Định nghĩa máy biến dòng ba pha và các tình huống phổ biến của nó

MỘTMáy biến dòng ba phaHoạt động dựa trên các nguyên lý cơ bản của điện từ để đạt được chức năng của nó. Thiết kế của nó đơn giản nhưng hiệu quả cao trong việc giám sát an toàn các hệ thống điện mạnh. Hiểu được cơ chế hoạt động bên trong của nó sẽ cho thấy lý do tại sao nó là nền tảng của việc quản lý lưới điện.

Nguyên tắc hoạt động cốt lõi

Hoạt động của máy biến dòng được điều khiển bởi cảm ứng điện từ, một nguyên lý được mô tả bởiĐịnh luật Faraday. Quá trình này cho phép đo dòng điện mà không cần bất kỳ kết nối điện trực tiếp nào giữa mạch sơ cấp điện áp cao và các thiết bị đo.Toàn bộ chuỗi sự kiện diễn ra trong một vài bước chính:

1. Dòng điện sơ cấp cao chạy qua dây dẫn chính (cuộn dây sơ cấp).
2. Dòng điện này tạo ra một từ trường tương ứng bên trong lõi sắt của máy biến áp.
3. Cáclõi từdẫn từ trường thay đổi này đến cuộn dây thứ cấp.
4. Từ trường tạo ra dòng điện nhỏ hơn nhiều và tỷ lệ thuận trong cuộn dây thứ cấp.
5. Dòng điện thứ cấp này sau đó được đưa an toàn đến đồng hồ đo, rơ le hoặc hệ thống điều khiển để đo lường và phân tích.

Đối với các ứng dụng ba pha, thiết bị bao gồm ba bộ cuộn dây và lõi. Cấu trúc này cho phép đo dòng điện đồng thời và độc lập trên mỗi dây pha.

Cấu trúc và các thành phần chính

Máy biến dòng điện bao gồm ba bộ phận chính: cuộn dây sơ cấp, cuộn dây thứ cấp và lõi từ.

• Cuộn dây sơ cấp: Đây là dây dẫn mang dòng điện cao cần đo. Trong nhiều thiết kế (CT dạng thanh), dây sơ cấp chỉ đơn giản là thanh cái hoặc cáp hệ thống chính đi qua tâm máy biến áp.
• Cuộn dây thứ cấp: Nó bao gồm nhiều vòng dây dẫn có tiết diện nhỏ hơn được quấn quanh lõi từ. Nó tạo ra dòng điện nhỏ hơn, có thể đo được.
• Lõi từ: Lõi là bộ phận quan trọng giúp tập trung và dẫn từ trường từ cuộn sơ cấp sang cuộn thứ cấp. Vật liệu làm lõi ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác và hiệu suất của máy biến áp.

Việc lựa chọn vật liệu cốt lõi là điều cần thiếtđể giảm thiểu tổn thất năng lượng và ngăn ngừa méo tín hiệu. Máy biến áp có độ chính xác cao sử dụng vật liệu chuyên dụng để đạt hiệu suất vượt trội.

Lưu ý về độ chính xác:Trong thế giới thực, không có máy biến áp nào là hoàn hảo.Lỗi có thể phát sinh từ nhiều yếu tốDòng điện kích thích cần thiết để từ hóa lõi có thể gây ra độ lệch pha và biên độ. Tương tự, việc vận hành CT ngoài tải định mức, đặc biệt là ở dòng điện rất thấp hoặc rất cao, sẽ làm tăng sai số đo. Bão hòa từ, khi lõi không còn khả năng xử lý từ thông lớn hơn, cũng dẫn đến độ chính xác đáng kể, đặc biệt là trong điều kiện sự cố.

Tầm quan trọng của tỷ lệ vòng quay

Tỷ số vòng dây là yếu tố toán học cốt lõi của máy biến dòng. Nó xác định mối quan hệ giữa dòng điện trong cuộn sơ cấp và dòng điện trong cuộn thứ cấp. Tỷ số này được tính bằng cách chia dòng điện sơ cấp định mức cho dòng điện thứ cấp định mức.

