- Biến dòng [Current Transformer - CT] là thiết bị thường được dùng trong các mạch đo lường, giám sát dòng điện.
- Nói một cách dễ hiểu thì biến dòng điện là thiết bị điện dùng để biến đổi dòng điện có trị số cao xuống dòng điện có trị số nằm trong dải tiêu chuẩn 5A và 1A.
- Biến dòng [CT] được cấu tạo từ các vòng dây được cuộc trên một khung sắt từ và hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ. Khi dòng điện xoay chiều chạy qua 1 dây dẫn, xung quanh nó sẽ xuất hiện một điện trường, điện trường này cảm ứng lên cuộn dây và sẽ xuất hiện một dòng điện trong đó. Tỷ lệ dòng điện này được căn cứ vào số vòng dây được cuốn trong cuộn dây biến dòng.
Trên thực tế, chúng ta thường thấy các loại CT dòng 100/5A, 300/5A, 100/1A, 100/5A….Điều này có ý nghĩa là khi cho dòng 100A, 300A qua CT dòng thì ta có thu được dòng 5A, 1A. Dòng đầu ra này được dùng đưa vào các đồng hồ đo đếm điện hoặc các bộ Tranducer chuyển về dạng tín hiệu Analog để đưa vào biến tần, PLC,...
Cấu tạo biến dòng - CT
Current Transformer là thiết bị đo dòng cấu tạo gồm nhiều vòng dây được cuộc trên một khung sắt từ. Nhiệm vụ của nó là biến đổi dòng điện lớn trực tiếp chạy qua tải, mạch động lực theo một hệ số nhất định. Có 3 loại CT dòng cơ bản trên thị trường hiện nay là: dây quấn, vòng, khối.
Như hình vẽ, chúng ta có thể thấy được cấu tạo của một bộ biến dòng. Trên thực tế, chúng ta thường thấy các loại CT dòng 100/5A, 300/5A, 100/1A, 100/5A…. Vậy các thông số này có ý nghĩa gì ? Thông số này có ý nghĩa là khi cho dòng 100A, 300A qua CT dòng thì ta có thu được dòng 5A, 1A. Trên thực tế, các thiết bị điều khiển như biến tần, PLC lại không đọc được dòng 5A, 1A này nên bắt buộc ta phải sử dụng thêm bộ chuyển đổi tín hiệu.
Máy biến dòng ra đời nhằm thay đổi cường độ dòng điện theo mong muốn bởi hiện nay, việc sử dụng các thiết bị điện áp phù hợp là một vấn đề mà cúng ta đều phải lưu ý. Cùng tìm hiểu về loại máy biến dòng qua bài viết dưới đây.
1.Tổng quan về máy biến dòng
Tìm hiểu khái niệm, nguyên lý hoạt động, thông số cơ bản và cách đấu dây biến dòng ở mục này nhé.
1.1. Khái niệm cấu tạo
Máy biến dòng hay còn gọi tắt là biến dòng, có tên Tiếng Anh là Current Transformer [được ký hiệu là CT]. Đây là một thiết bị không thể thiếu trong hệ thống giám sát, đo lường điện năng.
Biến dòng là loại máy biến điện áp thường được sử dụng để giảm một dòng điện xoay chiều [AC]. Nó tạo ra một dòng điện trong cuộn thứ cấp của nó tỷ lệ với dòng điện đi qua nó theo một hệ số nhất định. Vì dụ như chúng ta hay thấy các loại CT dòng 100/5A, 330/5A, 100/1A hay 500/1A,… Những thông số này có nghĩa là khi cho dòng 100A hay 300A qua CT dòng thì ta thu được dùng 5A, 1A. Trong thực tế, những thiết bị diều khiển như biến tần, PLC không đọc được dòng 5A và 1A nên buộc phải siwr dụng thêm bộ chuyển đổi tín hiệu.
Đây là thiết bị đo dòng với cấu tạo gồm nhiều vòng dây được cuộn trên một khung sắt từ, bao gồm các thành phần chính sau:
- Primary current: Dòng điện sơ cấp.
- Secondary Winding: Cuộn dây thứ cấp.
- Ammeter: Đồng hồ đo dòng.
- Hollow Core: Lõi rỗng.
