nguồn 24VDC.
- Hệ thống năng lượng tái tạo: Bảo vệ inverter, bộ chuyển đổi nguồn.
- Trạm bơm, hệ thống HVAC, nhà xưởng, tòa nhà thương mại.
Cách Lựa Chọn Rơ-le Bảo Vệ Điện Áp Phù Hợp
Khi lựa chọn, cần căn cứ vào:
- Điện áp hoạt động: 1 pha: 220VAC và 3 pha: 380VAC
- Khoảng điều chỉnh điện áp: Ví dụ: 170–270V cho 1 pha, 300–460V cho 3 pha.
- Thời gian trễ: Phù hợp với loại tải. Động cơ thường cần thời gian trễ dài hơn.
- Dòng chịu tải: 5A, 10A, 16A, hoặc sử dụng contactor trung gian.
- Tính năng hiển thị và cài đặt: Loại cơ (núm xoay) hoặc loại điện tử (hiển thị LED).
- Thương hiệu uy tín: Schneider, Omron, Siemens, ABB, Autonics, IDEC…
Ưu Và Nhược Điểm Của Rơ-le Bảo Vệ Điện Áp
Ưu điểm
- Bảo vệ đa chức năng: quá áp, thấp áp, mất pha, lệch pha.
- Cài đặt linh hoạt, dễ sử dụng.
- Độ chính xác cao, tuổi thọ dài.
Nhược điểm
- Nếu không cài đặt đúng ngưỡng, có thể gây ngắt giả.
- Loại cơ học có độ chính xác thấp hơn so với loại điện tử.
So Sánh Rơ-le Cơ Và Rơ-le Điện Tử
| Tiêu chí | Rơ-le cơ | Rơ-le điện tử |
| Cấu tạo | Dùng cơ cấu điện từ | Dùng vi mạch điện tử |
| Độ chính xác | Thấp | Cao |
| Khả năng điều chỉnh | Giới hạn | Linh hoạt |
| Tuổi thọ | Trung bình | Cao |
| Ứng dụng | Hệ thống đơn giản | Hệ thống công nghiệp hiện đại |
Bảo Trì Và Kiểm Định Rơ-le Bảo Vệ Điện Áp
Để duy trì hoạt động ổn định:
- Kiểm tra định kỳ giá trị điện áp tác động.
- Làm sạch bụi, kiểm tra tiếp điểm.
- Đo và hiệu chuẩn lại thông số mỗi 6–12 tháng.
- Thay mới sau 3–5 năm với môi trường làm việc nặng.
Kết Luận
Rơ-le bảo vệ điện áp là thiết bị nhỏ nhưng cực kỳ quan trọng trong hệ thống điện công nghiệp. Nó giúp ngăn ngừa sự cố điện áp, giảm chi phí sửa chữa và tăng độ ổn định vận hành. Việc hiểu rõ nguyên lý, lựa chọn và cài đặt đúng rơ-le là yếu tố then chốt để đảm bảo hệ thống điện an toàn, tin cậy và bền bỉ.
H&T Automation là đơn vị chuyên cung cấp các khóa học, giải pháp và thiết bị về mảng tự động hóa, từ thiết kế hệ thống điều khiển, lập trình PLC – HMI đến tư vấn lựa chọn thiết bị công nghiệp.
Với đội ngũ kỹ sư giàu kinh nghiệm và định hướng chia sẻ kiến thức chuẩn kỹ thuật – thực tế, H&T Automation luôn đồng hành cùng khách hàng và học viên trên con đường phát triển tự động hóa thông minh, an toàn và hiệu quả.