Tỷ số biến dòng (CTR) = Dòng điện sơ cấp (Ip) / Dòng điện thứ cấp (Is)

Tỷ lệ này được xác định bởi số vòng dây trong mỗi cuộn dây. Ví dụ, một biến dòng (CT) với tỷ lệ 400:5 sẽ tạo ra dòng điện 5A ở phía thứ cấp khi dòng điện 400A chạy qua dây dẫn sơ cấp. Chức năng hạ áp có thể dự đoán được này đóng vai trò cơ bản trong mục đích của nó. Nó chuyển đổi dòng điện cao, nguy hiểm thành dòng điện thấp, chuẩn hóa, an toàn cho các thiết bị đo lường. Việc lựa chọn tỷ lệ vòng dây chính xác phù hợp với tải dự kiến ​​của hệ thống là rất quan trọng để đảm bảo cả độ chính xác và an toàn.

Máy biến dòng ba pha so với máy biến dòng một pha

Việc lựa chọn cấu hình máy biến dòng phù hợp là rất quan trọng để giám sát hệ thống điện chính xác và đáng tin cậy. Quyết định sử dụng một máy biến dòng ba pha hay ba máy biến dòng một pha riêng biệt phụ thuộc vào thiết kế hệ thống, mục tiêu ứng dụng và các ràng buộc vật lý.

Sự khác biệt chính về cấu trúc và thiết kế

Sự khác biệt rõ ràng nhất nằm ở cấu trúc vật lý của chúng và cách chúng tương tác với các dây dẫn.CT một phađược thiết kế để bao quanh một dây dẫn điện duy nhất. Ngược lại, biến dòng ba pha có thể là một khối thống nhất, duy nhất mà cả ba dây dẫn pha đều đi qua, hoặc có thể là một bộ ba biến dòng một pha ghép nối với nhau. Mỗi phương pháp đều phục vụ một mục đích riêng biệt trong việc giám sát điện năng.

Ưu điểm dành riêng cho ứng dụng

Mỗi cấu hình đều mang lại những lợi ích riêng biệt, phù hợp với nhu cầu cụ thể. Việc sử dụng ba CT một pha riêng biệt mang lại góc nhìn chi tiết và chính xác nhất về hệ thống. Phương pháp này cho phép đo lường chính xác từng pha, điều này rất quan trọng đối với:

• Thanh toán theo cấp độ doanh thu: Giám sát có độ chính xác cao đòi hỏi phải có CT chuyên dụng cho từng giai đoạn để đảm bảo thanh toán năng lượng công bằng và chính xác.
• Phân tích tải không cân bằng: Các hệ thống có nhiều tải một pha (như tòa nhà thương mại) thường có dòng điện không đều trên mỗi pha. Các CT riêng biệt sẽ nắm bắt chính xác sự mất cân bằng này.

CT ba pha đơn vị, thường được sử dụng để đo lường dư lượng hoặc chuỗi số không, có khả năng phát hiện lỗi tiếp đất bằng cách cảm nhận bất kỳ sự khác biệt nào về dòng điện giữa ba pha.

Khi nào nên chọn cái này hơn cái kia

Sự lựa chọn phụ thuộc rất nhiều vào hệ thống dây điện của hệ thống điện và mục tiêu giám sát.

Đối với các ứng dụng đòi hỏi độ chính xác cao nhất, chẳng hạn như hệ thống đo lường hoặc giám sát cấp doanh thu với tải có khả năng mất cân bằng như biến tần năng lượng mặt trời, hãy sử dụngba CTlà tiêu chuẩn. Phương pháp này loại bỏ việc phỏng đoán và ngăn ngừa các kết quả đo không chính xác có thể xảy ra khi điện năng không được tiêu thụ hoặc sản xuất đồng đều trên tất cả các pha.

Sau đây là một số hướng dẫn chung:

• Hệ thống Wye ba pha, 4 dây:Các hệ thống này, bao gồm dây trung tính, yêu cầu ba CT để có độ chính xác hoàn toàn.
• Hệ thống Delta ba pha, 3 dây: Các hệ thống này không có dây trung tính. Hai CT thường là đủ để đo lường, như đã nêu trongĐịnh lý Blondel.
• Tải trọng cân bằng so với tải trọng không cân bằng: Mặc dù có thể nhân giá trị đo của một CT đơn lẻ trên một tải cân bằng hoàn hảo, nhưng phương pháp này sẽ gây ra lỗi nếu tải không cân bằng. Đối với các thiết bị như dàn HVAC, máy sấy hoặc tủ điện phụ, hãy luôn sử dụng một CT trên mỗi dây dẫn có điện.

Cuối cùng, việc xem xét loại hệ thống và yêu cầu về độ chính xác sẽ dẫn đến cấu hình CT chính xác.

Khi nào sử dụng máy biến dòng ba pha?

