Cấu tạo cơ bản và nguyên lý hoạt động của máy biến dòng

Cấu tạo cơ bản của máy biến dòng:

Nói chung máy biến áp hiện tại và ampe kế được sử dụng với nhau như một cặp song đôi, trong đó, thiết kế của máy biến dòng hiện nay nhằm 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. Trong hầu hết các máy biến dòng ngày nay, chúng có thiết kế để tạo ra một khoảng chênh lệch xấp xỉ giữa tỷ số vòng dây của hai cuộn sơ cấp và thứ cấp, mục đích là để nghịch đảo. Đó là lý do tại sao sự hiệu chỉnh của máy biến dòng nói chung lại là một loại hình riêng nhưng lại có đủ các đặc điểm đặc thù của một chiếc ampe kế.

Hầu hết các máy biến dòng hiện nay có tiêu chuẩn cho cuộn thứ cấp là 5 ampe, và tất nhiên là dòng điện sơ cấp sẽ được thể hiện chênh lệch với dòng điện thứ cấp qua một con số tỷ lệ, ví dụ như 100/5. Vậy, tỷ số chênh lệch này có ý nghĩa gì? Điều này có nghĩa rằng, cường độ dòng điện sơ cấp lớn hơn gấp 100 lần so với dòng điện thứ cấp, tức là khi 100 ampe chạy trong cuộn sơ cấp sẽ chuyển thành 5 ampe khi chạy tới cuộn thứ cấp, hoặc với tỷ lệ 500/5, thì chúng cũng sẽ cho kết quả là một dòng điện 5 ampe cho cuộn thứ cấp và 500 ampe cho cuộn sơ cấp, vv.

Bằng cách tăng số lượng vòng dây quấn của cuộn thứ cấp N2, dòng điện thứ cấp có thể được hạ áp thấp hơn nhiều so với dòng điện hiện tại trong mạch sơ cấp. Bởi vì, N2 tăng thì I2 giảm theo một tỷ lệ xác định. Nói cách khác, số vòng dây và cường độ dòng điện trong cuộn sơ cấp và thứ cấp có mối quan hệ nghịch theo một tỷ lệ được xác định trước với nhau.

Nguyên lý hoạt động của máy biến dòng

Minh họa cho bạn mối liên quan giữa về máy biến dòng dạng dây quấn có tỷ số cường độ dòng điện và tỷ số vòng dây sơ cấp và thứ cấp là như nhau:

Từ đó, ta có, cường độ dòng điện thứ cấp:

Như trong cuộn sơ cấp thường bao gồm một hoặc hai vòng dây quấn trong khi cuộn thứ cấp lại cần tới một hoặc hàng trăm vòng, tỷ lệ số vòng dây giữa cuộn sơ cấp và thứ cấp là khá lớn. Ví dụ, giả sử rằng cường độ dòng điện của cuộn sơ cấp là 100Ampe, thì có thể tính ngay giá trị tiêu chuẩn của cường độ dòng điện trong cuộn thứ cấp sẽ là khoảng 5Ampe. Thế là, tỷ lệ giữa dòng điện sơ cấp và dòng điện thứ cấp là 100A – 5A, hoặc 20/1. Nói cách khác, điện áp dòng điện sơ cấp lớn hơn điện áp dòng điện thứ cấp 20 lần.

Tuy nhiên, cần lưu ý, hiện nay có một loại máy biến dòng tuy có hệ số 100/5 nhưng không phải là tỷ lệ điện áp là 20/1 hay 100/5. Mà tỷ lệ 100/5 đó thể hiện hiệu suất của dòng điện đầu vào và dòng điện đầu ra, chứ không phải là tỷ lệ giữa cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp. Cũng nên lưu ý rằng, số vòng dây và điện thế trong cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp có mối liên quan tỷ lệ nghịch với nhau.

Nhưng, chúng ta có thể tạo ra thay đổi lớn về tỷ số vòng dâytrong một máy biến dòng bằng cách điều chỉnh số vòng dây của cuộn sơ cấp dẫn qua khe cửa của máy biến dòng. Đây là nơi mà cứ một vòng dây cuộn sơ cấp lại tương đương với một đường truyền và kết quả là hơn một đường truyền được thông qua khe cửa có mức điện suất được điều chỉnh.

Vì vậy, ví dụ, một máy biến dòng hiện tại dạng vòng, 300/5 Ampe có thể hiệu chỉnh sang 150/5 Ampe hoặc thậm chí lá 100/5 Ampe bằng việc truyền thẳng dòng điện sơ cấp qua khe cửa sổ 2 hoặc 3 lần như minh họa trên hình. Điều này cho phép một dòng điện có cường độ cao hơn xuất hiện nhằm cung cấp điện suất tối đa cho các ampe kê khi được gắn trực tiếp trên mạch sơ cấp, nhưng lại dùng điện thế thấp hơn.

