Các loại biến dòng đo lường - Thiết bị điện công nghiệp

Trên thị trường hiện nay có rất nhiều loại biến dòng đo lường khác nhau được sản xuất. Mỗi loại sẽ có những đặc điểm, tính năng và hiệu quả ứng dụng khác nhau. Việc lựa chọn được biến dòng đo lường chất lượng sẽ giúp bạn sử dụng chúng hiệu quả hơn và lâu dài hơn.

Biến dòng đo lường là gì

Biến dòng đo lường còn có tên gọi tiếng Anh là Current Transformer nên hay được gọi bắt là biến dòng CT. Đây là một thiết bị không thể thiếu trong hệ thống giám sát điện.

Biến dòng được sử dụng trong việc đo lường dòng điện xoay chiều ở mức lớn, thiết bị sẽ điều chỉnh dòng điện xoay chiều lớn đến một giá trị nhỏ giúp cho việc đo lường dòng điện được an toàn và chính xác nhất. Biến dòng sẽ biến dòng điện sơ cấp thành thứ cấp với độ lớn và pha đều có sự tỉ lệ thuận. 

Biến dòng hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ. Tức là nó chuyển đổi tỉ lệ giữa đầu vào và đầu ra. Hay nói một cách cụ thể là nó chuyển đổi tỉ lệ giữa cuộn sơ cấp và thứ cấp khi có nguồn điện đi qua chúng.

Vì sao nên sử dụng biến dòng (CT) đo lường

Thực tế, các ampe kế hay đồng hồ đo volt và cả các rơ le bảo vệ nhiệt khó có thể được thiết kế với khả năng mang hàng nghìn ampe được. Nếu sử dụng đồng hồ đo trực tiếp mức điện áp cao sẽ gây nên sự nguy hiểm với các thiết bị và tính mạng con người. Chính vì vậy, sự ra đời của CT chính là giải pháp hoàn hảo nhất. Biến dòng sẽ được thiết kế với tỷ số vòng sao cho dòng điện đầy tải ở sơ cấp sẽ tạo ra dòng điện thứ cấp ở mức 1A hay 5A.

Trong bảng tủ điện, biến dòng sẽ được mắc nối tiếp với dây dẫn mang dòng điện và ampe kế sẽ được nối với đầu thứ cấp của biến dòng. Đồng hồ đo dòng điện Ampe sẽ được lắp mặt ngoài tủ điện và có độ lệch so với dòng điện thực tế, thường sẽ thể hiện dòng điện thứ cấp 5A hoặc 1A tuỳ thuộc vào tỷ số vòng dây của biến dòng.

Các loại biến dòng đo lường

Có rất nhiều loại biến dòng để bạn lựa chọn sử dụng. Tuy nhiên, phổ biến nhất là 4 loại biến dòng sau:

Biến dòng vuông, tròn

Thiết kế của biến dòng dạng vuông hoặc tròn bao gồm 1 cuộn thứ cấp được thiết kế quấn quanh lõi và 1 cuộn sơ cấp đi qua lỗ ở bên trong lõi, cụm cũng được đặt trong khuôn của biến dòng. 

Ngoài ra, vật liệu có tính năng cách điện cũng được bao bọc xung quanh biến áp để đảm bảo an toàn điện trong quá trình sử dụng. Cùng với đó, các vòi cũng được thiết kế đưa ra ngoài cuộn dây. Tại vị trí lỗ rỗng sẽ có đường dây điện chính đi qua.

Biến dòng dạng thanh 

Đây là loại biến dòng có thiết kế 1 thanh đặc bằng đồng hoặc nhôm hay còn gọi là biến dòng có busbar được đặt qua lỗ rỗng và luôn cố định. 

Loại biến dòng dạng thanh này có khả năng chịu được áp lực quá dòng rất lớn. Tuy nhiên, quá trình sử dụng cần chú ý lắp đặt biến dòng này đúng cách, nhất là với các ruột dẫn đặt liền kề. Điều này sẽ đảm bảo an toàn cho biến dòng, tránh trường hợp bị hư hỏng do các ứng suất từ. 

