Biến dòng là gì? Phân loại biến dòng phổ biến nhất hiện nay

Các khái niệm về biến dòng

Có rất nhiều loại biến dòng được thiết kế để phục vụ trong cuộc sống. Chính vì thế, chúng sẽ có rất nhiều khái niệm liên quan về biến dòng.

Biến dòng là gì?

Biến dòng là một thiết bị được lắp đặt gián tiếp đi qua nguồn cung cấp cho tải hoặc dây động lực của tải. Xét về bản chất, chúng chủ yếu dùng để giám sát nguồn điện cấp vào cho tải đến từng thiết bị. Nôm na thì biến dòng dùng để chuyển đổi giá trị dòng điện cao xuống giá trị dòng điện thấp hơn. Ví dụ như từ 5A sang 4-20mA, hoặc từ 500A sang 5A chẳng hạn.

Vì thế, biến bòng được được biết với cái tên biến dòng bảo vệ. Đây là cái tên sẽ quen thuộc với nhiều người dân kỹ thuật hơn. Cơ bản vì biến dòng thường dùng để bảo vệ các thiết bị điện. Một tên gọi khác mà những người kỹ sư nước ngoài hay dùng đó đó chính là Current Transformer, viết tắt là CTs.

Biến dòng MCT là gì?

Một loại biến thể khác của biến dòng, đó chính là biến dòng MCT. Từ MCT là từ tiếng anh được viết ngắn gọn bằng từ Measuring Current Transformer. Hiểu nôm na của loại biến dòng này là biến dòng đo lường.

Vậy như thế nào là một biến dòng đo lường?

Theo lý mà nói, biến dòng đo lường là một dạng thiết bị được thiết kế dựa theo nguyên lý làm việc của biến dòng. Công việc của chúng chủ yếu dùng để đo lường dòng điện áp 1pha, 2pha hay thậm chí là 3pha tới các thiết bị nhận tín hiệu như PLC, màn hình hiển thị HMI, hệ thông IOT…

Ngoài ra, đối với loại biến dòng MCT hay Measuring Current Transformer này thì người ta đã chia nó thành hai dạng loại biến dòng đó là

• Biến dòng đo lường hạ thế
• Biến dòng đo lường trung thế

Ở đây chắc ắt hẳn những bạn ít khí tiếp xúc với điện hay ít tìm tòi về những thông tin này thì minh sẽ giải thích đôi chút về nó nhé.

Tại Việt Nam chúng ta nói riêng cùng với các khu vực khác trên thế thới nói chung, đối với điện áp thì nó sẽ được chia thành 3 loại đó là:

• Điện áp hạ thế
• Điện áp trung thế
• Điện áp cao thế

Khi giá trị cấp điện áp nhỏ hơn 1kV (=1000V) lúc này chúng ta gọi nó là điện áp hạ thế. Điều này cũng tương tự với những dạng điện áp khác, điện áp trung thế khoảng từ 1kV cho đến 35kV và điện áp cao thế là khoảng từ trên 35kV đến 220kV.

Biến dòng đo lường hạ thế là gì?

Dựa vào sự lý giải của mình về khu vực điện áp hệ thế trên có giá trị như thế nào. Ắt hẳn bạn cũng đã hình dung ra được loại biến dòng đo lường hệ thế là như thế nào.

Biến dòng đo lường hạ thế là loại biến dòng dùng để đo lường điện áp tại những khu vực dòng điện đã được giảm xuống – gọi là hạ thế. Khi dòng điện áp đã được giảm xuống nhờ vào nhờ vào cuộc dây sơ cấp.

Lúc này, điện áp đang chỉ còn vài trăm Ampe đổ lại. Vậy để có thể đo lường được dòng điện tại nơi đây thì chúng ta sẽ dùng biến dòng đo lường hạ thế. Vì lúc này, tín hiệu ngõ ra của biến dòng sẽ ra 5A hoặc 1A. Do đó, khi dòng ra đã nhỏ lại nó sẽ phù hợp với các thiết bị đo lường hay điều khiển để giám sát điện áp hạ thế.

Biến dòng đo lường trung thế là gì?

