Biến dòng là gì? Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý và cách lắp đặt

Máy biến dòng là thiết bị quan trọng trong đo lường và giám sát dòng điện, đặc biệt trong các hệ thống điện công nghiệp và tự động hóa. Việc lựa chọn đúng loại biến dòng không chỉ giúp bảo vệ thiết bị, đảm bảo an toàn mà còn tối ưu hiệu suất vận hành. Trong bài viết này, chúng tôi sẽ cùng bạn tìm hiểu chi tiết về biến dòng và những ứng dụng thực tế của nó.

Biến dòng là gì?

Biến dòng còn được gọi là máy biến dòng có tên Tiếng Anh là Current Transformer (ký hiệu là CT),  là loại thiết bị biến đổi dòng điện thường được sử dụng để biến đổi dòng điện lớn qua tải (vài chục đến hàng nghìn A) thành dòng điện tỷ lệ nhỏ hơn ở đầu ra biến dòng (thường là 5A) để sử dụng làm tín hiệu đầu vào cho các thiết bị đo lường, điều khiển. Đây là một thiết bị không thể thiếu trong hệ thống giám sát, đo lường điện năng.

Ví dụ: Chúng ta hay thấy các loại biến dòng có tỷ số biến đổi 50/5A, 100/5A, đến 5000/5A,… Những thông số này có nghĩa là khi cho dây dẫn có dòng điện 100A hay 5000A chạy qua lỗ biến dòng thì ta thu được dòng 5A ở đầu ra K-L của biến dòng.

5A là dòng điện đầu vào tối đa cho phép của các thiết bị như đồng hồ đo Ampe, Công tơ điện, Bộ điều khiển tụ bù,... Một số thiết bị điều khiển chỉ cho phép sử dụng đầu vào ở mức 0-20mA như Biến tần, PLC thì cần phải sử dụng thêm bộ chuyển đổi tín hiệu.

Cấu tạo của biến dòng

Biến dòng 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.

Nguyên lý hoạt động và thông số cơ bản

a. Nguyên lý hoạt động

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.

Tỷ lệ dòng điện này được căn cứ vào số vòng dây được cuốn trong cuộn dây biến dòng.

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 nguy 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%.

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 biến dòng

Hiện nay, hầu như các 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.

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 sẽ hiển thị dãy số thay vì chạy kim giống như đồng hồ cơ.

b. Cách đấu dây biến dòng vào Đồng hồ Ampe

Biến dòng 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 được.

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

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).

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 biến dòng bảo vệ phải được sản xuất theo tiêu chuẩn hoàn toàn khác với biến dòng đo lường.

Lõi thép của biến dòng bảo vệ là loại có khả năng ổn định từ trường của dòng điện lớn và không bị bão hòa từ. Cuộn dây thứ cấp của biến dòng bảo vệ cũng có khả năng chịu được dòng điện lớn trong thời gian ngắn. Vậy nên, giá thành của biến dòng bảo vệ thường cao hơn biến dòng đo lường.

Biến dòng bảo vệ thường được sản xuất là biến dòng dạng vỏ đúc Epoxy chịu nhiệt và chịu va đập cao. Biến dòng 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 biến dòng bảo vệ được sản xuất dưới dạng băng keo quấn. Thường những loại biến dòng này là biến dòng dạng tròn quấn dây đồng xung quanh và băng ke quấn ngoài để bảo vệ.

Tính năng bảo vệ của biến dòng 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. Biến dòng 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.

Biến dòng thứ tự không ZCT là gì?

Zero current transformer hay còn được gọi là biến dòng thứ tự không. Ngoài ra, chúng còn có tên gọi khác là Core Balance Current Transformer. Trong thực tế, chúng ta thấy biến dòng nào có ký hiệu ZCT thì chính là biến dòng thứ tự không.

Dòng thứ tự không có nghĩa là dòng trung tính trong trường hợp tải sử dụng dây trung tính. Là dòng tổng vectơ 3 pha. Trong trường hợp tải không sử dụng dây trung tính thì có thể xem dòng thứ tự không bằng 0.

Tương tự như vậy trong trường hợp cách ly dây trung tính. Và dòng thứ tự không là dòng đi qua dây trung tính xuống đất khi có sự cố trong hệ dây trung tính nối đất.

Nguyên lý hoạt động của ZCT:

- ZCT là biến dòng Pha – Trung tính (Zero-phase current Transformer), nó có chức năng phát tín hiệu về ELR (Rơ le rò điện – Earth leak- age Relay có chức năng nhận tín hiệu do ZCT đưa đến) khi có sự cố giật hoặc rò điện

- Bản chất vật lý của nguyên lý hoạt động ở hệ thống này là sự cảm ứng với từ trường xung quanh các dây điện L1-L2-L3-N của biến dòng pha trung tính.

- Từ trường tổng hợp của 4 dây điện này sẽ khác nhau trong trường hợp không xuất hiện dòng rò và trong trường hợp xuất hiện dòng rò, dẫn đến điện áp cảm ứng trong thiết bị sẽ khác nhau.

Chức năng của biến dòng thứ tự không ZCT là gì?

Chức năng chính của biến dòng thứ tự không ZCT đó là bảo vệ như: phòng chống điện giật từ cầu dao rò rỉ điện xuống đất, ngắn mạch rơle hay lỗi từ bộ ngắt mạch chạm đất…

Trên đây là một số thông tin cơ bản về máy biến dòng. Hy vọng bài viết giúp bạn hiểu rõ hơn và lựa chọn được sản phẩm phù hợp nhu cầu. Nếu cần thêm tư vấn chi tiết, vui lòng liên hệ với đội ngũ của chúng tôi để được hỗ trợ nhanh chóng.