Rơ le chống mất pha: bảo vệ động cơ 3 pha, cách chọn và đấu dây

Động cơ 3 pha là thiết bị bền bỉ, nhưng có một sự cố làm hỏng động cơ rất nhanh mà nhiều người không để ý: mất pha. Chỉ cần một pha bị đứt, cháy cầu chì hay lỏng tiếp điểm, động cơ có thể nóng lên và cháy cuộn dây trong thời gian ngắn. Rơ le chống mất pha là thiết bị nhỏ, giá thấp nhưng ngăn được phần lớn các sự cố này. Bài viết giải thích vì sao động cơ cần chống mất pha, cách chọn loại rơ le và cách đấu vào mạch khởi động động cơ, kèm ví dụ với dòng Tengen TGCR1.

Mất pha gây hại cho động cơ như thế nào?

Động cơ 3 pha cần đủ ba điện áp lệch pha nhau để tạo từ trường quay. Khi mất một pha:

• Động cơ đang dừng mà đóng điện: từ trường không quay, động cơ không khởi động được, chỉ kêu ù và hút dòng rất lớn. Nếu thiết bị bảo vệ không cắt kịp, cuộn dây nóng và cháy.
• Động cơ đang chạy mà mất pha: động cơ vẫn có thể tiếp tục quay nhờ quán tính và tải, nhưng dòng điện dồn vào hai pha còn lại tăng mạnh, cuộn dây quá nhiệt và giảm tuổi thọ cách điện, nặng thì cháy.

Hai sự cố thường đi kèm với mất pha:

• Đảo thứ tự pha: sau khi điện lực sửa chữa lưới, thay cáp hoặc đấu lại tủ, thứ tự pha có thể bị đảo. Động cơ sẽ quay ngược chiều. Với bơm, quạt, máy nén, băng tải, máy trộn, quay ngược có thể làm hỏng cơ khí hoặc gây mất an toàn.
• Điện áp bất thường: điện áp quá cao, quá thấp hoặc lệch giữa các pha cũng làm động cơ nóng. Mất cân bằng điện áp dù chỉ vài phần trăm cũng làm dòng điện giữa các pha lệch nhiều hơn, khiến một cuộn dây nóng hơn hẳn các cuộn khác.

Nguyên nhân mất pha thường gặp là đứt một dây nguồn, cháy một cầu chì, tiếp điểm một cực của aptomat hoặc contactor bị cháy rỗ, đầu cốt lỏng, hoặc sự cố trên lưới điện.

Rơ le chống mất pha hoạt động ra sao?

Rơ le chống mất pha (còn gọi là rơ le bảo vệ pha) giám sát điện áp ba pha L1-L2-L3 phía nguồn. Khi nguồn bình thường, tiếp điểm ra của rơ le đóng, cho phép contactor hút. Khi phát hiện mất pha, đảo pha hoặc điện áp bất thường, tiếp điểm mở để cắt cuộn hút contactor: động cơ không được đóng điện, hoặc bị cắt ra khỏi lưới nếu đang chạy mà điện áp bất thường.

Rơ le không trực tiếp đóng cắt dòng động cơ. Nó chỉ điều khiển mạch cuộn hút, nên một rơ le nhỏ lắp thanh ray bảo vệ được cả động cơ công suất lớn.

Chọn loại rơ le theo nhu cầu

Dòng Tengen TGCR1 có các model theo mức độ bảo vệ, theo catalogue hãng:

Mất pha và đảo pha tác động trong vòng 1 giây; tiếp điểm ra chịu 5 A 250 VAC, tự phục hồi khi nguồn trở lại bình thường.

Gợi ý chọn theo loại động cơ và điều kiện lưới:

• Chỉ cần chống mất pha và chống quay ngược (bơm nước, quạt hút, băng tải nhỏ, nơi lưới điện ổn định): chọn TGCR1-PH. Rơ le không cần cài đặt, lắp là dùng.
• Lưới điện hay dao động, cuối đường dây, khu công nghiệp nhiều tải lớn, hoặc động cơ đắt tiền như máy nén, bơm chìm: chọn TGCR1-PM để thêm bảo vệ quá áp, thấp áp và mất cân bằng.
• Máy nhập khẩu dùng điện 440 V hoặc 480 V, lưới 60 Hz, hoặc cần một tiếp điểm riêng để báo lỗi về đèn, còi, PLC: chọn TGCR1-PM2.