Tương tự với biến dòng hạ thế, thì biến dòng đo lường trung thế dùng để đo lường điện áp trung thế. Vì thế, nó sẽ được thiết kế đặc biệt để có thể đo lường dòng điện hơn 1000V này. Tùy vào từng mục đích sử dụng nên dẫn đến có khá là nhiều loại thiết kế biến dòng đo lường trung thế khác nhau. Chúng sẽ có thể thường được đúc bằng epoxy hoặc là ngâm dầu.

Tuy nhiên, cho dù dùng để đo lường như thế nào đi chăng nữa thì điện áp ngõ ra của chúng thường cũng chỉ ở điện áp 5A hoặc 1A. Nhìn chung điện áp ngõ ra do biến dòng chuyển đổi sẽ nhỏ đi rất nhiều lần. Từ đấy, nó sẽ phù hợp với nhiều thiết bị trong hệ thống giám sát dòng điện để bảo vệ thiết bị.

Biến dòng thứ tự không ZCT là gì?     

Biến dòng thứ tự không hay Zero current transformer là bộ biến dòng dùng để đo lường các đường dây trung tín. Vậy thế nào là biến dòng thứ tự không?

Các bạn biết rằng, ứng với điện áp 3pha. Thì kiểu điện áp này luôn sẽ có một dây trung tín kèm theo nó. Vậy bản chất của biến dòng thứ tự không này sẽ dùng với mục đích đo lường điện áp dây trung tín.

Tuy nhiên, theo lý thuyết là như thế nhưng khi xét về nguyên lý đo lường của loại biến dòng này thì nó sẽ tính tổng vecto của điện áp 3 pha này. Đối với trường hợp tải không sử dụng dây trung tín thì chúng ta sẽ cho nó bằng 0. Điều này cũng tương tự khi chúng ta dùng trong trường hợp cách ly dây trung tín.

Bởi vì dây trung tín được nối thẳng xuống đất, thế nên chức năng của biến dòng thứ tự không ZCT này dùng để phòng chống điện giật từ cầu dao rò rỉ điện xuống đất, ngắn mạch rơ le hay lỗi từ bộ ngắt mạch chạm đất….

Nguyên lý cấu tạo và chế độ máy biến dòng là gì?

Nguyên lý cấu tạo của biến dòng như thế nào? Chế độ hoạt làm việc của máy biến dòng là gì? Đây là những câu hỏi có khá nhiều bạn sinh viên hay tìm hiểu.

Cấu tạo máy biến dòng

Biến dòng là thiết bị đo dòng với cấu tạo gồm nhiều vòng dây được cuộc trên một khung sắt từ. Vì nhiệm vụ của biến dòng là dùng để chuyển đổi từ giá trị dòng điện cao hơn xuống dòng điện thấp hơn. Thế nên, về cấu tạo của biến dòng nó khá là đơn giản. Chủ yếu là những bộ phận sau đây:

• Magnetic core/Hollow core: lỗi rỗng
• Secondary winding around the core: Cuộn dây thứ cấp
• Primary winding of the CT: Cuộn dây sơ cấy hay dòng điện sơ cấp.

Lõi rỗng của biến dòng

Nhìn chung, phần lõi rỗng này của biến dòng có cấu tạo giống như phần lõi thép máy biến áp. Chúng chủ yếu được từ từ những nam châm vĩnh cửu hoặc là từ những miếng thép silicon, săt mỏng ghép lại với nhau tạo thành một khối dày.

Chung quy lại, phần lõi của biến dòng này phải được làm bằng chất liệu có từ tính. Như thế mới có thể cảm ứng được điện trường trong dòng điện.

Cuộn dây thứ cấp của biến dòng

Cuộn dây thứ cấp là gì? Đây chính là cuộn dây ngõ ra trong biến dòng. Chúng là những loại dây điện thông thường được cuốn xung quanh và cạnh nhau tại thành của lõi biến dòng.

Nhiệm vụ chính của cuộn dây thứ cấp này là dùng để cho ra tín hiệu 5A, 1A…

Dòng điện sơ cấp của biến dòng

Đối với biến dòng, thì dòng điện sơ cấp ở đây là được hiểu là dòng điện được nối quá phần trung tâm của biến dòng. Đây chính là những đường dây có dòng điện áp từ vài trăm ampe trở lên.

