Máy biến dòng là gì? Phân loại, lựa chọn và hướng dẫn sử dụng biến dòng chuẩn xác

Máy biến dòng là thiết bị quan trọng trong việc đo lường và giám sát dòng điện trong các hệ thống điện, đặc biệt là trong các ứng dụng công nghiệp và tự động hóa. Việc lựa chọn và sử dụng máy biến dòng phù hợp sẽ giúp bảo vệ thiết bị, đảm bảo an toàn và tối ưu hóa hiệu suất của hệ thống điện.

1. Thông tin cơ bản của máy biến dòng

Máy biến dòng có tên tiếng Anh là Current Transformer. Ký hiệu máy biến dòng là CT. là một thiết bị điện tử được sử dụng để đo mức dòng điện trong mạch điện. Với vai trò là bộ chuyển đổi, CT nhận tín hiệu dòng điện đầu vào và chuyển đổi nó thành một tín hiệu phù hợp để đọc hoặc xử lý. Công dụng chính của biến dòng là giảm độ lớn của dòng điện từ mức cao xuống mức thấp, để các thiết bị đọc hoặc đo khác có thể xử lý được.
Máy biến dòng hay còn gọi tắt là biến dòng là một thiết bị không thể thiếu trong hệ thống giám sát, đo lường điện năng.

Ví dụ như chúng ta hay thấy các loại CT dòng 100/5A, 330/5A, 100/1A hay 500/1A,… Những thông số này có nghĩa là khi cho dòng 100A hay 300A qua CT dòng thì ta thu được dùng 5A, 1A.

Ký hiệu biến dòng

- Máy biến dòng (Current Transformer – kí hiệu CT), là một loại “công cụ đo lường điện áp” được thiết kế nhằm mục đích tạo ra một dòng điện xoay chiều có cường độ tỷ lệ với cường độ dòng điện ban đầu.

- Current transformer là tên tiếng Anh của biến dòng. Với cách gọi của chúng ta thì chúng có thể là: biến dòng, CT dòng, biến dòng CT, cảm biến dòng điện, biến dòng điện, …

2. Cấu tạo của biến dòng

Máy biến dòng là thiết bị dùng để truyền tải và chuyển đổi điện năng đến các thiết bị khác, gồm nhiều vòng dây quấn quanh một khung sắt từ. Máy biến dòng có thể gồm một hoặc nhiều vòng dây tùy theo thiết kế. Cấu tạo của một máy biến dòng thông thường bao gồm các bộ phận chính sau:
- Primary Current: Dòng điện sơ cấp: Dòng điện sơ cấp chính là dòng điện được nối quá phần trung tâm của biến dòng. Đường dây này sẽ có dòng điện áp từ vài trăm ampe trở lên.
- Secondary Winding: Cuộn dây thứ cấp: Cuộn dây thứ cấp chính là cuộn dây ngõ ra trong biến dòng. Chúng là những dây điện thông thường được cuốn xung quanh, sát nhau tại thành của lõi biến dòng. Cuộn dây thứ cấp có nhiệm vụ dùng để cho ra tín hiệu 5A, 1A,…
- Hollow Core: Lõi rỗng: Là bộ phận quan trọng nhất của biến dòng đo lường. Lõi được làm bằng vật liệu từ tính, được thiết kế với hình dạng và kích thước phù hợp để tạo ra hiệu ứng từ trường cần thiết để đo dòng điện.
- Ammeter : Đồng hồ đo dòng.
Nhìn hình trên, ta có thể thấy cấu tạo của biến dòng chỉ đơn giản bao gồm một lõi thép được quấn dây đồng xung quanh.
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.

Ngoài ra, một thành phần không thể thiếu của biến dòng là lớp vỏ nhựa bên ngoài. Vỏ ngoài được chế tạo bằng nhựa cách điện để bảo vệ dây quấn thứ cấp; đảm bảo an toàn cho người vận hành.

