Máy Biến Dòng Là Gì? Cấu Tạo, Phân Loại Và Nguyên Lý Hoạt động?

Hiện nay, việc sử dụng điện năng ở mức phù hợp là vấn đề được rất nhiều người quan tâm. Nếu bạn làm ở ngành kỹ thuật điện thì chắc chắn bạn đã nghe đến khái niệm máy biến dòng là gì rồi đúng không nào. Máy biến dòng được sinh ra với mục đích thay đổi cường độ dòng điện theo mong muốn. Bài viết này sẽ cung cấp cho bạn những thông tin cụ thể về máy biến dòng cũng như là cấu tạo và nguyên lý hoạt động của thiết bị này. 

Máy biến dòng là gì?

Máy biến áp dòng có tên tiếng Anh là Current Transformer. Ký hiệu máy biến dòng là CT. Đây là một thiết bị đo dòng điện gián tiếp đi qua nguồn cung cấp cho tải hoặc dây động lực tải.

Như chúng ta đã biết thì dòng điện cũng như điện áp của các phần tử trong hệ thống điện thường có trị số rất lớn. Vì thế cần phải thông qua máy biến áp dòng để làm giảm dòng điện xoay chiều (AC). 

Máy biến dòng có chức năng chính là giám sát nguồn điện cấp vào cho tải đến từng thiết bị. Nó tạo ra chiều đối lưu an toàn nhằm kiểm soát cường độ dòng điện thực tế chạy trong đường dây dẫn, thông qua vai trò của một ampe kế tiêu chuẩn. Có thể hiểu đơn giản là máy biến dòng sẽ biến đổi dòng điện có trị số cao xuống dòng điện có trị số thấp ở mức tiêu chuẩn.

Cấu tạo máy biến dòng

Sau khi đã tìm hiểu xong máy biến dòng là gì thì tiếp theo đây chúng ta sẽ đi tìm hiểu cấu tạo của thiết bị này nhé.

Máy biến dòng hạ thế

Hình dáng: Máy biến dòng hạ thế có đa dạng hình dáng nhưng phổ biến nhất là loại hình xuyến. Thiết bị này có cấu tạo gồm 2 bộ phận chính là lõi thép và dây quấn. 

Lõi thép: Được chế tạo từ thép kỹ thuật điện và những vật liệu dẫn điện tốt

Dây quấn: Dây sơ cấp thường là cáp hạ thế phù hợp với những dòng điện phụ tải và có số vòng nhỏ hơn số vòng dây thứ cấp. Ngược lại thì dây thứ cấp có tiết diện nhỏ hơn rất nhiều so với dây sơ cấp. 

– Ngoài lõi thép và dây quấn thì CT còn có một số bộ phận khác. Dưới đây là một số bộ phận khác của máy biến dòng:

+ Primary Current: Dòng điện sơ cấp

+ Secondary Winding: cuộn dây thứ cấp

+ Hollow Core: lõi rỗng

+ Ammeter : Đồng hồ đo dòng

– Cách chọn biến dòng CT (ảnh)

Để chọn biến dòng CT một cách chuẩn xác nhất thì cần phải biết dòng tải lớn nhất đi qua biến dòng là bao nhiêu. Tiếp đến, bạn cần phải chọn giá trị biến dòng bằng hoặc cao hơn giá trị dòng điện thực tế đi qua biến dòng.

Ta có:  I = ⅓  x S/U. Trong đó: S = P chia cho hệ số công suất. 

U = U có thể pha giữa pha và dây trung tính

Ví dụ cụ thể: Nếu có tải 3 pha 220V mang công suất 100KW thì áp dụng công thức ta được như sau: I = ⅓ x 100.000 / 220V = 151.5A. Ta tạm xem hệ số công suất bằng 1.

– Các loại biến dòng thường được sử dụng:

+ Biến dòng 100A/5A

+ Biến dòng 150A/5A

+ Biến dòng 250A/5A

+ Biến dòng 400A/5A

+ Biến dòng 600A/5A

Hoặc một số loại biến dòng cao hơn cũng thường được sử dụng như : 1000A/5A, 2000/5A

Bạn cũng có thể tham khảo thêm máy biến dòng điện 110kV, 35kV,… 

– Cách đấu biến dòng vào đồng hồ ampe kế:

Đồng hồ ampe kế được thiết kế có dạng hình vuông dùng để hiển thị dòng điện đi qua. Trên mặt đồng hồ sẽ được chia vạch giống như các đồng hồ đo áp suất. 

