Biến Dòng Là Gì? Tìm Hiểu Cấu Tạo – Nguyên Lý Hoạt Động Của Máy Biến Dòng

Chúng ta đều biết, chỉ số điện áp của các thành phần trong hệ thống điện thường rất lớn. Vì thế mà không thể đưa trực tiếp vào dụng cụ đo trực tiếp hoặc rơ le hay các thiết bị tự động khác. Các dụng cụ và thiết bị trên phải được đấu nối qua máy biến dòng. Vậy biến dòng là gì? Cấu tạo, nguyên lý hoạt động của máy biến dòng như thế nào? Bài viết dưới đây của Điện Châu Á sẽ giải đáp những câu hỏi trên cho các bạn.

Khái niệm về các loại biến dòng

Trong thực tế có rất nhiều loại biến dòng được thiết kế để phục vụ các nhu cầu của con người.

Biến dòng là gì?

Biến dòng hay còn được gọi là máy biến dòng (tên tiếng Anh là Current Transformer) có ký hiệu là CT. Đây là một thiết bị được lắp đặt đi qua nguồn cung cấp cho tải hoặc dây động lực một cách gián tiếp. Về bản chất, chúng được sử dụng để giám sát nguồn điện cấp vào cho tải để đi đến từng thiết bị. Biến dòng là công cu dùng để chuyển đổi giá trị dòng điện cao xuống giá trị dòng điện thấp hơn. Ví dụ: Chuyển từ dòng điện 5A sang 4-20mA, chuyển từ dòng điện 500A sang 5A.

Biến dòng MCT là gì?

Biến dòng MCT hay còn gọi là biến dòng đo lường. Đây là một loại biến thể khác của biến dòng, MCT là từ viết tắt của Measuring Current Transformer.

Biến dòng đo lường là một loại thiết bị được thiết kế dựa theo nguyên lý làm việc của biến dòng. Chúng thường được dùng để đo lường dòng điện áp 1 pha, 2 pha hay 3 pha tới các thiết bị nhận tín hiệu như PLC, màn hình hiển thị HMI,…

Tại Việt Nam, điện áp được chia thành 3 loại chính là: Điện áp hạ thế, điện áp trung thế và điện áp cao thế. Khi giá trị cấp điện áp nhỏ hơn 1000V (1kV) thì được gọi là điện hạ thế. Khi giá trị này trong khoảng từ 1kV đến 25KV gọi là điện trung thế. Khi giá trị trên từ khoảng 35kV đến 220KV được gọi là điện cao thế.

Dựa vào sự phân chia điện áp, máy biến dòng MCT cũng được chia thành 2 loại biến dòng, đó là: Biến dòng đo lường hạ thế và Biến dòng đo lường trung thế.

Biến dòng đo lường hạ thế là gì?

Biến dòng đo lường hạ thế là loại biến dòng được sử dụng để đo lường điện áp tại những khu vực điện áp hạ thế ( khu vực dòng điện đã được giảm xuống ). 

Khi dòng điện áp được giảm xuống nhờ vào cuộn dây sơ cấp. Thì lúc này dòng điện chỉ còn vài trăm Ampe đổ lại. Để có thể đo lường được dòng điện tại đây, chúng ta phải sử dụng biến dòng đo lường hạ thế. Vì tín hiệu lúc này ở ngõ ra của biến dòng sẽ có giá trị 5A hoặc 1A. Vậy nên, khi dòng điện ra đã nhỏ lại, nó sẽ phù hợp với các thiết bị đo lường hạ thế hay điều khiển để giám sát điện áp hạ thế.

Biến dòng đo lường trung thế là gì?

Tương tự với biến dòng đo lường hạ thế, biến dòng đo lường trung thế là thiết bị dùng để đo lường điện áp trung thế. Nó cấu cấu tạo và thiết kế đặc biệt để phù hợp trong việc đo lường dòng điện lớn hơn 1000V. Có rất nhiều loại thiết kế đo lường trung thế khác nhau, phụ thuộc vào mục đích sử dụng của nó. Chúng có thể được đúc bằng epoxy hoặc ngâm dầu.