MỘTMáy biến dòng ba phalà một thành phần nền tảng trong hệ thống điện hiện đại. Ứng dụng của nó vượt xa việc đo lường đơn thuần. Những thiết bị này là thiết yếu để đảm bảo độ chính xác về mặt tài chính, bảo vệ các thiết bị đắt tiền và cho phép quản lý năng lượng thông minh trong các lĩnh vực công nghiệp, thương mại và tiện ích.

Để đo lường và thanh toán năng lượng chính xác

Các đơn vị quản lý tiện ích và cơ sở vật chất dựa vào các phép đo năng lượng chính xác để lập hóa đơn. Trong các cơ sở thương mại và công nghiệp quy mô lớn, nơi mức tiêu thụ điện năng đáng kể, ngay cả những sai sót nhỏ cũng có thể dẫn đến chênh lệch tài chính đáng kể.Máy biến dòng điệncung cấp độ chính xác cần thiết cho nhiệm vụ quan trọng này. Chúng giảm dòng điện cao xuống mức mà đồng hồ đo lưu lượng có thể ghi lại một cách an toàn và chính xác.

Độ chính xác của các máy biến áp này không phải là tùy ý. Nó được quản lý bởi các tiêu chuẩn quốc tế nghiêm ngặt nhằm đảm bảo tính công bằng và nhất quán trong đo đếm điện năng. Các tiêu chuẩn chính bao gồm:

• Tiêu chuẩn ANSI/IEEE C57.13: Một tiêu chuẩn được sử dụng rộng rãi ở Hoa Kỳ cho cả máy biến dòng đo lường và bảo vệ.
• Tiêu chuẩn ANSI C12.1-2024:Đây là quy tắc chính về đo lường điện ở Hoa Kỳ, xác định các yêu cầu về độ chính xác cho đồng hồ đo.
• Các lớp IEC: Các tiêu chuẩn quốc tế như IEC 61869 xác định các cấp độ chính xác như 0,1, 0,2 và 0,5 cho mục đích thanh toán. Các cấp độ này chỉ định sai số tối đa cho phép.

Lưu ý về chất lượng điện năng:Không chỉ dừng lại ở cường độ dòng điện, các tiêu chuẩn này còn đề cập đến sai số góc pha. Việc đo pha chính xác là rất quan trọng để tính toán công suất phản kháng và hệ số công suất, vốn là những thành phần ngày càng quan trọng trong cấu trúc thanh toán điện năng hiện đại.

Để bảo vệ quá dòng và lỗi

Bảo vệ hệ thống điện khỏi hư hỏng là một trong những chức năng quan trọng nhất của máy biến dòng. Các sự cố về điện, chẳng hạn như ngắn mạch hoặc chạm đất, có thể tạo ra dòng điện cực lớn, phá hủy thiết bị và gây ra các mối nguy hiểm nghiêm trọng về an toàn. Một hệ thống bảo vệ quá dòng hoàn chỉnh sẽ phối hợp hoạt động để ngăn chặn điều này.

Hệ thống này có ba phần chính:

1. Máy biến dòng điện (CT): Đây là các cảm biến. Chúng liên tục theo dõi dòng điện chạy đến các thiết bị được bảo vệ.
2. Rơ le bảo vệ: Đây là não. Nó nhận tín hiệu từ máy CT và quyết định xem dòng điện có cao đến mức nguy hiểm hay không.
3. Máy cắt mạch: Đây là cơ. Nó nhận lệnh ngắt từ rơ le và ngắt kết nối vật lý mạch điện để ngăn chặn sự cố.

CT được tích hợp với các loại rơle khác nhau để phát hiện các vấn đề cụ thể. Ví dụ, mộtRơ le quá dòng (OCR)ngắt khi dòng điện vượt quá mức an toàn, bảo vệ thiết bị khỏi tình trạng quá tải.Rơ le lỗi đất (EFR)phát hiện dòng điện rò rỉ xuống đất bằng cách đo bất kỳ sự mất cân bằng nào giữa các dòng pha. Nếu CT bị bão hòa trong quá trình xảy ra sự cố, nó có thể làm méo tín hiệu gửi đến rơle, có khả năng khiến hệ thống bảo vệ bị lỗi. Do đó, CT cấp bảo vệ được thiết kế để duy trì độ chính xác ngay cả trong điều kiện sự cố khắc nghiệt.