Tại đây ta có 2 dây biến dòng tương ứng với 2 dây của đồng hồ ampe kế. Bước đầu tiên bạn cần làm đó là chọn 1 giá trị cho biến dòng và đồng hồ tương đồng với nhau. Tiếp theo chỉ cần đấu dây vào 2 chân của đồng hồ ampe.  đã đo được 

Như vậy chúng ta đã thực hiện xong cách đấu biến dòng vào đồng hồ ampe kế và đo được dòng tải của thiết bị cần đo.

Máy biến dòng cao thế

Hình dáng: Tùy vào yêu cầu và mục đích sử dụng sử dụng mà máy biến áp dòng cao thế lại có hình dáng và kích thước khác nhau

Cấu tạo: gồm có mạch từ, khung, cuộn dây thứ cấp, sơ cấp, cách điện

Máy biến áp dòng trung thế

– Lõi tôn: được làm bằng chất liệu tôn silic chất lượng cao loại có định hướng, độ thẩm từ cao, tổn thất thấp

– Dây quấn: được làm bằng dây Ê May chất lượng cao, có thể chịu được nhiệt độ lên tới 200 độ C. Hơn nữa nó có thể chịu được các chất hóa học như axit, kiềm, muối, dầu,…

– Lõi tôn và cuộn dây bên ngoài được bao bọc bằng Epoxy hoặc ngâm dầu cách điện giúp khả năng cách điện cao, chịu ẩm tốt.

Điểm nổi bật của máy biến dòng là gì?

Ở phần mục máy biến dòng là gì chúng ta đã biết được thiết bị này được dùng để biến đổi dòng điện có điện áp cao xuống dòng điện tiêu chuẩn 5A hoặc 1A. Chức năng chính là đảm bảo điện áp an toàn cho mạch đo lường và bảo vệ. 

Khác với máy biến áp truyền thống hoặc máy đo hiệu điện thế, máy biến dòng có cấu tạo gồm một hoặc một số ít vòng dây. Còn ở vòng dây truyền thống thì sẽ được thiết kế ở dạng 1 đoạn dây dẫn quấn thành một vòng hoặc quấn thành nhiều vòng lõi rỗng. Hoặc có thể được nối thẳng thông qua thiết bị có lỗ hổng trung tâm.

Với thiết kế như trên nên CT thời trước sẽ có chức năng giống với một cuộn thứ cấp và được coi là một “chuỗi biến áp”.

Cuộn thứ cấp có thể có các cuộn cảm quấn quanh lõi thép lá với một lượng lớn với  mục đích làm giảm tối thiểu mức hao tổn lưỡng cực của phần có tiết diện. Chính vì vậy mà độ cảm ứng từ được sử dụng ở mức thấp hơn tiết diện của dây dẫn. Ngoài ra điều này còn phụ thuộc vào độ lớn mà cường độ dòng điện cần được giảm xuống. Ở mức 1A là chỉ số cường độ dòng điện nhỏ và mức 5A cho cường độ lớn. Đây là 2 mức được mặc định trong cuộn thứ cấp thường.

Xem thêm: Adapter là gì? Chức năng và cách sử dụng Adapter đúng cách?

Phân loại máy biến dòng

Hiện nay máy biến dòng được chia làm 3 loại phổ biến đó là: máy biến dòng ở dạng vòng, máy biến dòng dây quấn và dạng thanh khối.

Về máy biến dòng dạng vòng: Ở dạng vòng này sẽ không được cấu tạo ở cuộn sơ cấp. Tại đây, cường độ dòng điện chạy trong mạch sẽ được truyền và chạy thẳng qua khe cửa. Hiện nay thì một số máy biến dòng dạng vòng đã được cấu tạo thêm chi tiết “chốt chẻ”. Cấu tạo này có tác dụng cho khe cửa của máy biến dòng có thể mở ra, đóng lại mà không cần ngắt mạch cố định.

Máy biến dòng dạng dây quấn: Cuộn sơ cấp của máy biến dòng ở dạng này sẽ được kết nối trực tiếp với các dây dẫn để đo cường độ dòng điện chạy trong mạch. Cường độ dòng điện trong cuộn thứ cấp sẽ phụ thuộc vào tỷ số vòng dây quấn của máy biến dòng. 

Máy biến dòng dạng khối: Thuộc 1 trong nhiều loại máy biến dòng được ứng dụng trong các loại dây cáp, thanh cái của mạch điện chính. Nó trông gần giống như cuộn sơ cấp nhưng lại chỉ có một vòng duy nhất. Nó được kết nối với cường độ dòng điện tải trong thiết bị điện và không có sự liên quan nào với nguồn điện áp cao vận hành trong hệ mạch.

