Máy biến dòng điện là gì ?

by

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 relay bảo vệ, các thiết bị tự động khác, vì vậy các dụng cụ và thiết bị này thường được đấu nối qua máy biến dòng điện (CT) và máy biến điện áp (VT).

1. Chức năng:

Máy biến dòng điện(CT) là thiết bị điện dùng để biến đổi dòng điện có trị số lớn và điện áp cao xuống dòng điện có trị số tiêu chuẩn 5A hoặc 1A, điện áp an toàn để cung cấp cho mạch đo lường, điều khiển và bảo vệ.

CT có cuộn dây sơ cấp đấu nối tiếp vào mạch sơ cấp. Tổng trở của CT, kể cả tổng trở của phụ tải phía thứ cấp rất bé so với tổng trở phía sơ cấp của mạch điện.

2. Nguyên lý hoạt động:

Ở mạch điện xoay chiều, nguyên lý làm việc của biến dòng tương tự như máy biến áp( máy biến dòng là một thiết bị điện từ tĩnh, làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ, dùng để biến đổi trị số dòng điện xoay chiều nhưng vẫn giữ nguyên tần số).

Với CT cao thế khi ta cho dòng điện I1 đi qua cuộn dây sơ cấp thì phía thứ cấp cho ra dòng điện I2 khác với phía sơ cấp nhưng vẫn giữ nguyên tần số.

Với CT hạ thế khi ta cho dòng điện I1 xuyên qua lõi thép có quấn cuộn dây thứ cấp thì phía thứ cấp cho ra dòng điện I2 khác với phía sơ cấp nhưng vẫn giữ nguyên tần số.

cau-tao-mbd

2.1 Các chế độ làm việc của CT:

– Chế độ ngắn mạch của dòng sơ cấp, mạch 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 biến dòng: n=I1/I1đm.

Khi n lớn, sai số CT tăng và sai số này còn phụ thuộc vào dòng thứ cấp I2 hoặc tải Z2. Thường với mạch bảo vệ, bội số dòng điện của CT phải đạt giá trị sao cho sai số của nó dưới 10%.

-Chế độ hở mạch thứ cấp của CT: 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(lõi thép bị bão hòa). Để chống hiện tượng bão hòa trong mạch từ, người ta còn chế tạo máy biến dòng có khe hở không khí, còn gọi là biến dòng tuyến tính.

CT có tỷ số dòng điện tỷ lệ nghịch với số vòng dây cuốn. Do đó, có thể thay đổi tỷ số biến bằng cách thay đổi số vòng dây cuốn phía sơ cấp hoặc thứ cấp.

ti-so-mbd

Dưới đây là ví dụ về sơ đồ tương đương của CT:

mach-dang-tri-mbd

Từ sơ đồ sơ đồ ta rút ra các nhận xét sau:

  1. Tổng trở phụ tải mạch thứ cấp của CT hầu như không ảnh hưởng đến trị số của dòng điện thứ cấp.
  2. Khi phía sơ cấp có dòng điện, không để hở mạch phía thứ cấp vì khi ấy toàn bộ dòng điện sơ cấp sẽ chạy qua mạch kích từ với tổng trở khá lớn, có thế gây nguy hiểm cho người và thiết bị phía thứ cấp.
  3. Nếu biết được trị số của tổng trở mạch kích từ và tổng trở của phụ tải thì có thể xác định được sai số về giá trị cũng như góc pha của dòng điện phía thứ cấp.

3. Cấu tạo:

3.1 Máy biến dòng hạ thế:

– Hình dạng: có các hình dáng khác nhau nhưng phổ biến là loại hình xuyến. Máy biến dòng hình xuyến có cấu tạo gồm 2 bộ phận chính là lõi thép và dây quấn. Trong phạm vi bài này ta chỉ xét đến máy biến dòng hạ áp hình xuyến, có nghĩa là phía sơ cấp có dòng điện phụ tải chạy trong cáp xuyên qua máy biến dòng; phía thứ cấp có dây quấn nhiều vòng, dòng điện I2 được qui chuẩn là 5A hoặc 1A.

– Lõi thép máy biến dòng hình xuyến: Lõi thép máy biến dòng dùng để dẫn từ thông chính của máy, được chế tạo từ những vật liệu dẫn từ tốt là thép kỹ thuật điện. Lõi thép được chế tạo thành hình tròn là nơi để đặt dây quấn thứ cấp.

– Dây quấn của Máy biến dòng: Dây sơ cấp thường là cáp hạ thế phù hợp với dòng điện phụ tải và có số vòng W1 nhỏ hơn nhiều lần số vòng phía thứ cấp W2. Thông thường cuộn sơ cấp là cáp hạ thế W1 có số vòng n = 1; n = 2; n = 3; n = 4. Dây thứ cấp có tiết diện nhỏ hơn rất nhiều so với dây sơ cấp nhưng có số vòng W2 lớn hơn nhiều lần số vòng W1 phía sơ cấp. Các cuộn này có điện trở rất bé, vì vậy trong trạng thái bình thường phía thứ cấp của Máy biến dòng hầu như bị ngắn mạch. Để đảm bảo an toàn cho người vận hành, cuộn thứ cấp của máy biến dòng phải được nối đất. Dây dẫn được quấn quanh lõi thép và cách điện với lõi thép. Giữa các vòng dây và giữa các lớp dây được cách điện với nhau. Lõi thép và đầu cực (-) được tiếp đất.

