Biến dòng (Current transformer) là một loại dụng cụ được thiết kế để tạo ra dòng điện xoay chiều trong cuộn thứ cấp tỷ lệ với dòng điện được đo trong cuộn sơ cấp. Biến dòng làm giảm dòng điện cao áp xuống giá trị thấp hơn nhiều và cung cấp một cách thuận tiện để theo dõi 1 cách an toàn dòng điện thực tế chạy trong đường dây tải điện xoay chiều bằng cách sử dụng ampe kế tiêu chuẩn. Nguyên lý hoạt động của Biến dòng cơ bản hơi khác so với nguyên lý hoạt động của máy biến điện áp thông thường.
Không giống như máy biến điện áp hoặc máy biến điện lực đã thấy trước đây, Biến dòng chỉ bao gồm một hoặc rất ít vòng dây làm cuộn sơ cấp của nó. Cuộn dây sơ cấp này có thể là một vòng quay phẳng, một cuộn dây chịu tải nặng quấn quanh lõi hoặc chỉ là một dây dẫn hoặc là thanh cái đặt qua một lỗ trung tâm như hình minh họa.
Do kiểu sắp xếp này, Biến dòng cũng thường được gọi là "máy biến dòng nối tiếp" vì cuộn sơ cấp không bao giờ có nhiều hơn một vài vòng, mắc nối tiếp với dây dẫn mang dòng điện cung cấp cho tải.
Tuy nhiên, cuộn dây thứ cấp có thể có một số lượng lớn vòng dây quấn trên lõi nhiều lớp làm bằng vật liệu từ tính có tổn thất thấp. Lõi này có diện tích mặt cắt lớn để mật độ từ thông được tạo ra thấp bằng cách sử dụng dây có diện tích mặt cắt nhỏ hơn nhiều, tùy thuộc vào mức độ dòng điện phải được giảm xuống khi nó cố gắng tạo ra một dòng điện không đổi, không phụ thuộc vào kết nối trọng tải.
Cuộn dây thứ cấp sẽ cung cấp dòng điện vào mạch ngắn, ở dạng ampe kế hoặc vào tải điện trở cho đến khi điện áp cảm ứng trong cuộn thứ cấp đủ lớn để bão hòa lõi hoặc gây ra sự cố do đánh thủng điện áp quá mức.
Không giống như máy biến điện áp, dòng sơ cấp của máy biến dòng không phụ thuộc vào dòng tải thứ cấp mà thay vào đó được điều khiển bởi tải bên ngoài. Dòng điện thứ cấp thường được đánh giá ở mức 1 Ampe tiêu chuẩn hoặc 5 Ampe đối với dòng điện sơ cấp lớn hơn.
Có ba loại máy biến dòng cơ bản: dây quấn , hình xuyến và thanh.
Biến dòng dây quấn – Cuộn dây sơ cấp của Biến dòng được mắc nối tiếp vật lý với dây dẫn mang dòng điện đo được chạy trong mạch. Độ lớn của dòng điện thứ cấp phụ thuộc vào tỉ số vòng dây của Biến dòng.
Biến dòng hình xuyến – Chúng không có cuộn dây sơ cấp. Thay vào đó, đường dây mang dòng điện chạy trong mạng được luồn qua cửa sổ hoặc lỗ trong Biến dòng hình xuyến. Một số máy biến dòng có “lõi tách” cho phép mở, lắp đặt và đóng máy mà không cần ngắt kết nối mạch điện mà chúng được gắn vào.
Biến dòng kiểu thanh – Loại máy biến dòng này sử dụng cáp hoặc thanh cái thực tế của mạch chính làm cuộn dây sơ cấp, tương đương với một vòng dây. Chúng được cách điện hoàn toàn khỏi điện áp hoạt động cao của hệ thống và thường được bắt vít vào thiết bị mang dòng điện.
Máy biến dòng có thể giảm hoặc "giảm dần" mức dòng điện từ hàng nghìn ampe xuống đầu ra tiêu chuẩn có tỷ lệ đã biết là 1 Ampe hoặc 5 Ampe đối với hoạt động bình thường. Do đó, các dụng cụ và thiết bị điều khiển nhỏ và chính xác có thể được sử dụng với CT vì chúng được cách điện với bất kỳ đường dây điện cao thế nào. Có nhiều ứng dụng đo lường và sử dụng cho các máy biến dòng như với dụng cụ đo công suất điện năng, đồng hồ đo hệ số công suất, đồng hồ đo watt-giờ, rơle bảo vệ hoặc cuộn dây ngắt trong bộ ngắt mạch từ tính hoặc MCB.
Nói chung, Biến dòng và ampe kế được sử dụng cùng nhau như một cặp đôi, trong đó thiết kế của Biến dòng nhằm cung cấp dòng điện thứ cấp tối đa tương ứng với độ lệch toàn thang đo trên ampe kế. Trong hầu hết các Biến dòng, tồn tại một tỷ số nghịch đảo xấp xỉ giữa hai dòng điện trong cuộn sơ cấp và thứ cấp. Đây là lý do tại sao việc hiệu chuẩn CT thường dành cho một loại ampe kế cụ thể.
