Quá tải nhiệt không xảy ra ngẫu nhiên mà là kết quả của nhiều yếu tố tương tác. Về cơ bản, nó xảy ra khi các bộ phận hoặc hệ thống điện chịu tải vượt quá khả năng thiết kế của chúng, tạo ra nhiệt dư thừa. Dưới đây, chúng ta sẽ phân tích ba nguyên nhân chính:

Quá tải thiết bị xảy ra khi động cơ hoặc mạch điện xử lý dòng điện vượt quá công suất định mức của chúng. Tải trọng bổ sung này tạo ra nhiệt dư thừa làm hỏng cuộn dây động cơ và các bộ phận khác. Các tình huống phổ biến bao gồm kết nối nhiều thiết bị công suất cao với một mạch duy nhất hoặc vận hành động cơ vượt quá thông số kỹ thuật của chúng.

Đặc biệt đáng lo ngại là hơn 50% các tòa nhà dân cư ở Hoa Kỳ đã hơn 30 năm tuổi, với hệ thống dây điện không được thiết kế cho nhu cầu năng lượng hiện đại. Các dấu hiệu cảnh báo bao gồm đèn nhấp nháy, cầu dao thường xuyên ngắt, ổ cắm ấm hoặc đổi màu, mùi khét và tiếng vo ve.

Các vấn đề về cơ học làm tăng điện trở bên trong động cơ, buộc chúng phải hoạt động vất vả hơn và tiêu thụ nhiều điện năng hơn. Các ví dụ phổ biến bao gồm sai lệch trục gây ra ma sát và ổ trục bị mòn tạo ra điện trở bổ sung. Cả hai điều kiện đều đẩy động cơ vượt quá khả năng nhiệt của chúng.

Phân tích độ rung chứng minh hiệu quả để theo dõi tình trạng của ổ trục, vì các kiểu mòn tạo ra những thay đổi có thể phát hiện được về tần số và biên độ rung, đóng vai trò là dấu hiệu cảnh báo sớm.

Mất cân bằng điện đề cập đến dòng điện không đều tạo ra nhiệt bổ sung và gây căng thẳng cho các bộ phận. Trong hệ thống ba pha, mất pha buộc các pha còn lại phải mang nhiều dòng điện hơn, làm quá nhiệt cuộn dây động cơ. Quá tải mạch xảy ra khi nhu cầu năng lượng vượt quá công suất, thường do hệ thống dây điện bị lỗi, bộ ngắt mạch bị trục trặc hoặc không đủ ổ cắm dẫn đến việc sử dụng dây nối dài không an toàn.

Thống kê an toàn cho thấy các lỗi điện gây ra khoảng 46.700 vụ cháy nhà hàng năm, gây thiệt hại hơn 1,5 tỷ đô la. Môi trường công nghiệp phải đối mặt với thời gian ngừng hoạt động tốn kém và thay thế thiết bị do các sự cố quá tải nhiệt.

Quá tải nhiệt gây hại cho hệ thống điện theo nhiều cách, gây hư hỏng thiết bị, các mối nguy hiểm về an toàn và gián đoạn hoạt động với cả các lỗi tức thì và sự suy giảm lâu dài.

Quá tải nhiệt thường tấn công các bộ phận hệ thống yếu nhất. Cách điện dây thường bị ảnh hưởng đầu tiên, vì dòng điện quá mức làm tan chảy cách điện, làm lộ các dây dẫn ra các nguồn đánh lửa tiềm ẩn. Động cơ phải đối mặt với những rủi ro tương tự, với các cuộn dây quá tải bị hỏng cách điện có thể dẫn đến đoản mạch hoặc hỏng hoàn toàn.

Máy biến áp phải đối mặt với những nguy hiểm tương tự, vì quá nhiệt làm suy giảm cách điện trong các bộ phận chứa dầu, làm tăng nguy cơ hỏa hoạn. Quá tải liên tục cũng làm hỏng hệ thống dây điện, ổ cắm và bộ ngắt mạch, rút ngắn tuổi thọ của chúng thông qua áp lực tích tụ.

Các rủi ro về an toàn do quá tải nhiệt dao động từ nghiêm trọng đến có khả năng gây chết người. Cháy điện gây ra mối đe dọa tức thì nhất, vì dây điện quá nóng và ổ cắm bị hỏng có thể đạt đến nhiệt độ bắt lửa. Từ năm 2011-2020, Cục Thống kê Lao động Hoa Kỳ đã ghi nhận 33.890 thương tích và bệnh tật liên quan đến nhiệt tại nơi làm việc, cộng với 999 trường hợp tử vong từ năm 1992-2021, nhấn mạnh tầm quan trọng của việc quản lý rủi ro nhiệt.

Cách điện bị hỏng cũng làm tăng nguy cơ điện giật bằng cách lộ các dây dẫn, tạo ra khả năng bị điện giật từ khó chịu nhẹ đến thương tích đe dọa tính mạng.

