Hiểu về máy biến dòng

Máy biến dòng (CT) là máy biến dòng được thiết kế để tạo ra dòng điện xoay chiều trong cuộn thứ cấp tỷ lệ với dòng điện trong cuộn sơ cấp. Mục đích của máy biến dòng là giảm dòng điện cao thế xuống giá trị thấp hơn nhiều, cho phép theo dõi một cách an toàn và thuận tiện dòng điện trong đường dây truyền tải AC bằng ampe kế chuẩn. Hoạt động của máy biến dòng khác với máy biến áp chuẩn.

Cấu tạo và hoạt động

Không giống như máy biến áp, có nhiều vòng ở cả cuộn sơ cấp và thứ cấp, máy biến dòng thường có một hoặc rất ít vòng ở cuộn sơ cấp. Cuộn sơ cấp này có thể có dạng một vòng phẳng duy nhất, một cuộn dây chịu lực quấn quanh lõi hoặc chỉ đơn giản là một dây dẫn hoặc thanh dẫn chính đi qua một lỗ trung tâm.

Do cấu tạo này, máy biến dòng thường được gọi là "máy biến dòng nối tiếp" vì cuộn sơ cấp có rất ít vòng, được kết nối nối tiếp với dây dẫn mang dòng điện cung cấp cho tải. Mặt khác, cuộn thứ cấp thường có nhiều vòng quấn quanh lõi có nhiều lớp làm bằng vật liệu từ tính tổn thất thấp. Lõi này được thiết kế với diện tích mặt cắt ngang lớn để giữ mật độ từ thông thấp và dây dùng cho cuộn thứ cấp mỏng hơn, tùy thuộc vào bước hạ dòng điện cần thiết.

Cuộn thứ cấp được thiết kế để cung cấp dòng điện vào mạch ngắn, chẳng hạn như ampe kế hoặc vào tải điện trở cho đến khi điện áp cảm ứng trong cuộn thứ cấp bão hòa hoặc gây ra sự cố điện áp quá mức. Không giống như máy biến áp, dòng điện sơ cấp trong máy biến áp dòng điện không phụ thuộc vào dòng điện tải thứ cấp, thay vào đó phụ thuộc vào tải bên ngoài. Dòng điện thứ cấp thường được chuẩn hóa thành 1 ampe hoặc 5 ampe đối với định mức dòng điện sơ cấp lớn hơn.

Các loại máy biến áp dòng

Có ba loại máy biến áp dòng cơ bản:

Máy biến áp dòng quấn: Cuộn sơ cấp được kết nối vật lý theo chuỗi với dây dẫn mang dòng điện. Độ lớn của dòng điện thứ cấp phụ thuộc vào tỷ số vòng dây của máy biến dòng.

Máy biến dòng hình xuyến: Loại này không có cuộn sơ cấp, thay vào đó dây dẫn mang dòng điện được luồn qua lỗ trên máy biến dòng hình xuyến. Một số máy biến dòng hình xuyến có "lõi chia" cho phép lắp đặt mà không cần ngắt mạch.

Máy biến dòng loại thanh: Cuộn dây chính là cáp hoặc thanh, hoạt động như một vòng duy nhất. Các máy biến dòng này được cách điện hoàn toàn khỏi điện áp hoạt động cao của hệ thống và thường được bắt bu lông vào thiết bị dẫn dòng.

Máy biến dòng có thể giảm hoặc "hạ" dòng điện từ hàng nghìn ampe xuống mức đầu ra tiêu chuẩn là 5 ampe hoặc 1 ampe. Điều này cho phép sử dụng an toàn các thiết bị và dụng cụ điều khiển nhỏ, chính xác vì chúng được cách điện với đường dây điện cao thế. Máy biến dòng (CT) được sử dụng trong nhiều ứng dụng đo lường khác nhau, bao gồm công tơ, công tơ hệ số công suất, công tơ watt-giờ, rơ le bảo vệ và cuộn dây ngắt trong máy cắt mạch từ.

Hoạt động và Tỷ số dòng điện

Máy biến dòng và ampe kế thường được sử dụng theo cặp, trong đó máy biến dòng được thiết kế để cung cấp dòng điện thứ cấp tối đa tương ứng với độ lệch tối đa trên ampe kế. Trong hầu hết các máy biến dòng, có tỷ lệ vòng nghịch đảo giữa cuộn sơ cấp và thứ cấp. Ví dụ, một máy biến dòng có tỷ lệ 100/5 có nghĩa là khi 100 ampe chạy qua dây dẫn sơ cấp, 5 ampe sẽ chạy qua cuộn dây thứ cấp. Tỷ lệ này chỉ ra rằng dòng điện sơ cấp lớn hơn dòng điện thứ cấp 20 lần.

Bằng cách tăng số lượng cuộn dây thứ cấp, dòng điện thứ cấp có thể nhỏ hơn dòng điện sơ cấp vì mối quan hệ giữa số vòng dây và dòng điện trong cuộn dây sơ cấp và thứ cấp là tỷ lệ nghịch.

Điều chỉnh tỷ lệ vòng dây

Tỷ lệ vòng dây của máy biến dòng có thể được điều chỉnh bằng cách sửa đổi số vòng dây sơ cấp đi qua lõi của máy biến dòng. Ví dụ, một máy biến dòng có tỷ lệ 300/5 có thể được chuyển đổi thành 150/5 hoặc 100/5 bằng cách cho dây dẫn sơ cấp đi qua lõi hai hoặc ba lần. Điều này cho phép máy biến dòng có định mức cao hơn cung cấp dòng điện đầu ra tối đa cho ampe kế khi sử dụng trên các đường dây dòng điện sơ cấp nhỏ hơn.

Lưu ý an toàn

Điều quan trọng cần lưu ý là máy biến dòng không được hở mạch hoặc vận hành mà không có tải khi dòng điện chạy qua cuộn dây sơ cấp. Nếu cuộn dây thứ cấp bị hở mạch, máy biến dòng sẽ hoạt động như một máy biến dòng tăng áp, làm tăng đáng kể điện áp trên cuộn dây thứ cấp. Điện áp cao này có thể làm hỏng lớp cách điện hoặc gây ra điện giật nếu vô tình chạm vào các đầu cực.

Nếu phải tháo ampe kế hoặc tải khỏi máy biến dòng, trước tiên phải đặt một mạch ngắn qua các đầu cực thứ cấp để loại bỏ nguy cơ điện giật hoặc hư hỏng.

Máy biến dòng chuyên dụng

Hiện nay có một số loại máy biến dòng chuyên dụng. Một loại phổ biến và di động là "kẹp kế", có thể đo tải mạch bằng cách kẹp xung quanh một dây dẫn mang dòng điện và đo dòng điện của nó dựa trên từ trường được tạo ra. Kẹp kế cung cấp các phép đo nhanh, thường được hiển thị dưới dạng kỹ thuật số, mà không cần ngắt kết nối hoặc mở mạch.

Một loại khác là máy biến dòng lõi chia, có một đầu có thể tháo rời để lắp đặt mà không cần ngắt kết nối dây dẫn tải hoặc thanh cái. Các máy biến dòng này có thể đo dòng điện từ 100 đến 5000 ampe, với kích thước lõi từ 1 inch đến hơn 12 inch.

Kết luận

Máy biến dòng rất cần thiết để đo và giám sát an toàn dòng điện cao thế bằng cách giảm chúng xuống mức có thể quản lý được. Việc hiểu rõ hoạt động, phân loại và các lưu ý về an toàn của chúng là rất quan trọng để sử dụng hiệu quả và an toàn trong nhiều ứng dụng điện khác nhau.