Hầu hết các Biến dòng có định mức thứ cấp tiêu chuẩn là 5 ampe với dòng điện sơ cấp và thứ cấp được biểu thị theo tỷ lệ chẳng hạn như 100/5. Điều này có nghĩa là dòng điện sơ cấp lớn hơn 20 lần so với dòng điện thứ cấp, vì vậy khi 100 ampe chạy trong dây dẫn sơ cấp, nó sẽ tạo ra 5 ampe chạy trong cuộn thứ cấp. Một Biến dòng 500/5 chẳng hạn, sẽ tạo ra 5 ampe ở dây thứ cấp cho 500 ampe ở dây dẫn sơ cấp, lớn hơn 100 lần.
Bằng cách tăng số cuộn dây thứ cấp (Ns) dòng điện thứ cấp có thể được tạo ra nhỏ hơn nhiều so với dòng điện trong mạch sơ cấp được đo bởi vì khi Ns tăng lên, Is giảm theo một lượng tương ứng. Nói cách khác, số vòng dây và cường độ dòng điện trong cuộn sơ cấp và thứ cấp có quan hệ tỷ lệ nghịch.
Một Biến dòng phải thỏa mãn phương trình vòng quay ampe và chúng tôi biết từ hướng dẫn của chúng tôi về máy biến điện áp dây quấn kép rằng tỷ số vòng quay này bằng:
Từ đó chúng ta có:
Tỷ lệ hiện tại sẽ đặt tỷ lệ vòng quay và vì cuộn sơ cấp thường bao gồm một hoặc hai vòng trong khi thứ cấp có thể có vài trăm vòng, tỷ lệ giữa sơ cấp và thứ cấp có thể khá lớn. Ví dụ: giả sử rằng định mức hiện tại của cuộn sơ cấp là 100A. Cuộn dây thứ cấp có định mức tiêu chuẩn là 5A. Sau đó, tỷ lệ giữa dòng sơ cấp và thứ cấp là 100 - 5, hoặc 20 : 1. Nói cách khác, dòng điện sơ cấp lớn hơn dòng điện thứ cấp 20 lần.
Tuy nhiên, cần lưu ý rằng Biến dòng có định mức 100/5 không giống với biến áp định mức 20/1 hoặc phân vùng 100/5. Điều này là do tỷ lệ 100/5 thể hiện “xếp loại dòng điện đầu vào/đầu ra” chứ không phải tỷ lệ thực tế của dòng điện sơ cấp so với dòng điện thứ cấp. Cũng lưu ý rằng số vòng dây và cường độ dòng điện trong cuộn sơ cấp và thứ cấp có quan hệ tỷ lệ nghịch với nhau.
Nhưng có thể đạt được những thay đổi tương đối lớn trong tỷ số vòng dây của máy biến dòng bằng cách sửa đổi số vòng dây sơ cấp qua cửa sổ của CT trong đó một vòng dây sơ cấp bằng một lần chạy và nhiều hơn một lần chạy qua cửa sổ dẫn đến tỷ số điện được sửa đổi.
Ví dụ, một Biến dòng có mối quan hệ chẳng hạn như 300/5A có thể được chuyển đổi thành một Biến dòng khác 150/5A hoặc thậm chí 100/5A bằng cách luồn dây dẫn sơ cấp chính qua cửa sổ bên trong của nó hai hoặc ba lần như hình minh họa. Điều này cho phép Biến dòng có giá trị cao hơn cung cấp dòng điện đầu ra lớn nhất cho ampe kế khi được sử dụng trên các đường dây sơ cấp nhỏ hơn.
Một Biến dòng kiểu thanh có 1 vòng dây sơ cấp và 160 vòng dây thứ cấp được sử dụng với dãy ampe kế tiêu chuẩn có điện trở trong 0,2 Ω. Cần có ampe kế để tạo ra độ lệch toàn thang khi dòng điện sơ cấp là 800 Ampe. Tính cường độ dòng điện thứ cấp cực đại và hiệu điện thế thứ cấp qua ampe kế.
Dòng điện thứ cấp:
Hiệu điện thế trên Ampe kế:
Như ở trên, chúng ta có thể thấy rằng vì cuộn thứ cấp của máy biến dòng được nối qua ampe kế, ampe kế có điện trở rất nhỏ, điện áp trên cuộn thứ cấp chỉ là 1,0V ở dòng điện sơ cấp đầy đủ.
