Biến dòng là gì? Cấu tạo, nguyên lý hoạt động và ứng dụng

Biến dòng là gì?

Biến dòng hay còn được gọi là máy biến dòng. Thiết bị này còn có tên tiếng anh là Current Transformer (ký hiệu là CT). Đây là một thiết bị không thể thiếu trong hệ thống giám sát, đo lường điện năng.

Đây là một thiết bị đo dòng điện gián tiếp đi qua nguồn cung cấp cho tải hoặc dây động lực của tải. Nói dễ hiểu hơn, biến dòng là dòng điện được biến đổi, từ thấp lên cao hoặc từ cao xuống thấp, từ dòng AC sang DC.

Chức năng chính của Current Transformer là giám sát nguồn điện cấp vào cho tải đến từng thiết bị. Máy này giúp đưa tín hiệu đến các đồng hồ hiển thị dòng điện loại cơ để hiển thị kim hay truyền tín hiệu điện về trung tâm điều khiển thông qua các bộ chuyển đổi tín hiệu là 0-5A hoặc 0-10A.

Đặc điểm máy biến dòng

Máy biến dòng có cấu tạo gồm 1 hoặc một số ít vòng dây. Chúng hoàn toàn khác so với hiệu điện thế hay máy biến áp nguồn truyền thống.

Những vòng dây của thiết bị này được thiết kế ở dạng một đoạn dây dẫn dẹt quấn thành một vòng hoặc một cuộn dây dẫn được quấn nhiều vòng quanh một chiếc lõi rỗng hoặc là được nối thẳng trực tiếp đến chỗ cần được nối mạch thông qua một thiết bị có lỗ hổng trung tâm.

Chính vì thiết kế dạng này mà thiết bị này được coi là một “chuỗi biến áp” có chức năng giống như một cuộn thứ cấp. Cuộn thứ cấp có thể có một lượng lớn các cuộn cảm quấn quanh lõi thép lá nhằm giảm tối thiểu mức hao tốn lưỡng cực từ của phần có tiết diện. Vì thế độ cảm ứng từ được sử dụng ở mức thấp hơn tiết diện của dây dẫn, điều này cũng tùy thuộc vào độ lớn mà cường độ dòng điện cần được giảm xuống.

Cuộn thứ cấp thường được mặc định ở mức 1A cho cường độ nhỏ hoặc ở mức 5A cho cường cường độ lớn.

Thông số cơ bản của Current Transformer

Hiện nay, hầu như các thiết bị máy biến dòng đều có tiêu chuẩn là 5 ampe (5A) và 1 ampe (1A). Chúng ta thường bắt gặp các thông số này dưới dạng CT: 100/5A, 100/1A hay 500/5A.

Trong đó, thông số 100/5A có nghĩa là khi 100 ampe chạy trong cuộn Current Transformer sẽ chuyển thành 5 ampe (5A) hoặc với tỷ lệ 500/5 thì chúng cũng cho kết quả là một dòng điện 5 ampe cho cuộn thứ cấp và 500 ampe cho cuộn sơ cấp.

Các loại máy biến dòng

Thiết bị này hiện nay được phân loại dựa trên cấu tạo. Gồm 3 loại chính đó là: dạng dây quấn, dạng vòng, thanh khối. Để rõ hơn thì bạn có thể tham khảo thông tin dưới đây:

• Dạng dây quấn: Cuộn sơ cấp của biến dòng sẽ 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 tỉ số vòng dây quấn của máy biến dòng.

• Biến dòng dạng vòng: Ở cuộn sơ cấp thì ” vòng” sẽ không được cấu tạo ở đây. Do đó cường độ dòng điện trong mạch sẽ được truyền hoặc chạy thẳng qua khe cửa hay lỗ hỏng của “vòng” trong máy biến dòng. Ngày nay một số máy Current Transformer dạng vòng đã được cấu tạo thêm chi tiết ” chốt chẻ”. Nó có tác dụng là cho lỗ hỏng hay khe cửa của Current Transformer có thể mở ra, cài đặt và đóng lại mà không cần phải ngắt mạch cố định.