Nguyên lý làm việc của biến dòng 

Biến dòng hoạt động dựa trên nguyên lý cơ bản của cảm ứng điện từ. Khi dòng điện xoay chiều chạy qua 1 dây dẫn; thì xung quanh nó sẽ xuất hiện 1 điện trường có thể cảm ứng lên cuộn dây; và có dòng điện trong đó. Tỉ lệ dòng điện này dựa vào số vòng dây được cuốn trong cuộn dây biến dòng.

Công thức tính biến dòng

Ngoài dựa vào nguyên lý cảm ứng điện tử trong biến dòng, thì chúng ta sẽ có công thức tính tính cơ bản như sau:

Công thức tính trong biến dòng

Trong đó:    P = cos φ .U.I (P là công suất tiêu thụ, cos là hệ số công suất).

U là hiện điện thế giữa dây pha và dây trung tính.

Ví dụ ứng dụng như sau. Nếu như điện áp 3 pha là 380V và có công suất khoảng 1kW thì ta sẽ tính như sau:

Từ đó, bạn sẽ phải dùng loại biến dòng mà giá trị đo của nó phải lớn hơn 2.63A có thể như là 5A. Đây cũng chính là một trong những cách chúng ta sẽ dùng để chọn lựa biến dòng phù hợp trong nhà máy.

Chế độ hoạt động máy biến dòng là gì?

CT dòng có hai chế độ làm việc cơ bản: chế độ ngắn mạch và chế độ hở mạch.

• Chế độ ngắn mạch của dòng sơ cấp, thức 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 CTs 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%.
• Chế độ hở mạch thứ cấp: Khi cuộn 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 hiện tượng bảo hòa trong mạch từ; người ta còn chế tạo ra máy biến dòng có khe hở không khí. Hay còn gọi là biến dòng tuyến tính.

Phân loại các loại biến dòng

Ngày nay, với vai trò quan trọng của biến dòng thì người ta đã phân loại ra nhiều loại. Mục đích để tùy thuộc vào ứng dụng với mỗi mục đích sử dụng khác nhau sau:

Biến dòng hở ở dạng kẹp

Loại biến dòng hở ở dạng kẹp đây là đây loại biến dòng có thể tháo rời ra. Chủ yếu dùng để đo dòng điện ở những nơi khó lặp đặt trực tiếp. Dẫn đến phải dùng loại biến dòng này mới có thể đo được điện áp.

Ngày nay, đối với loại biến dòng dạng kẹp này sẽ có kèm thêm loại cầm tay. Chúng thường dùng để đo trực tiếp điện áp hoặc dòng điện chạy trong mạch, tủ điện…Chủ yếu là dùng để giám sát hoặc xem xét có dòng điện chạy qua hay không.

Biến dòng dạng dây quấn

Cuộn sơ cấp của máy biến dòng 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 phụ thuộc vào tỷ số vòng dây quấn của máy biến dòng.

Biến dòng dạng vòng

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

Biến dòng dạng thanh khối

Đây là một trong các loại của máy biến dòng được ứng dụng trong các loại dây cáp, thanh cái của mạch điện chính. Gần giống như cuộn sơ cấp, nhưng chỉ có một vòng dây duy nhất. Chúng hoàn toàn tách biệt với nguồn điện áp cao vận hành trong hệ mạch. Nó luôn được kết nối với cường độ dòng điện tải trong thiết bị điện.

Biến dòng dạng bộ chuyển đổi

Biến dòng dạng bộ chuyển đổi là thiết bị cũng dùng để đo lường dòng điện áp. Tuy nhiên, với loại này thì tín hiệu ngõ ra sẽ là dạng tín hiệu tuyến tính 4-20mA. Hoặc có một số bộ chuyển đổi sẽ chuyển sang tín hiệu ModBus…

Thế nên, chúng sẽ được dùng mục đích truyền tín hiệu trực tiếp đến các hệ thống giám sát. Điển hình như  PLC, HMI hoặc máy tính. Đây chính là dạng thiết bị gọn và đặc biệt hơn so với các anh em cùng loại trên.