– Một số bộ phận khác của Máy biến dòng:

Ngoài cuộn dây và lõi thép ra, Máy biến dòng còn có các bộ phận khác như:

+ Vỏ ngoài được chế tạo bằng nhựa cách điện để bảo vệ dây quấn thứ cấp và đảm bảo an toàn cho người vận hành.

+ Các đầu cực để đấu dây dẫn ra ngoài: có cực (+) và cực (-) để đấu với cuộn dòng của công tơ; cuộn dây của Rơle; cuộn dây của Ampemet đo gián tiếp.

+ Máy biến dòng hạ thế được chế tạo theo dòng phía sơ cấp như sau: 50/5A; 75/5; 100/5; 150/5; 200/5; 250/5; 300/5; 400/5; 500/5; 600/5; 700/5; 750/5; 800/5; 850/5; 900/5; 950/5 ; 1000/5; 1500/5,..

3.2 Máy biến dòng cao thế:

– Hình dạng: có các hình dáng và kích thước khác nhau tùy thuộc vào yêu cầu và mục đích sử dụng.

– Kết cấu: gồm có mạch từ, khung, cuộn dây thứ cấp, cuộn dây sơ cấp, cách điện.

Tải của biến dòng được đấu vào cuộn thứ cấp W2 và một đầu được đấu đất. Thứ tự “đầu” và “cuối” của các cuộn dây máy biến dòng thường được phân biệt, đầu cuộn dây được đánh dấu * . Vì một số thiết bị đo lường, bảo vệ làm việc theo góc pha của dòng, nên yêu cầu phải đấu đúng cực tính.

Biến dòng có cuộn dây sơ cấp W1 đấu nối tiếp với tải Z1 nên tải ở mạch thứ cấp Z2 không ảnh hưởng đến dòng tải sơ cấp I1.

4. Các thông số cơ bản của máy biến dòng gồm:

– Điện áp định mức: là trị số điện áp dây của lưới điện mà máy biến dòng làm việc. Điện áp này quyết định cách điện giữa phía sơ cấp và thứ cấp của máy biến dòng.

– Dòng điện định mức phía sơ cấp và thứ cấp là dòng điện làm việc dài hạn theo phát nóng, có dự trữ.

– Hệ số biến đổi là tỷ số giữa sơ cấp và thứ cấp định mức:

Kđm = I1đm/I2đm

Hệ số biến đổi thường được chế tạo như  sau: 10/5A; 15/5; 20/5; 25/5; 50/5A; 75/5; 100/5; 150/5; 200/5; 250/5; 300/5; 400/5; 500/5; 600/5; 700/5; 750/5; 800/5; 850/5; 900/5; 950/5 ; 1.000/5; 1.500/5,..

– Phụ thuộc vào sai số, máy biến dòng điện có những cấp chính xác sau:

+ Cuộn đo lường: 0,2; 0,5; 1.

+ Cuộn bảo vệ: 5P10, 5P20, 10P10,… (5P20: nếu dòng điện qua CT tăng lên gấp 20 lần dòng điện định mức của nó thì sai số chỉ là 5%).

+Tải định mức của biến dòng tổng trở tính bằng W, với cosj=0,8 mà biến dòng làm việc với cấp chính xác tương ứng.

Công suất định mức của CT:  P2đm=I22đm.Z2đm

+Bội số dòng định mức giới hạn là tỷ số giữa dòng sơ cấp và dòng sơ cấp định mức mà sai số dòng điện đến 10%.

5. Phân loại:

Tùy thuộc vào môi trường cách điện của biến dòng, ta có biến dòng dâu(cách điện bằng dầu biến áp) và biến dòng khô(cách điện bằng nhựa epôxy). Nếu số vòng dây sơ cấp là W1=1, ta có biến dòng loại một vòng dây, với W1 lớn ta có biến dòng nhiều vòng dây.

Máy biến dòng loại một vòng có ưu điểm là kết cấu đơn giản, kích thước tương đối nhỏ so với loại nhiều vòng, tính ổn định khá cao khi có dòng ngắn mạch chạy qua; khuyết điểm chủ yếu của nó là khi dòng điện phía sơ cấp nhỏ thì sai số của Máy biến dòng khá lớn.

Ưu khuyết điểm của Máy biến dòng nhiều vòng ngược lại với Máy biến dòng loại một vòng, có nghĩa là Máy biến dòng loại nhiều vòng có kết cấu phức tạp, kích thước tương đối lớn so với loại một vòng, tính ổn định thấp khi có dòng ngắn mạch chạy qua; khi dòng điện phía sơ cấp nhỏ thì sai số của Máy biến dòng không lớn.

Khi chọn Máy biến dòng, ta phải chú ý tới phụ tải phía thứ cấp của máy để đảm bảo cho máy có thể làm việc với cấp chính xác đã định mức. Với điện áp siêu cao áp, người ta dùng kết cấu nối tầng, mỗi tầng chịu một trị số điện áp.

Xem thêm:
Máy biến điện áp
Nguyên lý và cấu tạo máy biến áp
Các thông số cơ bản và chế độ làm việc của máy biến điện áp
Các thông số cơ bản và chế độ làm việc của máy biến dòng điện

Ngoài loại biến dòng kinh điển làm việc theo nguyên lý điện từ người ta còn chế tạo còn chế tạo biến dòng kiểu mới dùng cho lưới điện siêu cao áp nhằm giảm chi phí cho cách điện của các biến dòng kinh điển. Cho đến nay các biến dòng kiểu mới thường được chế tạo theo 2 nguyên lý: nguyên lý chuyển đổi điện-quang và nguyên lý từ- quang Fraday.

Nguồn ktdien.com

You may also like