Điện áp ngõ ra của biến dòng đo lường trung thế thường ở điện áp 5A hoặc 1A. Thông thường điện áp ngõ ra do biến dòng chuyển đổi sẽ nhỏ hơn rất nhiều lần. Để có thể phù hợp với nhiều thiết bị trong hệ thống giám sát dòng điện nhằm bảo vệ thiết bị.

Biến dòng thứ tự không ZCT là gì?

Biến dòng thứ tự không ZCT là bộ biến dòng được dùng để đo lường các đường dây trung tín. ZCT là từ viết tắt của Zero Current Transformer.

Ứng với điện áp 3pha, sẽ  luôn có 1 dây trung tín kèm theo nó. Biến dòng thứ tự không ZCT này được tạo ra để đo lường điện áp của dây trung tính này.

Nguyên lý đo lường của loại biến dòng thứ tự không ZCT này là nó sẽ tính tổng vectơ của điện áp 3 pha. Đối với trường hợp, tải không sử dụng dây trung tính, thì nó sẽ được cho bằng 0. Điều này giống với khi chúng ta cách ly dây trung tín. Thông thường dây trung tính được nối thẳng xuống đất, nên chức năng của biến dòng thứ tự không ZCT là dùng để phòng chống điện giật từ cầu dao gây rò rỉ điện xuống đất, ngắt mạch rơle hoặc lỗi từ bộ ngắt mạch chạm đất,…

Cấu tạo của máy biến dòng

Biến dòng là thiết bị do dòng có cấu tạo gồm nhiều vòng dây được cuộn trên một khung sắt từ. Cấu tạo của biến dòng khá là đơn giản, vì chỉ dùng để chuyển đổi giá trị dòng điện cao hơn xuống dòng điện thấp hơn. Biến dòng sẽ gồm những bộ phận dưới đây:

Lõi rỗng còn gọi là Magnetic core/Hollow core

Cuộn dây thứ cấp còn gọi là Secondary winding around the core

Cuộn dây sơ cấp hay dòng điện sơ cấp còn gọi là Primary winding of the CT.

Lõi rỗng của biến dòng

Lõi rỗng của biến dòng có cấu tạo giống phần lõi thép của máy biến áp. Phần lõi này phải được làm từ vật liệu có từ tính. Để cảm nhận được điện trường trong dòng điện. Chủ yếu lõi rỗng được làm từ những nam châm vĩnh cửu hoặc những miếng thép silicon, những miếng sắt mỏng ghép lại với nhau tạo thành một khối dày.

Cuộn dây thứ cấp của biến dòng

Cuộn dây thứ cấp chính là cuộn dây ngõ ra trong biến dòng. Chúng là những dây điện thông thường được cuốn xung quanh, sát nhau tại thành của lõi biến dòng. Cuộn dây thứ cấp có nhiệm vụ dùng để cho ra tín hiệu 5A, 1A,…

Dòng điện sơ cấp của biến dòng

Dòng điện sơ cấp chính là dòng điện được nối quá phần trung tâm của biến dòng. Đường dây này sẽ có dòng điện áp từ vài trăm ampe trở lên.

Nguyên lý hoạt động 

Hoạt động của máy biến dòng dựa trên nguyên lý cơ bản của cảm ứng điện từ. Khi có dòng điện xoay chiều chạy qua 1 dây dẫn. Thì xung quanh nó sẽ xuất hiện một điện trường. Điện trường này có thể cảm ứng lên cuộn dây và xuất hiện một dòng điện trong đó. Tỷ lệ dòng điện này có căn cứ dựa vào số vòng dây được cuốn vào trong cuộn dây biến dòng.

Các chế độ hoạt động của máy biến dòng

Biến dòng hày còn gọi là CT có 2 chế độ làm việc cơ bản, đó là: Chế độ ngắn mạch và chế độ hở mạch.

Chế độ ngắn mạch của dòng sơ cấp, thứ cấp có phụ tải Z2

Bội số dòng của máy biến dòng chính là tỷ số giữa dòng ngắn mạch sơ cấp trên dòng định mức. Khi bội số này có giá trị lớn, sai số CTs sẽ tăng, sai số này còn phụ thuộc vào dòng thứ cấp hoặc tải. Bội số dòng điện của CT dòng phải đạt giá trị sao cho sai số của nó nhỏ hơn 10% đối với mạch bảo vệ.