1.2. Nguyên lý hoạt động và thông số cơ bản
a.Nguyên lý hoạt động
Máy biến dòng hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ. Khi dòng điện xoay chiều chạy qua 1 dây dẫn, xung quanh nó sẽ xuất hiện một điện trường, điện trường này cảm ứng lên cuộn dây và sẽ xuất hiện một dòng điện trong đó. Tủ lệ dòng điện này được căn cứ vào số vòng dây được cuốn trong cuộn dây biến dòng.
Máy biến dòng có 2 chế độ làm việc cơ bản: Chế độ hở mạch và chế độ ngắn mạch.
- Chế độ hở mạch thứ cấp: khi thứ cấp hở mạch, phía thứ cấp sẽ có điện áp cảm ứng với biên độ rất cao gây nguye hiểm cho người và các thiết bị thứ cấp. Để chống được hiện bão hòa trong mạch từ,người ta còn chế tạo ra biến dòng tuyến tính hay còn gọi là biến dòng có khe hở không khí.
- Chế độ ngắn mạch của dòng sơ cấp, thứ cấp có phụ tải Z2: tỷ số giữa dòng ngắn mạch sơ cấp trên dòng định mức gọi là bội số dòng của máy biến dòng. Khi bội số này lớn, sai số CT tăng và sai số này còn phụ thuộc vào dòng thứ cấp hoặc tải. Thường với mạch bảo vệ, bội số dòng điện của CT dòng phải đạt giá trị sao cho sai số của nó dưới 10%.
Vì máy biến dòng có tỷ số dòng điện tỷ lệ nghịch với số vòng dây quấn nên có thể thay đổi tỷ số biến dòng bằng cách thay đổi số vòng dây quấn phía sơ cấp hoặc thứ cấp.
b.Thông số cơ bản của máy biến dòng
Hiện nay, hầu như các máy biến dòng đều có tiêu chuẩn là 5 ampe [5A] và 1 ampe [1A]. Chúng ta thường bắt gặp các thông số này trên CT: 100/5A, 100/1A hay 500/5A.
Trong đó, thông số 100/5A có nghĩa là khi 100 ampe chạy trong cuộn biến dòng sẽ chuyển thành 5 ampe [5A] hoặc với tỷ lệ 500/5 thì chúng cũng cho kết quả là một dòng điện 5 ampe cho cuộn thứ cấp và 500 ampe cho cuộn sơ cấp.
1.3. Cách đấu biến dòng vào đồng hồ ampe
Để có thể thực hiến đấu nối các loại biến dòng sơ cấp với các loại áp kế ampe, ta cần nằm rõ bản chất của các dòng đồng hồ áp kế này.
a.Đồng hồ ampe là gì?
Đồng hồ ampe là dạng đồng hồ thiết kế hình vuông dùng để hiển thị dòng điện đi qua, được thiết kế chia vạch như các đồng hồ đo áp suất.
Thường ta sẽ bắt gặp một số ký hiệu trên đồng hồ ampe: 100/5A hay 300/5A. Những thông số này có nghĩa là đồng hồ nhận input từ CT dòng 100/5A hoặc 300/5A. Để đơn giản nhất, khi mua đồng hồ trên ký hiệu CT dòng bao nhiêu/5A thì chỉ cần mua kèm theo con CT đo dòng sơ cấp giống trên đồng hồ về lắp.
Đồng hồ ampe có chức năng hiển thị dòng tải đi qua nó tại thời điểm hiện tại là bao nhiêu, được chia làm 2 loại ampe:
- Đồng hồ ampe hiển thị dạng cơ có chia vạch.
- Đồng hồ ampe dạng điện tử có chức năng hiển thị dãy số thay vì chạy kim giống như đồng hồ cơ.
b.Cách đấu dây biến dòng vào đồng hồ ampe:
Việc đấu nối này khá đơn giản. Đặc biệt, nó không có sự tham gia của các nguồn nuôi. Chỉ cần dùng 2 dây điện bình thường đấu song song từ 2 chân của con CT đo dòng điện với 2 chân của đồng hồ ampe kế rồi luồn dòng tải vào lỗ ở giữa cảm biến dòng điện CT là xong.
2.Các khái niệm về biến dòng
2.1. Biến dòng bảo vệ là gì?
Biến dòng bảo vệ là một thiết bị đo lường cho các thiết bị relay bảo vệ quá dòng [OC], chạm đất [EF] hoặc các dạng relay combine OC-EF.
Nguyên lý hoạt động của biến dòng bảo vệ cũng tương tự các biến dòng khác để biến đổi dòng điện giá trị cao sang các dòng điện chuẩn tín hiệu [1A hoặc 5A].