Mối liên hệ giữa tỷ số vòng dây và tỷ số điện áp trong máy biến dòng:

Ví dụ: Với một máy biến dòng dạng thanh khối, có 1 vòng dây ở cuộn sơ cấp và 160 vòng dây ở cuộn thứ cấp, chúng được kết nối với một ampe kế có độ lớn tiêu chuẩn của điện trở trong là 0.2Ω. Các ampe kế được thiết lập để hiển thị sai số chính xác trong một phạm vi cho phép khi cuộn sơ cấp đạt tới mức 800 ampe. Hãy tính cường độ dòng điện tối đa và hiệu điện thế tối đa của cuộn thứ cấp trên ampe kế.

Giải đáp:

Cường độ dòng điện của cuộn thứ cấp: Secondary Current:

Hiệu điện thế của cuộn thứ cấp mà Ampe kế thể hiện:

Chúng ta có thể thấy từ các kết quả trên, khi cuộn thứ cấp của máy biến dòng được kết nối với các ampe kế có điện trở rất nhỏ, thì dòng điện thứ cấp sẽ bị sụt giảm 1,0 Volt hiệu điện thế so vớidòng điện sơ cấp. Nếu ampe kế được lấy ra, cuộn thứ cấp sẽ bị hở mạch và máy biến dòng giảm áp sẽ trở thành máy biến dòng tăng áp, do sự gia tăng đột ngột rất lớn các luồng từ tính phát tán mạnh mẽ từ lõi thứ cấp. Kết quả là một dòng điện áp cao được thụ cảm bởi cuộn thứ cấp, bằng tỷ lệ: Vp(Ns/Np), xuất hiện trong cuộn thứ cấp.

Vì vậy, giả sử như máy biến dòng trên được kết nối với một dòng điện 3 pha, có hiệu điện thế ở mức 480 volt. Kết quả sẽ là:

76,8 kV !. Đấy chính là lý do tại sao các máy biến dòng hiện nay không bao giờ được để hở mạch hiêu hay kết nối với các đường truyền không cố định,chắc chắn. Trường hợp nếu hệ mạch không có gắn ampe kế, thì một đoạn mạch ngắn phải được nối xuyên qua từ đầu đến cuối cuộn thứ cấp để tránh nguy cơ “sốc” điện, tăng áp đột ngột.

Điều này là bởi vì khi dòng điện thứ cấp bị hở mạch, lõi sắt vận hành của máy biến dòng sẽ phải chịu một áp lực vận hành rất lớn thậm chí tới mức bão hòa, chúng sẽ phát ra một nguồn điện thứ cấp bất thường với điện áp rất lớn, và như trong ví dụ đơn giản trên của chúng tôi, nguồn điện này đã được tính toán ở mức 76,8 kV! Nguồn điện áp thứ cấp này có thể tàn phá dễ dàng lớp vỏ cách nhiệt bọc bên ngoài dây điện gây cháy nổ hoặc gây tai nạn điện giật nếu chúng ta vô tình chạm tay vào máy biến dòng.

Lời kết

Tóm lại, các máy biến dòng (CT) hiện nay là một công cụ biến áp và có chức năng đo lường, được sử dụng để biến chuyển điện áp cao trong dòng điện sơ cấp sang dòng thứ cấp có điện áp thấp hơn thông qua nguyên lý hoạt động từ tính của các vật liệu từ tính (là cuộn lõi của hai cuộn thứ cấp và sơ cấp). Cuộn thứ cấp sẽ luôn cung cấp một dòng điện có cường độ tiêu chuẩn, đủ lớn để dò và nhận dạng một dòng điện khác bị quá tải, dòng điện yếu, dòng điện cực đại hay đặc điểm của một dòng điện ở trạng thái bình thường.

Một cuộn cảm trong cuộn sơ cấp luôn được kết nối với hệ thống mạch chính làm tăng độ thụ cảm từ tính trong máy biến dòng. Dòng điện thứ cấp thông thường đạt ở ngưỡng từ 1 – 5 ampe trong các trường hợp đo lường. Cấu tạo này thường ứng dụng trong loại máy biến dòng có cuộn sơ cấp có một vòng dây, ví dụ như máy biến dòng dạng vòng, dạng ống tròn và máy dạng thanh khối, hoặc một số ít các máy loại dây quấn. Tóm lại, cấu tạo này thường hay được sử dụng trong các máy mà cuộn thứ cấp có rất ít vòng dây.

Máy biến dòng ( còn gọi là máy biến điện áp,) có xu hướng được ứng dụng như một dụng cụ biến đổi điện áp hơn là một dụng cụ đo điện thế. Vì thế, một dòng điện thứ cấp trong cuộn thứ cấp sẽ không bao giờđược tải vào mạch hở, cũng như một máy biến thế sẽ không bao giờ được gắn vào một đoạn mạch quángắn.

Điện áp ở mức quá cao sẽ dẫn đến việc mạch thứ cấp bị hở khi khởi động CT do bị quá tải, vì thế các thiệt bị truyền tải điện cần có mạch ngắn trong trường hợp hệ thống mạch điện không có ampe kế, hay máy biến dòng không được khởi động trước khi vận hành hệ thống mạch điện.

Dựa trên nguyên tắc hoạt động, đó là những lưu ý của chúng tôi muốn đề cập đến bạn, nếu bạn muốn sử dụng một máy biến dòng cho mạng lưới điện của mình.!