Máy biến dòng điện | CT, TI, BI

Dòng điện cũng như điện áp của các phần tử trong hệ thống điện thường có trị số rất lớn, không thể đưa trực tiếp vào dụng cụ đo hoặc role và các thiết bị tự động khác, vì vậy các dụng cụ và thiết bị này thường được đấu nối qua máy biến dòng và máy biến điện áp. Sau đây ta sẽ đi khái quát về máy biến dòng điện.

    Tên thường gọi: BI, TI, CT - Current transformer.

Nhiệm vụ của máy biến dòng điện CT

    - Biến đổi tỷ lệ dòng điện sơ cấp > thứ cấp (5A hoặc 1 A) theo tỷ số cho trước.
    - Cách ly mạch sơ cấp và thứ cấp.
    - Tạo sự phối hợp dòng điện giữa các pha.

Hình ảnh máy biến dòng điện

Nguyên lý hoạt động máy biến dòng - CT

    Dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ, thông qua mạch từ lõi thép biến đổi dòng điện lớn phía cao áp sang dòng điện nhỏ cung cấp cho các phụ tải thứ cấp. Tổng trở mạch ngoài của CT rất bé nên có thể xem CT luôn làm việc trong trạng thái ngắn mạch.

Sơ đồ thay thế của máy biến dòng

    - Cũng giống như máy biến áp, CT có sơ đồ thay thế:

    - Do số vòng dây phía sơ cấp nhỏ, thường là 1 vòng nên có thể bỏ qua tổng trở phía sơ cấp.

    - Sai số của CT xuất hiện do tồn tại của dòng từ hóa, dòng Ie càng cao sai số càng lớn.
    - Điện áp xuất hiện phía thứ cấp:

    - Tải tăng > Vthứ cấp tăng > tăng dòng từ hoá Ie > tăng sai số của CT.

   Đặc tính từ hóa của biến dòng

    - Chính là: Quan hệ giữa dòng điện từ hóa cần thiết (Ie) để sinh ra một điện áp hở mạch V

    - Điểm gập V_K 

        - Là một điểm trên đường cong từ hóa 

        - Tại đó: Để tăng điện áp lên thêm 10% > cần tăng dòng từ hóa 50%

   Hiện tượng hở mạch thứ cấp CT

      - Gây quá điện áp nguy hiểm:

    - Khi hở mạch thứ cấp: Toàn bộ dòng sơ cấp làm nhiệm vụ từ hóa lõi thép, từ cảm Bm tăng lên đột ngột gây bão hòa mạch từ. Các đường cong biến thiên theo thời gian của từ cảm B và từ thông φ có dạng bằng đầu. Khi dòng điện sơ cấp qua trị số 0, sức điện động cảm ứng trong cuộn thứ cấp của máy biến dòng có dạng đỉnh nhọn với biên độ rất lớn.

>>  Gây nguy hiểm cho người và thiết bị. Vì vậy không được hở mạch thứ cấp CT, cuộn nào không dùng ta phải nối ngắn mạch. 

Thông số của máy biến dòng điện

    Tải danh định và cấp chính xác của CT

    - Một CT: có nhiều cuộn thứ cấp - phục vụ các mục đích khác nhau.
    - Tải danh định và độ chính xác của các cuộn thứ cấp này tùy thuộc vào loại tải.
    - Các dụng cụ đo (kW, KVar, A, kWh...)
         + Yêu cầu chính xác trong chế độ tải bình thường hoặc định mức.
         + Phạm vi hoạt động chính xác trong khoảng 5÷120% của dòng điện
         + Độ chính xác thường là: 0.2 hoặc 0.5 với chuẩn IEC
         + Hoặc 0.15 hoặc 0.3 hoặc 0.6 với chuẩn IEEE.

    So sánh CT dùng cho đo lường – bảo vệ rơle

Thông số của máy biến dòng điện - CT

CT dùng cho đo lường:

    - Công suất định mức

    - Cấp chính xác

    - VD: Công suất 30VA cấp chính xác 0,5

CT dùng cho bảo vệ:

    - Công suất định mức

    - Cấp chính xác

    - ALF: Hệ số giới hạn dòng điện theo độ chính xác

   - VD: 5P20 30VA >> Cấp chính xác 5P, P dùng cho mục đích bảo vệ role (Protection), công suất định mức 30VA, hệ số giới hạn dòng 30 (khi dòng sự cố bằng 20 lần dòng định mức CT vẫn đảm bảo sai số <5%).

Cấu tạo cuộn dây và lõi từ

Thự tế mỗi CT có thể có:

    - 1 hoặc 2 cuộn thứ cấp - mục đích đo lường

    - 2 hoặc 4 cuộn thứ cấp - mục đích bảo vệ 

Thiết kế cuộn dây và lõi từ máy biến dòng

    - Lõi từ và cuộn dây nằm trong thùng chứa thấp gần với đất (Dead tank type), dây thứ cấp chạy uốn theo hình chữ U
    - Lõi từ và cuộn dây nằm trong thùng chứa ở phía trên đỉnh (Live tank type), dây thứ cấp thường chạy thẳng qua lõi từ.
    - Loại hỗn hợp

CT loại thùng chứa bên dưới (Dead tank)

    - Hình ảnh:

    - Trọng tâm thấp, ổn định về mặt cơ khí
    - Có thể chế tạo với lõi từ loại to mà không gây quá tải về mặt cơ khí đối với sứ cách điện
    - Dây sơ cấp có chiều dài lớn nên gây phát nóng nhiều hơn > hạn chế về dòng ổn định nhiệt (lớn nhất 63kA/1 giây)

CT loại thùng chứa bên trên (Live tank)

    - Hình ảnh:

    - Dây dẫn sơ cấp ngắn, giảm phát nhiệt
    - Có dòng định mức và dòng ổn định nhiệt cao hơn
    - Trọng tâm cao hơn, kém ổn định về mặt cơ khí so với loại thùng chứa dưới (dead tank)
    - Khi chế tạo với lõi từ lớn có thể gây tải trọng lớn về mặt cơ khí đối với sứ cách điện.
    - Khó làm mát các cuộn thứ cấp.