Tuy nhiên, nếu tháo ampe kế, cuộn dây thứ cấp sẽ bị hở mạch một cách hiệu quả và do đó Biến dòng hoạt động như một Biến dòng tăng áp. Điều này một phần là do sự gia tăng rất lớn của từ thông trong lõi thứ cấp do điện kháng rò rỉ thứ cấp ảnh hưởng đến điện áp cảm ứng thứ cấp vì không có dòng điện đối lập trong cuộn thứ cấp để ngăn chặn điều này.
Kết quả là một điện áp rất cao được tạo ra trong cuộn thứ cấp bằng với tỷ lệ: Vp(Ns/Np) được tạo ra trên cuộn thứ cấp. Vì vậy, ví dụ, giả sử Biến dòng của chúng ta ở trên được sử dụng trên đường dây điện ba pha 480Vnối đất. Vì thế:
Điện áp cao này là do tỷ lệ vôn trên mỗi vòng dây gần như không đổi trong cuộn dây sơ cấp và thứ cấp và vì Vs = Ns * Vp nên các giá trị của Ns và Vp là các giá trị cao, vì vậy Vs cực kỳ cao.
Vì lý do này, Biến dòng không bao giờ được để hở mạch hoặc vận hành không tải khi dòng điện sơ cấp chính chạy qua nó giống như máy biến điện áp không bao giờ được vận hành trong tình trạng đoản mạch. Nếu phải tháo ampe kế (hoặc tải), trước tiên nên đặt một mạch ngắn mạch qua các cực thứ cấp để loại bỏ nguy cơ bị điện giật.
Điện áp cao này là do khi hở mạch thứ cấp, lõi sắt của Biến dòng hoạt động ở mức bão hòa cao và không có gì để ngăn nó lại, nó tạo ra điện áp thứ cấp lớn bất thường, và trong ví dụ đơn giản của chúng ta ở trên, điều này đã được tính toán ở 76,8kV!. Điện áp thứ cấp cao này có thể làm hỏng lớp cách điện hoặc gây điện giật nếu vô tình chạm vào các cực của CT.
Hiện nay có rất nhiều loại Biến dòng chuyên dụng. Một loại phổ biến và linh hoạt có thể được sử dụng để đo tải mạch được gọi là Ampe kìm như được hiển thị.
Ampe kìm mở và đóng xung quanh một dây dẫn mang dòng điện và đo dòng điện của nó bằng cách xác định từ trường xung quanh nó, cung cấp kết quả đo nhanh thường trên màn hình kỹ thuật số mà không cần ngắt kết nối hoặc mở mạch.
Cũng như CT loại kẹp cầm tay, có sẵn các máy biến dòng lõi chia có một đầu có thể tháo rời để dây dẫn tải hoặc thanh cái không phải ngắt kết nối để lắp đặt. Chúng có sẵn để đo dòng điện từ 100 đến 5000 ampe, với kích thước cửa sổ vuông từ 2.54cm – 30,48cm.
Để tóm tắt, Biến dòng (CT) là một loại Biến dòng dụng cụ được sử dụng để chuyển đổi dòng điện sơ cấp thành dòng điện thứ cấp thông qua một môi trường từ tính. Sau đó, cuộn dây thứ cấp của nó cung cấp dòng điện đã giảm nhiều, có thể được sử dụng để phát hiện các điều kiện dòng điện quá dòng, dòng điện thấp, dòng điện cực đại hoặc dòng điện trung bình.
Cuộn sơ cấp của Biến dòng luôn được mắc nối tiếp với dây dẫn chính nên nó còn được gọi là Biến dòng nối tiếp. Dòng thứ cấp được định mức 1A hoặc 5A để dễ đo. Cấu trúc có thể là cuộn sơ cấp với một vòng duy nhất như trong các loại Hình xuyến, Bánh vòng hoặc Thanh hoặc một vài vòng trên cuộn sơ cấp, thường chỉ dành cho dòng điện tỷ lệ thấp.
Biến dòng được thiết kế để sử dụng như các thiết bị đo tỷ lệ dòng điện. Do đó, cuộn dây thứ cấp của Biến dòng không bao giờ được vận hành ở trạng thái hở mạch, giống như máy biến điện áp không bao giờ được vận hành ở trạng thái ngắn mạch.
Điện áp rất cao sẽ xảy ra do hở mạch mạch thứ cấp của Biến dòng đã được cấp điện, vì vậy các cực của chúng phải được nối tắt nếu tháo ampe kế hoặc khi không sử dụng CT trước khi cấp nguồn cho hệ thống.
Energy Star (được đăng ký thương hiệu ENERGY STAR) là một chương trình do Cơ quan Bảo vệ môi trường Hoa Kỳ (EPA) và Bộ Năng lượng Hoa Kỳ (DOE) điều hành nhằm thúc đẩy hiệu quả sử dụng năng lượng.
Nếu bạn bật một bóng đèn đen trong phòng tối, những gì bạn có thể nhìn thấy từ bóng đèn là ánh sáng màu tía. Những gì bạn không thể nhìn thấy là tia cực tím mà bóng đèn cũng đang tạo ra.
.png)
