Khái niệm về máy biến dòng
Máy biến áp dòng được gọi bằng tên tiếng Anh là Current Transformer và ký hiệu là CT. Nó là một thiết bị đo dòng điện gián tiếp qua nguồn cung cấp cho tải hoặc dây động lực tải.
Như ta đã biết, dòng điện và điện áp của các thành phần trong hệ thống điện thường có giá trị lớn. Vì vậy, cần sử dụng máy biến áp dòng để giảm dòng điện xoay chiều (AC).
Máy biến dòng có chức năng chính là theo dõi nguồn điện cung cấp cho tải thông qua từng thiết bị. Thiết bị có khả năng tạo ra một chiều dòng an toàn để điều khiển cường độ dòng điện thực tế trong dây dẫn của hệ thống, dựa trên vai trò của một đồng hồ ampe tiêu chuẩn. Đơn giản, máy biến dòng chuyển đổi dòng điện từ giá trị cao nhất xuống giá trị thấp nhất theo tiêu chuẩn.
Cấu tạo máy biến dòng
Mỗi loại máy biến dòng sẽ có cấu tạo khác nhau. Cụ thể:
Máy biến dòng hạ thế
Loại thiết bị này khá phổ biến nhất là hình xuyến, gồm hai thành phần chính là dây quấn và lõi thép.
Dây quấn: Dây sơ cấp là cáp hạ thế, được chọn sao cho phù hợp với dòng điện của phụ tải và có số vòng luôn nhỏ hơn so với vòng dây thứ cấp. Dây thứ cấp có tiết diện nhỏ hơn.
Lõi thép: Được làm từ vật liệu thép kỹ thuật, có khả năng dẫn điện tốt.
Máy biến dòng cao thế
Loại máy này của mỗi thương hiệu sản xuất khác nhau sẽ có hình dáng và kích thước riêng. Tuy nhiên, cấu trúc chung các thiết bị vẫn tương đồng: Khung, mạch từ, cuộn dây thứ cấp, vật liệu cách điện và cuộn dây sơ cấp.
Máy biến dòng trung thế
Thiết kế cấu tạo máy biến dòng gồm: 1 lõi tôn bằng tôn silic, 1 dây quấn sử dụng dây Ê may chất lượng cao.
Lõi tôn: được làm bằng tôn silic chất lượng cao, có định hướng, độ thẩm từ cao và tổn thất thấp.
Dây quấn: sử dụng dây Ê May chất lượng cao, chịu nhiệt độ lên tới 200 độ C và có khả năng chống axit, kiềm, muối và dầu.
Lõi tôn và cuộn dây bên ngoài được bọc bằng Epoxy hoặc ngâm dầu cách điện, giúp tăng khả năng cách điện và khả năng chịu ẩm tốt.
Đặc điểm máy biến dòng
Cấu trúc đơn giản hơn với một hoặc một ít vòng dây quấn lại. Trong trường hợp của vòng dây truyền thống, nó được thiết kế như một cuộn dây dẫn quấn nhiều vòng xung quanh lõi trống hoặc một đoạn dây dẫn dẹt quấn thành một vòng thẳng đến vị trí cần nối mạch sau khi đi qua lỗ hổng trung tâm. Điều này giúp các máy có kiểu cũ được coi như một chuỗi biến áp, có nhiệm vụ tương tự như một cuộn dây thứ cấp.
Cuộn thứ cấp thường bao gồm nhiều cuộn cảm quấn lớn quanh một lõi thép lá. Mục đích của việc này là tối ưu hóa hiệu suất từ trường của phần có tiết diện, giảm thiểu các tổn thất năng lượng. Điều này cũng giải thích tại sao độ cảm ứng từ được duy trì ở mức thấp hơn so với dây dẫn. Dựa vào mức độ này, dòng điện có thể được giảm. Cuộn thứ cấp được chuẩn bị sẵn với 5A cho cường độ dòng điện lớn và 1A cho cường độ dòng điện nhỏ.
Nguyên lý hoạt động của biến dòng là gì?
Tất cả hoạt động của thiết bị này dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ. Khi dòng điện xoay chiều chạy qua dây dẫn, ngay lập tức xung quanh nó tạo ra một từ trường. Từ trường này tạo ra một trường điện để cảm ứng trong cuộn dây. Kết quả là dòng điện được tạo ra. Để xác định tỷ lệ dòng điện này, ta dựa trên số vòng dây cuộn trong cuộn dây biến dòng.
Chế độ hoạt động của máy biến dòng như thế nào?
Với hai chế độ ngắn mạch và hở mạch, máy biến dòng có khả năng đáp ứng các yêu cầu cơ bản và nâng cao trong các hệ thống.
Chế độ ngắn mạch của dòng sơ cấp và dòng thứ cấp với phụ tải Z2.
Trong trường hợp này, tỷ lệ giữa dòng ngắn mạch sơ cấp và dòng định mức được gọi là bội số dòng của máy biến dòng. Nếu bội số lớn, sai số của CT sẽ tăng lên. Sai số cũng phụ thuộc vào tải và dòng thứ cấp. Đối với mạch bảo vệ, bội số dòng của CT phải tuân thủ chuẩn và đảm bảo giá trị an toàn để sai số luôn nhỏ hơn 10%.