3. Nguyên lý hoạt động của biến dòng

Nguyên lý hoạt động của máy biến dòng dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ. Khi dòng điện xoay chiều chạy qua một dây dẫn, nó tạo ra một từ trường biến đổi xung quanh dây dẫn. Từ trường này sẽ cảm ứng vào cuộn dây thứ cấp của máy biến dòng, tạo ra một dòng điện cảm ứng trong cuộn dây.

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

Vì máy biến dòng có tỷ số dòng điện tỷ 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.

4. Vai trò của biến dòng

Cuộc sống con người ngày nay hầu hết sử dụng rất nhiều điện năng, vì vậy máy biến dòng được con người sử dụng trong các hệ thống giám sát và đo lường điện năng của một số thiết bị như: đồng hồ đo chỉ số điện, thiết bị oát kế, rơ le bảo vệ,…

Máy biến dòng cung cấp một dòng điện thứ cấp tiêu chuẩn, khi mà dù cường độ dòng điện này dù có đạt tới mức tối đa thì cũng không lệch khỏi phạm vi cường độ cho phép của ampe kế.

Máy biến dòng là thiết bị không thể thiếu trong hệ thống giám sát, đo lường điện năng. Nói một cách dễ hiểu thì máy biến dòng điện là thiết bị điện dùng để biến đổi dòng điện có trị số cao xuống dòng điện có trị số tiêu chuẩn 5A và 1A. Để cung cấp điện áp an toàn cho mạch đo lường, điều khiển và bảo vệ.

Ngoài loại biến dòng kinh điển làm việc theo nguyên lý điện từ, hiện nay, còn có biến dòng kiểu mới dùng cho lưới điện siêu cao áp nhằm giảm chi phí cho cách điện của các biến dòng kinh điển.

Máy biến dòng dạng khối, được 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.

Có hàng loạt các thiết bị ứng dụng đo lường và sử dụng máy biến dòng, ví dụ tiêu biểu như thiết bị oát kế, máy đo hệ số công suất, đồng hồ đo chỉ số điện, rơ-le bảo vệ hoặc ví dụ như cuộn nhả trong bộ phận ngắt mạch từ…

5. Tại sao phải sử dụng biến dòng

Việc sử dụng biến dòng mang lại nhiều lợi ích quan trọng. Dưới đây là một số lý do vì sao bạn nên sử dụng biến dòng đo lường:

- Bảo vệ thiết bị và hệ thống: Biến dòng giúp xác định dòng điện trong mạch và cung cấp thông tin cho các thiết bị bảo vệ như máy ngắt mạch (MCB) hoặc rơ le bảo vệ. Điều này giúp ngăn chặn các sự cố quá dòng và bảo vệ hệ thống khỏi hư hỏng.

6. Cách đọc thông số biến dòng

Một loại biến dòng 100/5A. Đơn giản là khi dòng điện có giá trị 100A chạy trong cuộn dây của biến dòng sẽ cho ra dòng có giá trị chuẩn là 5A.Hay nói cách khác, biến dòng này sẽ chuyển dòng điện có giá trị 100A thành 5A. Ngoài biến dòng 100/5A, ta còn có các loại biến dòng như biến dòng 150/5A, biến dòng 400/5A, biến dòng 250/5A, biến dòng 800/5A, biến dòng 600/5A, biến dòng 1000/5A.

Đây là những loại biến dòng thường thấy nhất trên thị trường.

7. Các loại biến dòng

Có 2 cách phân loại biến dòng chính

7.1 Theo chức năng

7.1.1 Biến dòng đo lường

Đối với biến dòng đo lường (MCT), dòng thứ cấp sẽ đạt mức bão hòa khi dòng sơ cấp vượt quá định mức. Biến dòng này luôn được sử dụng cho đồng hồ đo đếm.

7.1.1 Biến dòng bảo vệ

Đối với biến dòng bảo vệ (PCT), dòng thứ cấp sẽ vượt rất xa dòng định mức khi có sự cố ở phía sơ cấp (ngắn mạch trên đường dây). Biến dòng bảo vệ luôn được sử dụng cho relay bảo vệ. 