Thường thì biến dòng dạng thanh được lựa chọn phổ biến tại các cơ sở lắp đặt với điện thế thấp hơn 25kV.

Biến dòng dạng quấn 

Thiết kế của biến dòng quấn có đặc điểm nổi bật là dây thứ cấp và sơ cấp được thiết kế riêng biệt và quấn quanh lõi với nhiều lớp khác nhau. Theo đó, cuộn dây sơ cấp sẽ được quấn với 1 hay nhiều vòng. Tiết diện các vòng dây có tiết diện lớn và được mắc nối tiếp đến mạch cần đo. 

Biến dòng cao thế 

Loại biến dòng này được sử dụng phổ biến ở các trạm biến áp ngoài trời. Thiết kế của biến dòng điện áp cao có thể chứa nhiều lõi. Ngoài ra, cấu tạo của thiết bị còn có cuộn dây thứ cấp và nhiều lớp cách điện. 

Thường thì loại CT này sẽ được phân loại với 4 dòng cơ bản gồm: loại điện áp dòng điện kết hợp, loại ghép tầng  hay bu lông mắt, loại bể kẹp tóc và loại lõi trên cùng.

Nguyên lý làm việc của biến dòng đo lường

Hoạt động của biến dòng đo lường sẽ có dòng điện xoay chiều di chuyển đến dây sơ cấp. Thiết bị đo lường (ampe kế, volt kế) sẽ được kết nối đến dây thứ cấp. Ban đầu, dòng điện sẽ đi qua dây dẫn ở lỗ rỗng của biến dòng. Thường thì vòng dây thứ cấp thường sẽ tùy vào độ lớn mà dòng điện đi qua. Do thiết kế của cuộn dây thứ cấp quấn quanh lõi sắt với nhiều lớp nên các thiết bị đo lường có thể được kết nối thuận lợi đến với đầu của nó.

Vòng quay biến dòng CT sẽ tỉ lệ với dòng điện sơ cấp cũng như dòng điện lệch thang đo. Hầu hết các trường hợp thì dòng điện thứ cấp mà biến dòng có sẽ đạt 5A. Vì thế, biến dòng thường được thiết kế để đo vòng sơ cấp đến 1000A. Theo đó, tỷ số vòng sẽ là 1000/5. Điều này có nghĩa là cuộn thứ cấp sẽ có 200 vòng.

Lưu ý, khi thiết kế mạch thứ cấp của biến dòng không được để hở

Trường hợp trong cuộn sơ cấp có dòng điện đang chạy và cuộn thứ cấp của biến dòng đang ở trạng thái đóng thì dòng điện khi qua thứ cấp sẽ tạo thành EMF ngược. Nó sẽ chống lại lực từ hóa sơ cấp. Nhưng nếu dòng điện đi qua khi cuộn thứ cấp ở trạng thái mở thì EMP sẽ bị đứt. Điều này khiến xuất hiện điện áp cực cao tại dây thứ cấp. 

Nếu trường hợp này xảy ra sẽ gây nguy hiểm cho thiết bị và người sử dụng. Chính vì thế, dây thứ cấp của biến dòng đo lường phải luôn được ngắn mạch trước khi tháo thiết bị được kết nối đến dây thứ cấp.

Công dụng và ứng dụng của biến dòng đo lường

Hiện nay, biến dòng đo lường thường kết hợp với đồng hồ đo kWh, ampe kế hay một số loại đồng hồ đo công suất, đồng hồ đo năng lượng khác để thực hiện việc đo dòng điện. Thiết bị cũng được dùng nhiều trong việc vận hành rơ le bảo vệ. Biến dòng đo lường còn có khả năng kích hoạt cuộn dây tại bộ ngắt mạch.

Các tủ điện công nghiệp hiện nay đều lắp đặt biến dòng đo lường. Hầu hết đều có thể kết nối đến thứ cấp và có khả năng tương thích với dòng điện tối đa lên đến 5A. Ví dụ tủ điện nguồn, tủ điện điều khiển, tủ điện phân phối…