Tuy nhiên, biến dòng bảo vệ có một ưu điểm đặc biệt đó là khả năng chịu đựng được các dòng điện quá tải gấp nhiều lần dòng định mức [10 đến 20 lần] mà độ chính xác vẫn nằm trong giới hạn cho phép. Chính vì tính năng đặc biệt này mà PCT phải được sản xuất theo tiêu chuẩn hoàn toàn khác với biến dòng đo lường [MCT].
Lõi thép của PLC là loại có khả năng ổn định từ trường của dòng điện lớn và không bị bão hòa từ. Cuộn dây thứ cấp của PCT cũng có khả năng chịu được dòng điện lớn trong thời gian ngắn. Vậy nên, giá thành của PCT thường cao hơn MCT nhiều.
PCT thường được sản xuất là dạng vỏ đúc Epocxy chịu nhiệt và chịu va đập cao. Vỏ đúc Epoxy giúp cố định lõi thép và cuộn dây quấn với nhau, không xảy ra tình trạng rung khi dòng điện tăng cao.
Bên cạnh đó, vẫn có một số loại PCT được sản xuất dưới dạng băng keo quấn. Thường những loại này là dạng tròn quấn dây đồng xung quanh và băng ke quấn ngoài để bảo vệ. Dĩ nhiên, tính năng bảo vệ của PCT băng quấn sẽ không đáp ứng đầy đủ các yêu cầu về bảo vệ và dễ bị chạm lõi sắt hoặc cuộn dây đồng với các thanh đồng điện. Loại này thường chỉ được dùng cho những tủ điện có giá thành rẻ và tính năng bảo vệ hầu như không có độ chính xác.
2.2. Biến dòng đo lường là gì?
Biến dòng đo lường là một loại thiết bị quan trọng được thiết kế để tạo ra dòng điện xoay chiều trong cuộn dây thứ cấp và có tỉ lệ với cường độ dòng điện sơ cấp của chính nó.
Đây là thiết bị điện không thể thiếu trong hệ thống đo lường hiện nay. Chúng có nhiệm vụ chuyển đổi giá trị dòng điện rất lớn từ nguồn sang những giá trị dòng điện nhỏ hơn gấp nhiều lần mà có thể đưa vào các thiết bị đọc được như đồng hồ ampe kế, công tơ điện,… Mục đích của việc này là để giám sát sản lượng cũng như chất lượng của nguồn cấp điện.
Hầu hết các nhà máy đều có sử dụng các loại biến dòng đo lường. Chúng giúp nhà quản lý theo dõi, giám sát được giá trị dòng điện của nguồn điện. Hiện nay, các biến dòng đo lường còn xuất được tín hiệu 4-20mA về máy chủ để lưu trữ, phân tích và điều khiển hệ thống.
Các biến dòng đo lường thường được lắp trên các tủ điện nguồn, tủ động lực và các dây điện đi xuyên qua tâm của chúng.
Biến dòng đo lường có 2 loại đó là biến dòng đo lường trung thế và biến dòng đo lường hạ thế.
2.3. Máy biến dòng hạ thế
Máy biến dòng hạ thế là thiết bị biến dòng đảm nhiệm chức năng biến đổi dòng điện cao từ nguồn thành dòng điện thấp có thể đọc được trên các đồng hồ đo dòng, ampe kế hay công tơ điện trong khu vực điện hạ thế. Điểm đặc biệt ở đây là khu vực điện hạ thế nên điện áp cũng như dòng điện đã được hạ xuống tầm 1.2kV. Vậy nên, giá trị của cuộn sơ cấp cũng rơi vào khoảng vài trăm A và ngõ ra có thể chọn loại 5A hoặc 1A.
Máy biến dòng hạ thế thường có lõi tôn bằng tôn silic chất lượng cao, có định hướng, độ thẩm từ cao, tổn hao thấp. Lõi tôn và cuộn dây còn được bao bằng bằng Epoxy đám bảo cách điện giữa cuộn dây thứ cấp với cuộn dây sơ cấp [cáp hoặc thanh cái].
Biến dòng hạ thế thường được sản xuất theo tiêu chuẩn: IEC60044-1, IEC61869-2 và TCVN7697-1.
Trên đây là những thông tin chi tiết về máy biến dòng. Hi vọng bài viết sẽ mang lại nội dung hữu ích, giúp bạn đọc lựa chọn được loại máy biến dòng phù hợp với nhu cầu của mình.