Biến dòng bảo vệ thường có loại 5PX và 10PX. Trong đó: 5 hoặc 10 là độ sai số 5% hoặc 10% của biến dòng. P là Protection (bảo vệ). X là số lần dòng sơ cấp vượt quá định mức (thường là 10 hoặc 20 lần).

Người dùng cần chú ý: không bao giờ được sử dụng sai mục đích của biến dòng, không dùng biến dòng đo lường cho relay và không dùng biến dòng bảo vệ cho đồng hồ.

7.2 Theo chức dạng

7.2.1 Biến dòng dạng dây cuốn

Đối với cuộn sơ cấp của máy biến dòng sẽ được kết nối trực tiếp vào các dây dẫn để giúp đo cường độ dòng điện được chạy trong mạch. Thông thường cường độ dòng điện trong cuộn thứ cấp sẽ phụ thuộc hoàn toàn vào tỷ số vòng dây quấn của máy biến dòng.

7.2.2 Biến dòng dạng vòng

“Vòng” sẽ không được phép cấu tạo ở cuộn sơ cấp. Tuy nhiên, thay vào đó cường độ dòng điện được chạy trong mạch sẽ truyền và chạy thẳng qua các khe cửa hay lỗ hổng của “vòng” ở trong máy biến dòng.

Hiện nay, một số máy biến dòng dạng vòng đã được cấu tạo thêm “chốt chẻ”, có nhiệm vụ giúp cho lỗ hổng hay khe cửa của máy biến dòng có thể mở được ra, cài đặt và đóng lại và không cần phải ngắt mạch cố định.

Biến dòng hở ở dạng vòng là loại biến dòng có thể tháo rời ra. Chủ yếu được ứng dụng để đo dòng điện ở những vị trí khó lắp đặt trực tiếp. Phải dùng loại này mới có thể đo được điện áp.

Ngày nay, để đo trực tiếp điện áp hoặc dòng điện chạy trong mạch, tủ điện,… người ta sử dụng biến dòng dạng kẹp dạng cầm tay. Chúng chủ yếu được ứng dụng để giám sát hoặc xem xét có dòng điện chạy qua mạch không.

7.2.4 Biến dòng dạng khối

Đây chính là một trong các loại của máy biến dòng phổ biến hiện nay được ứng dụng trong các loại dây cáp cũng như thanh cái của mạch điện chính, nó gần giống như cuộn sơ cấp tuy nhiên chỉ có một vòng dây duy nhất.

Chúng được tách biệt hoàn toàn với nguồn điện áp cao giúp vận hành trong hệ mạch và luôn kết nối với cường độ dòng điện tải được trong thiết bị điện.

8. Các loại biến dòng trong công nghiệp

Trong công nghiệp, các thiết bị máy móc được kết nối thành một hệ thống phức tạp để đạt được mục tiêu tự động hóa tối ưu. Để đảm bảo hệ thống hoạt động hiệu quả, các thiết bị phải có những chức năng ưu việt và phải tương thích với nhau, đặc biệt là trong việc truyền tải tín hiệu. Các tín hiệu này phải đồng nhất để các thiết bị điều khiển có thể giao tiếp và hoạt động chính xác.

Máy biến dòng cũng không phải là ngoại lệ. Các máy biến dòng hiện nay có nhiều chủng loại, mẫu mã và đặc biệt là nhiều loại tín hiệu khác nhau. Mỗi loại tín hiệu được thiết kế để kết hợp với các thiết bị điều khiển cụ thể như PLC (Programmable Logic Controller), HMI (Human-Machine Interface), hay đồng hồ đo dòng điện. Việc lựa chọn tín hiệu phù hợp giữa các thiết bị sẽ giúp hệ thống hoạt động chính xác và tối ưu.

8.1 Biến dòng 4-20mA

Là loại biến dòng, CT dòng Analog có ngõ ra với tín hiệu là 4-20mA hoặc 0-10vdc. Biến dòng được sử dụng cho các relay bảo vệ động cơ, hoặc sử dụng tín hiệu này để đọc giá trị dòng điện sơ cấp, có thể kết nối trực tiếp với PLC.