Ngày nay thì máy biến dòng và ampe kế luôn được đi liền với nhau và không thể thiếu. Trong đó, thiết kế của CT hiện nay đều nhằm mục đích cung cấp một dòng điện thứ cấp tiêu chuẩn. Và nếu cường độ dòng điện đạt tới mức tối đa thì cũng không lệch khỏi phạm vi cường độ cho phép của ampe kế.

Nguyên lý hoạt động 

Máy biến dòng có hai chế độ làm việc cơ bản đó là: chế độ ngắn mạch và chế độ hở mạch

Chế độ ngắn mạch

Ở đây chúng ta sẽ nói về chế độ ngắn mạch của dòng sơ cấp, thứ cấp có phụ tải Z2. 

Tỷ số giữa dòng ngắn dòng sơ cấp trên dòng định mức được gọi là bội số dòng của máy biến dòng. Khi bội số này lớn, sai số của máy biến dòng CT sẽ tăng. Mức sai số này còn phụ thuộc vào dòng thứ cấp hoặc tải. Thông thường với mạch bảo vệ thì bội số dòng điện của máy biến dòng phải đạt giá trị sao cho sai số ở mức dưới 10%.

Chế độ hở mạch của dòng thứ cấp

Khi mạch thứ cấp hở sẽ có điện cảm ứng với biên độ rất cao gây nguy hiểm cho các thiết bị và tính mạng con người. Vì thế, máy biến dòng có khe hở không khí hay còn có cái tên khác là biến dòng tuyến tính ra đời để chống hiện tượng bão hòa trong mạch từ.

Tỷ số dòng điện của máy biến dòng tỷ lệ nghịch với số vòng dây quấn. Vì thế chúng ta có thể thay đổi tỷ số biến dòng bằng cách thay đổi số vòng dây quấn phía sơ cấp hoặc thứ cấp.

Xem thêm: Cấu tạo điện trở, chức năng và các yếu tố liên quan

Thông số cơ bản của máy biến dòng

Thông số máy biến dòng điện gồm có: 

Điện áp định mức: Đây là trị số điện áp dây của lưới điện mà máy biến dòng CT làm việc. Điện áp định mức có chức năng quyết định cách điện ở dòng sơ cấp và thứ cấp của biến dòng đo lường. Dòng điện định mức sơ cấp và thứ cấp là dòng điện làm việc dài hạn theo phát nóng và có dự trữ.

Hệ số biến đổi: là tỉ số giữa phía sơ cấp và thứ cấp định mức. Ta có: Kđm = I1đm/I2đm. Hệ số biến đổi được chế tạo như sau: 10/5A; 15/5; 20/5; 25/5; 50/5A; 75/5; 100/5; 150/5; 200/5; 250/5; 300/5; 400/5; 500/5; 600/5; 700/5; 750/5; 800/5; 850/5; 900/5; 950/5 ; 1.000/5; 1.500/5,…

Tùy thuộc vào sai số mà CT có những cấp chính sác sau:

Cuộn đo lường: 0,2; 05; 1

Cuộn bảo vệ:  5P20, 5P10, 10P10,…. Trong đó cuộn bảo vệ 5P20 chỉ có khi dòng điện qua CT tăng lên 20 lần dòng điện định mức và sai số là 5%

Tổng trở CT  được tính bằng W với cosj = 0,8 và biến dòng làm việc với cấp chính xác tương ứng.

Công suất định mức được tính như sau: P2đm = I22đm x Z2đm

Ứng dụng của máy biến dòng

Hiện nay, máy biến dòng được coi là thiết bị không thể thiếu trong hệ thống giám sát và đo lường điện năng. Có rất nhiều thiết bị ứng dụng máy biến dòng có thể kể đến như: đồng hồ đo chỉ số điện, máy đo hệ số công suất, thiết bị watt kế, rờ le bảo vệ,….

Ngoài những loại biến dòng truyền thống làm việc theo nguyên lý điện tử thì hiện nay máy biến dòng đã được nâng cấp dùng cho lưới điện siêu cao áp. Các biến dòng kiểu mới này giúp giảm chi phí cho việc cách điện của các biến dòng truyền thống.

Với máy biến dòng dạng khối được ứng dụng trong các loại dây cáp, thanh cái của mạch điện chính. 

Cuối cùng để chọn được máy biến dòng phù hợp bạn cần phải biết dòng tải lớn nhất đi qua là bao nhiêu? Giá trị của biến dòng bằng hay cao hơn giá trị của dòng điện thực tế?

Trên đây là bài viết về máy biến dòng là gì? Cấu tạo, phân loại và nguyên lý hoạt động của thiết bị này. Hi vọng với bài viết này đã cung cấp được đầy đủ thông tin về biến dòng cũng như cách để lựa chọn máy biến dòng phù hợp với nhu cầu sử dụng điện năng của bạn.