Biến Dòng Là Gì? Cấu Tạo, Nguyên Lý Hoạt Đông Của Biến Dòng

Biến dòng là gì?

Tên Tiếng Anh của biến dòng là Current Transformer (ký hiệu là CT) . Đây là một thiết bị không thể thiếu đối với việc kiểm tra và đo lường điện năng.

Biến dòng là loại thiết bị biến đổi dòng điện thông thường được sử dụng nhằm biến đổi dòng điện lớn qua tải (một vài chục hoặc hàng nghìn A) sang dòng điện tỷ lệ thấp hơn nữa tại đầu biến đổi dòng (thông thường là 5 A) để sử dụng như tín hiệu đầu vào cho các thiết bị đo lường và điều khiển.

Ví dụ: Chúng ta thường thấy các loại biến dòng có tỷ số biến đổi 50/5 A đến 100/5 B và giữa 5000/5 B và. .. Những thông số trên có nghĩa là khi cho dây dẫn có dòng điện 100A đến 5000A chạy qua các biến dòng thì sẽ thu được dòng 5A tại đầu A của biến dòng.

5A là dòng điện đầu vào tối đa cho phép của các thiết bị như đồng hồ đo Ampe, Mạch điện tử, Bộ tụ bù, . .. Ngoài ra, đối với một số thiết bị điều khiển khác như PLC hay biến dòng có đầu vào cho phép khoảng 0-20 mA thì cần phải sử dụng thiết bị chuyển đổi tín hiệu.

Cấu tạo của biến dòng

Current Transformer là thiết bị đo dòng với cấu trúc bao gồm nhiều vòng dây được đặt trên một tấm kim loại từ. Nhiệm vụ của thiết bị là biến đổi dòng điện lớn trực tiếp chạy qua tải và mạch điện theo một tỷ lệ cố định. Chúng ta hay thấy những loại CT dòng 100/5 A, 300/5 B hay 100/1 C, 100/5 B. ... Điều này có nghĩa là khi cho dòng 100A và 300A qua CT dòng thì chỉ có thu được dòng 5A và 1A. Trên thực tế thì những thiết bị điều khiển bằng biến tần và PLC đều không thu được dòng 5A và 1A A cho nên buộc họ phải sử dụng đến chuyển đổi tín hiệu.

Biến dòng gồm những thành tố cơ bản nào:

- Primary current: Dòng điện sơ cấp.

- Secondary Winding: Cuộn dây thứ cấp.

- Ammeter: Đồng hồ đo dòng.

- Hollow Core: Lõi kín.

Nguyên lý hoạt động và thông số cơ bản

a. Nguyên lý hoạt động

Nguyên lý cảm ứng điện từ là phương pháp mà biến dòng hoạt động. Khi dòng điện xoay chiều chạy qua 1 dây dẫn thì xung quanh nó sẽ xuất hiện một vòng tròn, nó sẽ cảm ứng trên cuộn dây điện và sẽ xuất hiện một dòng điện trong đó.

Số vòng dây được quấn trong cuộn dây biến dòng sẽ tỷ lệ với dòng điện đo được trong mạch điện.

Biến dòng có 2 chế độ hoạt động chính là Chế độ mở mạch và chế độ ngắn mạch.

- Chế độ ngắn mạch thứ cấp: Khi thứ cấp mở mạch thì phía thứ cấp sẽ có điện áp cảm ứng với tần số cực cao rất nguy hại cho mạch và những thiết bị thứ cấp. Để tránh được sự quá tải trong mạch từ, người ta đã tạo ra biến dòng kép hay thường gọi là biến dòng có kẽ hở khí.

- Chế độ ngắn mạch sơ cấp: Trên dòng điện định mức, tỷ số của dòng ngắn mạch sơ cấp gọi là bội số dòng của biến dòng. Khi bội số dòng lớn thì sai số CT lớn và sai số này cũng tuỳ thuộc theo dòng thứ cấp hoặc tải. Thường với mạch bảo vệ thì bội số dòng điện của CT cần phải có giá trị để cho sai số của dòng dưới 10%.

Biến dòng có tỷ số dòng điện tỷ lệ nghịch với tổng số vòng dây quấn nên có thể điều chỉnh tỷ số biến dòng điện bằng cách điều chỉnh tổng số vòng dây quấn phía sơ cấp hoặc thứ cấp.

b. Thông số kỹ thuật của biến dòng

Hiện nay, hầu hết các biến dòng đã có chuẩn là 5 ampe (5 B) và 1 ampe (1 B) . Chúng ta cũng thấy những thông số tương tự trên CT là 100/5 B, 100/1 C hay 500/5 A.