Thông thường khi chúng ta muốn giám sát dòng điện từ xa thông qua tín hiệu analog thì chúng ta thường phải dùng bộ chuyển đổi tín hiệu 0-5A sang 4-20mA hoặc 0-10VDC. Với biến dòng ngõ ra 4-20mA thì ta sử dụng trực tiếp ngõ ra để giám sát, tiết kiệm chi phí rất nhiều.

8.2 Biến dòng 1600/5A

Máy biến dòng hạ thế 1600/5A kiểu đúc epoxy loại CT là máy biến dòng đo lường kiểu hình xuyến, dùng để biến đổi dòng điện xoay chiều có giá trị lớn thành giá trị nhỏ thích hợp cho các dụng cụ đo: Ampe mét, Wat mét, Công tơ điện…

8.3 Biến dòng 500/5A

Đây là loại biến dòng tầm trung chúng khá phổ biến dùng để kiểm soát dòng điện từ 0 đến 500 Ampe. Thường thấy loại biến dòng này trong nhà máy sản xuất nhựa, các loại máy CNC, hay trong các trạm biến thế, …

8.4 Biến dòng 125/5A

Cũng tương tự như loại biến dòng bên trên thì biến dòng 125/5A cũng được sử dụng khá phổ biến. Trong những hệ thống máy móc có công suất nhỏ với dòng điện từ 0 cho đến 125 Ampe.

9. Hướng dẫn sử dụng biến dòng

Biến dòng sơ cấp chỉ có 2 dây ngõ ra loại dòng 5A, 10A. Cách đấu dây biến dòng với đồng hồ hiển thị khá đơn giản. Nhưng có một điều cần lưu ý, là phải chọn loại đồng hồ hiển thị ampe tương đương với biến dòng đang sử dụng

9.1 Cách chọn biến dòng

9.1.1 Tỉ số biến dòng

Tỉ số biến dòng là tỉ lệ giữa dòng định mức ở sơ cấp và thứ cấp, tỉ số này thường được ghi rõ ràng trên biến dòng.
Trong thực tế, người ta thường sử dụng biến dòng tỉ số x / 5 A. Hầu hết các thiết bị đo đếm đều tương thích với biến dòng có dòng định mức thứ cấp 5A. Ngoài ra, vì một số lý do kỹ thuật và kinh tế, người ta cũng sử dụng biến dòng có tỉ số x / 1 A khi cần đi dây tín hiệu rất dài. Tổn hao đường dây khi sử dụng biến dòng loại 1A chỉ bằng 4% so với tổn hao trên biến dòng loại 5A. Tuy nhiên, thiết bị đo sẽ cho kết quả kém chính xác hơn.

Dòng định mức

Để chọn biến dòng CT, đầu tiên ta cần phải biết dòng tải lớn nhất đi qua biến dòng. Sau đó ta chỉ cần biến dòng có giá trị bằng hoặc cao hơn 1 chút so với giá trị dòng điện thực tế.

Dòng định mức được hiểu là giá trị dòng định mức phía sơ cấp và phía thứ cấp của biến dòng và luôn được ghi rõ trên biến dòng. Các mức dòng sơ cấp định mức tiêu chuẩn (không bao gồm loại có cấp chính xác 0.2S và 0.5S): 10 – 12.5 – 15 – 20 – 25 – 30 – 40 – 50 – 60 – 75 A và các bội số của chúng. Dòng thứ cấp định mức tiêu chuẩn là 1A và 5A, người ta thường sản xuất loại 5A.

Để đảm bảo đo đạc được chính xác, chúng tôi luôn khuyến cáo khách hàng sử dụng biến dòng có dòng định mức sơ cấp cao hơn một chút so với dòng cực đại (In) của hệ thống.

Ví dụ đơn giản: nếu dòng tải lớn nhất của bạn là 450A thì bạn nên chọn biến dòng có giá trị 500A.