• Biến dòng dạng thanh khối: Là loại được ứng dụng trong các loại dây cáp, thanh cái của mạch điện chính. Nó gần giống như cuộn sơ cấp nhưng chỉ có 1 vòng quay duy nhất. Chúng tách biệt hoàn toàn với nguồn điện áp cao trong hệ mạch và luôn được kết nối với cường độ dòng điện trong thiết bị điện.

Cấu tạo của biến dòng

Current Transformer là một thiết bị có cấu tạo gồm nhiều vòng dây được quấn trên một khung sắt từ. Không giống với máy đo hiệu điện thế hay máy biến áp nguồn truyền thống. Thiết bị này có cấu tạo gồm một hoặc một số ít vòng dây.

Máy biến dòng bao gồm các thành phần chính sau đây:

• Primary Current: Dòng điện sơ cấp.
• Secondary Winding: Cuộn dây thứ cấp.
• Hollow Core: Lõi rỗng.
• Ammeter : Đồng hồ đo dòng.

Nguyên lý hoạt động

Thiết bị này hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ. Khi có dòng điện xoay chiều chạy qua 1 dây dẫn, xung quanh nó sẽ xuất hiện một điện trường, điện trường này sẽ cảm ứng lên trên cuộn dây dẫn và sẽ xuất hiện một dòng điện trong đó. Tỷ lệ dòng điện này được căn cứ trên số vòng dây được cuốn trong cuộn dây của máy biến dòng.

Chế độ hoạt động của máy biến dòng như thế nào?

Biến dòng có 2 chế độ làm việc cơ bản: Chế độ hở mạch và chế độ ngắn mạch.

• Chế độ hở mạch thứ cấp: Khi 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 khắc phục được hiện tượng bão hòa trong mạch từ,người ta còn chế tạo ra Current Transformer tuyến tính hay còn gọi là biến dòng có khe hở không khí.
• Chế độ ngắn mạch của dòng sơ cấp: Thứ cấp có phụ tải Z2: Tỷ số giữa dòng ngắn mạch sơ cấp trên dòng định mức gọi là bội số dòng của máy Current Transformer. Khi bội số này lớn, sai số CT 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%.

Current Transformer có tỷ số dòng điện tỉ lệ nghịch với số vòng dây quấn nên có thể thay đổi tỷ số biến dòng bằng cách thay đổi số vòng dây quấn phía sơ cấp hoặc thứ cấp.

Cách đấu biến dòng vào đồng hồ Ampe

Biến dòng không có sự tham gia của các nguồn nuôi khác. Nên bạn chỉ cần dùng 2 dây điện bình thường đấu song song từ 2 chân của con CT đo dòng điện với 2 chân của đồng hồ ampe kế. Sau đó bạn luồn dòng tải vào lỗ ở giữa cảm biến dòng điện CT là được.

Ứng dụng của Current Transformer

Thiết bị này được ứng dụng khá nhiều trong cuộc sống cụ thể:

• Máy biến dòng là một thiết bị không thể thiếu trong hệ thống giám sát và đo lường điện năng . Do đó, có rất nhiều thiết bị ứng dụng máy biến dòng. Ví dụ như: đồng hồ đo chỉ số điện, máy đo hệ số công suất, thiết bị oát kế, rơle bảo vệ…
• Dùng cho lưới điện siêu cao áp để giảm chi phí cho cách điện của các biến dòng truyền thống.
• 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 và luôn được kết nối với cường độ dòng điện tải trong thiết bị điện.

Như vậy vừa rồi chúng tôi đã cung cấp thông tin về biến dòng. Hy vọng những gì mà AME Group cung cấp có thể giúp ích cho bạn. Cảm ơn bạn đã quan tâm bài viết và hẹn gặp lại trong các bài viết tiếp theo của chúng tôi.