Chế độ hở mạch thứ cấp
Khi dòng thứ cấp bị hở mạch, một điện áp cảm ứng với biên độ lớn sẽ xuất hiện ở phía thứ cấp. Điều này có thể gây nguy hiểm cho các thiết bị xung quanh, thiết bị thứ cấp và con người. Để giảm tác động của hiện tượng bão hòa trong mạch từ, các máy biến dòng được phát triển với khe hở không khí nhỏ, được gọi là dòng tuyến tính. CT dòng có tỷ số dòng và số vòng dây quấn có tỷ lệ nghịch với nhau. Người sử dụng có thể điều chỉnh tỷ số này bằng cách thay đổi số vòng dây quấn ở phía thứ cấp hoặc phía sơ cấp.
Cách chọn máy biến dòng phù hợp
Những dòng điện xoay chiều sử dụng phổ biến trên thị trường hiện nay thường có tải lớn. Thêm vào đó các thiết bị đo dòng điện thường chỉ hoạt động trong phạm vi 10A hoặc 5A. Điều này khiến con người cần tìm kiếm một thiết bị có khả năng chuyển đổi từ dòng điện lớn sang dòng điện nhỏ. Và đó chính là lý do máy biến dòng ra đời.
Để lựa chọn máy phù hợp, cần tính toán kỹ lưỡng và xem xét những điều sau:
– Hiểu rõ yêu cầu và đặc điểm làm việc của hệ thống.
– Xác định dòng tải lớn nhất có thể đi qua biến dòng là bao nhiêu.
– So sánh giá trị của biến dòng với dòng điện thực tế đi qua biến dòng, để xác định xem giá trị nào cao hơn hay bằng nhau.
– Tìm thiết bị có giá thành phù hợp, từ nhà sản xuất uy tín và có địa chỉ phân phối chất lượng.
Phân loại máy biến dòng
Trên thị trường hiện nay có 3 loại biến dòng phổ biến nhất. Cụ thể:
Máy biến dòng dạng dây quấn
Cuộn sơ cấp của loại biến dòng này được kết nối trực tiếp với dây dẫn để đo và điều khiển cường độ dòng điện trong mạch.
Chú ý, cường độ dòng điện trong cuộn thứ cấp của loại này sẽ phụ thuộc chủ yếu vào tỷ số vòng dây quấn của máy biến.
Máy biến dòng dạng khối
Trong các hệ thống thanh cái của mạch điện chính và các loại dây cáp, người ta thường sử dụng loại dạng khối này nhiều hơn. Nó chỉ có một vòng dây duy nhất, luôn kết nối với cường độ dòng điện tải trong thiết bị điện. Chúng được cách ly hoàn toàn với nguồn điện có cường độ cao đang hoạt động trong mạch, vì vậy rất an toàn.
Máy biến dòng dạng vòng
Với các máy dạng vòng, không có vòng xuất hiện tại cuộn sơ cấp. Cường độ dòng điện trong mạch sẽ được truyền đi thẳng qua các lỗ hổng hoặc khe cửa hở của máy.
Một số thương hiệu sản xuất đã cải tiến sản phẩm của họ bằng cách thêm các chi tiết chốt chẻ. Nhiệm vụ chính của thiết bị là mở rộng các khe cửa hoặc lỗ hổng để cài đặt và đóng lại mà không cần tiến hành ngắt mạch.
Để đạt hiệu quả, người ta thường sử dụng đồng thời ampe kế và máy biến dòng. Điều này đảm bảo rằng dòng điện thứ cấp mà máy biến tạo ra luôn tuân theo tiêu chuẩn, bất kể có nằm trong khung an toàn hay vượt quá giới hạn tối đa đo được của ampe kế.
Ứng dụng của biến dòng là gì?
Trong công việc giám sát và đo lường điện năng, máy biến dòng là một thiết bị không thể thiếu. Như đã được đề cập, máy biến dòng được sử dụng để chuyển đổi dòng điện hiện tại có giá trị cao thành dòng điện có giá trị chuẩn như 5A hoặc 1A. Điều này đảm bảo cung cấp một điện áp an toàn cho mạch đo lường và mạch điều khiển của thiết bị cũng như con người.
Vì vậy, ngày càng có nhiều thiết bị sử dụng máy biến dòng để đo và đo lường. Có một số ví dụ tiêu biểu như đồng hồ đo chỉ số điện, máy đo oát kế, máy đo hệ số công suất và cuộn nhả trong bộ phận ngắt mạch từ, rơ-le bảo vệ. Loại máy biến dòng dạng khối này được sử dụng trong các dây cáp và thanh cái của mạch điện chính.
Bên cạnh những máy truyền thống hoạt động theo nguyên lý điện từ, gần đây đã xuất hiện một loại máy biến dòng mới được thiết kế để sử dụng trong lưới điện siêu cao áp. Mục đích chính của loại máy này là giảm chi phí cho việc cách điện.
Trên đây là tổng hợp các thông tin chi tiết nhất về máy biến dòng và ứng dụng của thiết bị trong thực tiễn hiện nay. Tuấn Hưng Phát mong rằng những thông tin trong bài viết sẽ giúp ích cho mọi người. Cùng theo dõi Tuấn Hưng Phát để tìm hiểu thêm nhiều thông tin bổ ích về các sản phẩm điện thông minh đang được sử dụng phổ biến trên thị trường nhé.