Còn nếu dòng tải của bạn có giá trị nhỏ hơn hoặc bằng 300A thì biến dòng analog là lựa chọn tốt nhất dành cho bạn.

9.1.2 Công suất định mức

Công suất định mức của biến dòng được hiểu là công suất tối đa mà biến dòng có thể chịu được mà không gây sai số vượt quá giới hạn cho phép.

Khi lựa chọn công suất định mức phù hợp, cần quan tâm đến các chỉ số: tổn hao trên các thiết bị đo đếm (nếu nối tiếp nhiều thiết bị), chiều dài dây cáp, tiết diện dây. Dây càng dài, tiết diện càng nhỏ thì tổn hao càng thấp. Do đó cần lựa chọn biến dòng có công suất đủ lớn để chịu được tất cả các tổn hao này.

Cần lựa chọn biến dòng có công suất gần với công suất định mức của hệ thống dây dẫn, thiết bị đo phía sau. Nếu công suất của biến dòng quá thấp, biến dòng có thể bị hư hỏng khi hệ thống xảy ra sự cố ngắn mạch. Nếu công suất của biến dòng quá cáo, sẽ làm giảm độ chính xác khi đo đếm.

Cấp chính xác

Biến dòng thường được chia thành nhiều cấp chính xác; người dùng cần lựa chọn cho phù hợp mục đích sử dụng và chi phí.

Cấp chính xác tiêu chuẩn gồm: 0.1; 0.2; 0.5; 1; 3; 5; 0.1 S; 0.2 S; 0.5 S. Cấp chính xác này thể hiện phần trăm (%) sai lệch giá trị và lệch pha giữa dòng thực thế dòng ở thứ cấp.

Cấp chính xác của biến dòng cũng liên quan đến dòng tải. Nếu dòng tải quá thấp so với dòng định mức của biến dòng, độ chính xác sẽ giảm. Tham khảo bảng dưới đây:

Tham khảo bảng dưới đây:

9.2 Cách đấu nối biến dòng 3 pha

Đối với các loại dòng điện 3 pha thì chúng ta phải dùng thiết bị có đo dòng điện 3 pha chuyên dụng. Thông thương với các dòng điện 3 pha trong nhà máy thì có công suất khá lớn. Chúng có thể giao động lên đến mức 10.000 đến 20.000 Ampe. Các loại biến dòng như này thông thường chúng không chuyển trực tiếp tín hiệu từ Ampe sang Vôn. Tức là khi gắn chúng vào các đường dây của động cơ 3 pha có dòng điện giao động từ 0-10.000A thì chúng sẽ chuyển này sang thàng tín hiệu vôn có dải đo là 0-10V.

Cách đo tín hiệu . Đó là chúng ta sử dụng một bộ chuyển đổi tín hiệu 0-10V này thành tín hiệu Analog 4-20mA hoặc Modbus để dễ dàng kết nối với PLC, bộ điều khiển, hoặc các bộ hiển thị như trên hình.

9.3 Video huớng dẫn sử dụng biến dòng

10. Các hãng biến dòng đang kinh doanh

10.1 Biến dòng Lightstar

10.2 Biến dòng GIC

Lời kết

Trong trường hợp bạn có nhu cầu tìm hiểu, cần tư vấn kỹ thuật liên hệ ngay với Amazen thông qua:
Hotline: 0934 399 068 - Sales: 0938 072 058
Email: amazen@amazen.com.vn
Với đội ngũ hỗ trợ kỹ thuật và tư vấn bán hàng chuyên môn cao, công ty chúng tôi tự tin rằng mang lại cho quý khách hàng trải nghiệm mua hàng tuyệt vời nhất.
Amazen cam kết mọi sản phẩm biến tần mà chúng tôi hiện cung cấp là hàng chính hãng, mới hoàn toàn 100%, đảm bảo chất lượng và đầy đủ giấy tờ chứng nhận CO/CQ và VAT đi kèm.