Đấu rơ le vào mạch khởi động động cơ

Một mạch khởi động trực tiếp điển hình gồm aptomat bảo vệ động cơ, contactor, rơ le nhiệt và rơ le chống mất pha:

1. Mạch động lực: nguồn 3 pha → aptomat → contactor → rơ le nhiệt → động cơ.
2. Đầu vào rơ le chống mất pha: lấy ba pha L1, L2, L3 phía nguồn, sau aptomat và trước contactor. Theo catalogue, rơ le chỉ phát hiện mất pha tại điểm đấu phía nguồn, không phát hiện mất pha phía tải.
3. Mạch điều khiển: nối tiếp cặp tiếp điểm 11-14 của rơ le (đóng khi nguồn bình thường) với nút dừng, tiếp điểm thường đóng của rơ le nhiệt và cuộn hút contactor. Khi có lỗi, một trong các tiếp điểm này mở và contactor nhả.
4. Bảo vệ ngắn mạch cho rơ le: theo catalogue, dùng cầu chì RT18-32 loại 6 A.

Với TGCR1-PM2, bộ tiếp điểm thứ hai (21-22-24) dùng để báo lỗi về đèn, còi hoặc ngõ vào PLC.

Để chọn trọn bộ thiết bị cho mạch khởi động, xem thêm các dòng aptomat bảo vệ động cơ (CB motor), contactor và rơ le nhiệt tại VITCO.

Giới hạn cần biết: vì sao vẫn cần rơ le nhiệt

Catalogue TGCR1 nêu rõ: rơ le phát hiện mất pha khi động cơ đóng điện, nhưng không phát hiện được mất pha trong lúc động cơ đang chạy. Nguyên nhân thường là khi động cơ đang quay, chính động cơ tạo lại điện áp trên pha bị mất, nên thiết bị giám sát điện áp vẫn "thấy" đủ ba pha.

Vì vậy, để bảo vệ động cơ trọn vẹn nên kết hợp:

• Rơ le chống mất pha: chặn động cơ khởi động khi thiếu pha, đảo pha hoặc điện áp bất thường.
• Rơ le nhiệt có bảo vệ mất pha (ví dụ Tengen TGR1) hoặc aptomat bảo vệ động cơ: phát hiện theo dòng điện, cắt khi động cơ quá tải hoặc mất pha trong lúc đang chạy.

Hai thiết bị bổ sung cho nhau, không thay thế nhau.

Catalogue cũng lưu ý không dùng rơ le ở phía đầu ra của biến tần hoặc bộ điều khiển dùng linh kiện bán dẫn. Động cơ chạy qua biến tần được bảo vệ mất pha bằng chức năng có sẵn của biến tần (lỗi mất pha đầu vào, đầu ra).

Ví dụ: trạm bơm cấp nước 3 pha

Một trạm bơm dùng động cơ 7,5 kW, 380 V, ở cuối đường dây nông thôn, điện áp hay sụt vào giờ cao điểm và từng bị đảo pha sau khi điện lực sửa lưới:

• Chọn TGCR1-PM: chống mất pha, chống quay ngược (tránh bơm chạy ngược không lên nước), cắt khi điện áp quá thấp làm động cơ nóng.
• Kết hợp rơ le nhiệt TGR1 chỉnh theo dòng định mức động cơ để bảo vệ quá tải và mất pha khi đang chạy.
• Nếu tủ có PLC hoặc cần gửi báo lỗi, chọn TGCR1-PM2 để dùng tiếp điểm thứ hai.

Xem các rơ le chống mất pha, bảo vệ pha và rơ le nhiệt tại VITCO.

Bài viết mang tính hướng dẫn chung. Việc chọn thiết bị bảo vệ cần dựa trên thông số động cơ, điều kiện lưới điện và thiết kế tủ điều khiển. Kỹ sư VITCO có thể hỗ trợ chọn bộ bảo vệ động cơ trọn gói qua trang yêu cầu báo giá.

Nguồn tham khảo

• Tengen, catalogue TGCR1 Series Control Relay: bảng chức năng, thông số kỹ thuật, sơ đồ đấu dây và lưu ý sử dụng.
• IEC 60947-5-1: Thiết bị điều khiển và phần tử đóng cắt mạch điều khiển (loại sử dụng AC-15).