Chế độ mạch hở thứ cấp

Khi cuộn thứ cấp hở mạch, phía thứ cấp sẽ xuất hiện điện áp cảm ứng với biên độ rất cao, gây nguy hiểm cho người và các thiết bị thứ cấp. Để giảm thiểu hiện tượng bảo hòa trong mạch từ, người ta chế tạo ra máy biến dòng có khe hở không khí. Hay còn được gọi là biến dòng tuyến tính.

Thông số cơ bản của biến dòng

Trên thị trường hiện nay, hầu hết các biến dòng đều có tiêu chuẩn là 5 ampe (5A) và 1 ampe (1A). Chúng ta có thể hiểu các thông số 100/5A, 100/1A hay 500/5A được ghi trên biến dòng như sau: Thông số 100/5A nghĩa là khi điện áp 100 ampe (100A) chạy trong cuộn dây biến dòng sẽ được chuyển thành 5 ampe (5A). Tương tự với tỷ lệ 500/5A thì sẽ cho kết quả là một dòng điện 500 ampe cho cuộn sơ cấp và 5 ampe cho cuộn thứ cấp.

Phân loại các loại biến dòng

Tùy thuộc vào ứng dụng và mục đích sử dụng, biến dòng được phân loại ra như sau:

Biến dòng hở ở dạng kẹp

Biến dòng hở ở dạng kẹp là loại biến dòng có thể tháo rời ra. Chủ yếu được ứng dụng để đo dòng điện ở những vị trí khó lắp đặt trực tiếp. Phải dùng loại này mới có thể đo được điện áp.

Ngày nay, để đo trực tiếp điện áp hoặc dòng điện chạy trong mạch, tủ điện,… người ta sử dụng biến dòng dạng kẹp dạng cầm tay. Chúng chủ yếu được ứng dụng để giám sát hoặc xem xét có dòng điện chạy qua mạch không.

Biến dòng dạng dây quấn

Biến dòng dạng dây quấn sẽ có cuộn sơ cấp được kết nối trực tiếp với các dây dẫn để đo cường độ dòng điện chạy trong mạch. Tỷ số vòng dây quấn của máy biến dòng sẽ ảnh hưởng đến cường độ dòng điện trong cuộn thứ cấp.

Biến dòng dạng vòng

“Vòng” của biến dòng dạng vòng sẽ không được cấu tạo ở cuộn sơ cấp. Cường độ của dòng điện chạy trong mạch sẽ được truyền trực tiếp và chạy thẳng qua khe cửa hay lỗ hổng của “vòng”. Hiện nay, một số máy biến dòng dạng vòng được bổ sung thêm chi tiết “chốt chẻ”. Nó có tác dụng cho lỗ hổng hay khe cửa của máy biến dòng có thể mở ra để cài đặt và sau đó đóng lại. Mà không cần phải ngắt mạch cố định.

Biến dòng dạng thanh khối

Biến dòng dạng thanh khối là một trong các loại máy biến dòng được dùng trong các loại dây cáp, thanh cái của mạch điện chính. Chúng chỉ có một vòng dây duy nhất. Và hoàn toàn tách biệt với nguồn điện áp cao đang vận hành trong mạch. Loại biến dòng này luôn được kết nối với cường độ dòng điện tải có trong mạch điện.

Biến dòng dạng bộ chuyển đổi

Biến dòng dạng bộ chuyển đổi cũng là một loại thiết bị được dùng để đo lường điện áp. Điểm khác biệt ở đây là tín hiệu ngõ ra của loại này sẽ là dạng tín hiệu tuyến tín 4-20mA. Hoặc khi có số bộ chuyển đổi sẽ chuyển sang tín hiệu ModBus,… Loại biến dòng này thường được dùng để truyền tín hiệu trực tiếp đến các hệ thống giám sát. Ví dụ như PLC, HMI hoặc máy tính. Loại biến dòng này có cấu tạo và kích thước nhỏ gọn hơn so với các thiết bị cùng loại.

Trên đây là bài viết của Điện Châu Á, hy vọng các bạn đã hiểu hơn về biến dòng là gì? Cũng như các loại máy biến dòng và chức năng của nó. Để có thể đưa ra cách chọn máy biến dòng phù hợp với nhu cầu của mình.