Trong thực tế thì thông số 100/5 B có nghĩa là khi 100 ampe chạy trong cuộn biến dòng sẽ chuyển đổi sang 5 ampe (5 B) hoặc với tỷ lệ 500/5 thì đồng hồ cũng cho tỷ số là một dòng điện 5 ampe cho cuộn thứ cấp và 500 ampe cho dòng điện.

Cách đấu biến dòng của đồng hồ Ampe

Để có thể thực hiến đấu nối những loại biến dòng sơ cấp với các loại đồng hồ ampe thì bạn cần hiểu về cấu tạo của những dòng đồng hồ đo sơ cấp.

a. Đồng hồ Ampe là gì?

Đồng hồ Ampe là dạng đồng hồ có hình chữ nhật dùng để hiển thị dòng điện truyền qua và được thiết kế chia vạch tương tự những đồng hồ đo khác.

Thường bạn sẽ thấy một số ký hiệu trên đồng hồ Ampe như 100/5 A đến 300/5 B.

Những thông số trên có nghĩa là đồng hồ tiếp nhận input từ CT dòng 100/5 A đến 300/5 A.

Để dễ dàng nhất là khi mua đồng hồ trên ký hiệu CT dòng bao nhiêu hay 5 B bạn chỉ cần mua kèm theo con CT đo dòng sơ cấp như trên đồng hồ thông thường khác.

Đồng hồ Ampe có chức năng hiển thị dòng tải đi qua đồng hồ ở vị trí hiện nay là bao nhiêu và được chia thành 2 loại Ampe:

- Đồng hồ Ampe hiển thị dạng điện tử có chia vạch.

- Đồng hồ Ampe dạng điện tử sẽ hiển thị dạng số thay vì chạy chữ tương tự với đồng hồ cơ học.

b. Cách đấu dây biến dòng vào Đồng hồ Ampe

Biến dòng không có sự hỗ trợ của các nguồn nuôi. Chỉ cần dùng 2 dây điện thường đấu trực tiếp từ 2 đầu của con CT đo dòng điện với 2 đầu của đồng hồ ampe kế và đưa dây tải đến điểm nằm trong cảm biến dòng điện CT là được.

Biến dòng bảo vệ là như thế nào?

Biến dòng bảo vệ là một thiết bị đo lường cho những thiết bị relay bảo vệ vượt dòng (OC) và chạm đất (EF) hoặc những dạng relay combine OC-EF.

Biến dòng bảo vệ có một tính năng vượt trội nữa là khả năng chịu được những dòng điện lớn hơn nhiều lần dòng điện định mức (10 đến 20 lần) mà sai số luôn ở trong phạm vi cho phép.

Lõi sắt của biến dòng bảo vệ là loại có khả năng cân bằng từ trường của dòng điện lớn và không gây dao động từ trường. Vậy cho nên, giá của biến dòng bảo vệ cũng cao hơn biến dòng đo lường.

Biến dòng bảo vệ thông thường được sản xuất là biến dòng dạng vỏ thép Epoxy siêu bền và chống va chạm cao. Biến dòng lõi thép Epoxy sẽ giữ lõi đồng và cuộn dây quấn với nhau và không gây ra hiện tượng giật khi dòng điện lên cao.

Bên cạnh đó, cũng có một số loại biến dòng bảo vệ được sản xuất dưới dạng băng nhựa quấn. Thường các loại biến dòng bảo vệ là biến dòng dạng rắn quấn dây đồng xung quanh và băng nhựa quấn xung quanh nhằm bảo vệ.

Tính năng bảo vệ của biến dòng băng quấn sẽ không đáp ứng đủ những tiêu chuẩn để bảo vệ và dễ dàng bị chạm lõi thép hoặc cuộn dây đồng với những tủ điện. Biến dòng này sẽ chỉ được dùng cho các thiết bị điện có giá cao vì tính năng bảo vệ thường không có độ chính xác.

Biến dòng thứ tự không ZCT là như thế nào?

Zero current transformer thì cũng được gọi là biến dòng thứ tự không. Ngoài ra, chúng cũng có cách gọi khác là Core Balance Current Transformer. Trong thực tiễn, nếu thấy biến dòng thứ tự có ký hiệu ZCT thì gọi là biến dòng thứ tự không.

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

Tương tự như thế đối với trường hợp cách ly dây trung tính. Và dòng thứ tự không là dòng đi qua dây trung tính nối đất khi có trục trặc trong cách ly dây trung tính xuống đất.