Ngoài hư hỏng linh kiện và các vấn đề về an toàn, quá tải nhiệt còn gây ra những gián đoạn hoạt động tốn kém. Khi hệ thống quá nóng, các bộ ngắt mạch bảo vệ sẽ ngắt để ngăn ngừa hỏa hoạn nhưng đồng thời cũng dừng sản xuất. Trong sản xuất, ngay cả thời gian ngừng hoạt động ngắn cũng có thể gây ra những tổn thất đáng kể.

Các hệ thống quá tải cũng hoạt động kém hiệu quả hơn, tiêu thụ nhiều năng lượng hơn trong khi mang lại hiệu suất không nhất quán. Tình trạng căng thẳng nhiệt kéo dài sẽ đẩy nhanh quá trình suy giảm vật liệu, dẫn đến hỏng thiết bị sớm có thể dẫn đến ngừng hoạt động hoàn toàn.

Ngăn ngừa quá tải nhiệt đòi hỏi phải kết hợp các thiết bị bảo vệ thích hợp, thiết kế thông minh và bảo trì thường xuyên để xác định và giải quyết các vấn đề trước khi chúng trở thành mối nguy hiểm về an toàn hoặc hỏng thiết bị.

Các thiết bị quan trọng này bảo vệ động cơ bằng cách theo dõi dòng điện và ngắt nguồn điện trong quá trình quá tải kéo dài. Chúng thường sử dụng các dải lưỡng kim uốn cong khi được làm nóng, kích hoạt cơ chế tắt máy. Có sẵn các phiên bản đặt lại thủ công hoặc tự động, việc cài đặt ngưỡng dòng điện thích hợp là rất cần thiết—quá thấp sẽ gây ra thời gian ngừng hoạt động không cần thiết, trong khi quá cao sẽ có nguy cơ bảo vệ không đầy đủ.

Thiết bị có kích thước chính xác phù hợp với tải trọng dự kiến sẽ ngăn ngừa quá nhiệt. Các hệ thống quá lớn có thể hoạt động quá mức, trong khi các thiết bị quá nhỏ hoạt động ở công suất tối đa liên tục, cả hai đều tạo ra nhiệt không cần thiết. Bảo trì thường xuyên nên bao gồm:

• Kiểm tra trực quan để tìm hư hỏng hoặc ăn mòn
• Kiểm tra hiệu chuẩn để cài đặt nhiệt độ
• Kiểm tra chức năng bằng cách mô phỏng các điều kiện quá tải

Thông gió đầy đủ cũng chứng minh là rất quan trọng để tản nhiệt, trong khi việc duy trì nhật ký lịch sử chuyến đi giúp xác định các vấn đề đang phát triển.

Trong khi rơ le quá tải bảo vệ động cơ, cầu dao và cầu chì bảo vệ toàn bộ mạch. Bộ ngắt mạch kết hợp các phần tử nhiệt và từ tính để phản ứng với cả quá tải liên tục và ngắn mạch đột ngột. Cầu chì nóng chảy khi tiếp xúc với dòng điện quá mức, yêu cầu thay thế sau khi kích hoạt. Cùng nhau, chúng tạo ra các hệ thống phòng thủ nhiều lớp với khả năng dự phòng tích hợp.

Quá tải nhiệt gây ra những mối đe dọa nghiêm trọng cho hệ thống điện, có khả năng gây hư hỏng thiết bị, các sự cố an toàn và gián đoạn hoạt động. Các biện pháp phòng ngừa hiệu quả là rất quan trọng để duy trì hoạt động an toàn, đáng tin cậy. Những hiểu biết cốt lõi bao gồm:

• Quá tải thiết bị, các vấn đề về cơ học và mất cân bằng điện đại diện cho các nguyên nhân chính
• Tác động bao gồm từ hư hỏng linh kiện đến các mối nguy hiểm về an toàn và thời gian ngừng hoạt động của hệ thống
• Phòng ngừa yêu cầu rơ le quá tải, kích thước thiết bị thích hợp và thiết bị bảo vệ mạch

Đáng chú ý, động cơ cảm ứng ba pha chiếm gần 80% các ứng dụng công nghiệp, trong khi quá tải điện là nguyên nhân hàng đầu gây ra sự cố mạch dân dụng. Những thống kê này nhấn mạnh sự cần thiết của thiết bị bảo vệ đáng tin cậy.

Thông qua việc kiểm tra thường xuyên, các bộ phận có kích thước phù hợp và phản ứng nhanh chóng với các dấu hiệu cảnh báo, các tổ chức có thể giảm thiểu hiệu quả các rủi ro quá tải nhiệt, đảm bảo an toàn và độ tin cậy của hệ thống điện đồng thời bảo vệ các khoản đầu tư vào thiết bị.