Để giám sát và quản lý tải thông minh

Các ngành công nghiệp hiện đại đang vượt ra ngoài phạm vi bảo vệ và thanh toán đơn thuần. Giờ đây, họ sử dụng dữ liệu điện để có được những hiểu biết sâu sắc về hoạt động vàbảo trì dự đoán. Máy biến dòng là nguồn dữ liệu chính cho các hệ thống thông minh này. Bằng cách kẹpCT không xâm lấnvào đường dây điện của động cơ, các kỹ sư có thể thu được các tín hiệu điện chi tiết mà không làm gián đoạn hoạt động.

Dữ liệu này cho phép áp dụng chiến lược bảo trì dự đoán hiệu quả:

• Thu thập dữ liệu:CT thu thập dữ liệu dòng điện thô từ máy móc đang hoạt động.
• Xử lý tín hiệu:Các thuật toán chuyên biệt xử lý các tín hiệu điện này để trích xuất các đặc điểm cho biết tình trạng hoạt động của máy.
• Phân tích thông minh: Bằng cách phân tích các tín hiệu điện này theo thời gian, hệ thống có thể tạo ra một "bản sao kỹ thuật số" của động cơ. Mô hình kỹ thuật số này giúp dự đoán các vấn đề đang phát triển trước khi chúng gây ra hỏng hóc.

Phân tích dữ liệu CT này có thể xác định nhiều vấn đề về cơ và điện, bao gồm:

• Lỗi ổ trục
• Thanh rôto bị hỏng
• Độ lệch tâm khe hở không khí
• Sự sai lệch cơ học

Phương pháp chủ động này cho phép các nhóm bảo trì lên lịch sửa chữa, đặt hàng phụ tùng và tránh thời gian ngừng hoạt động ngoài kế hoạch tốn kém, biến máy biến dòng từ một thiết bị đo lường đơn giản thành một công cụ hỗ trợ chính cho các sáng kiến ​​nhà máy thông minh.

Cách chọn CT ba pha phù hợp

Việc lựa chọn máy biến dòng ba pha phù hợp là yếu tố thiết yếu cho độ tin cậy và độ chính xác của hệ thống. Các kỹ sư phải cân nhắc các nhu cầu cụ thể của ứng dụng, bao gồm yêu cầu về độ chính xác, tải trọng hệ thống và các hạn chế về lắp đặt vật lý. Một quy trình lựa chọn cẩn thận sẽ đảm bảo hiệu suất tối ưu cho việc đo lường, bảo vệ và giám sát.

Hiểu về các lớp độ chính xác

Máy biến dòng được phân loại theo cấp độ chính xácdùng cho mục đích đo lường hoặc bảo vệ. Mỗi loại có một mục đích riêng biệt, và việc sử dụng sai loại có thể dẫn đến tổn thất tài chính hoặc hư hỏng thiết bị.

• Đo CTcung cấp độ chính xác cao cho việc lập hóa đơn và phân tích tải trong điều kiện dòng điện hoạt động bình thường.
• CT bảo vệđược chế tạo để chịu được dòng điện sự cố cao, đảm bảo rơ le bảo vệ hoạt động đáng tin cậy.

Một sai lầm phổ biến là sử dụng CT đo lường có độ chính xác cao để bảo vệ. Các CT này có thể bị bão hòa trong quá trình xảy ra lỗi, ngăn cản rơ le nhận được tín hiệu chính xác và ngắt cầu dao kịp thời.

Lưu ý về thông số kỹ thuật quá mức:Chỉ định mộtlớp hoặc khả năng có độ chính xác cao không cần thiếtcó thể làm tăng đáng kể chi phí và kích thước. Một CT quá khổ có thể khó sản xuất và gần như không thể lắp vào tủ điện đóng cắt tiêu chuẩn, khiến nó trở thành một lựa chọn không thực tế.

Phù hợp với tỷ lệ CT với tải hệ thống

Tỷ số biến thiên (CT) phải phù hợp với tải dự kiến ​​của hệ thống điện. Tỷ số được thiết kế phù hợp sẽ đảm bảo CT hoạt động trong phạm vi chính xác nhất. Một phương pháp đơn giản giúp xác định tỷ số chính xác cho động cơ:

1. Tìm ampe tải đầy đủ (FLA) của động cơ từ bảng tên của nó.
2. Nhân FLA với 1,25 để tính đến tình trạng quá tải.
3. Chọn tỷ lệ CT chuẩn gần nhất với giá trị tính toán này.

Ví dụ, một động cơ có FLA là 330A sẽ yêu cầu tính toán330A * 1,25 = 412,5ATỷ lệ chuẩn gần nhất sẽ là 400:5.Việc chọn tỷ lệ quá cao sẽ làm giảm độ chính xác ở tải trọng thấp.Tỷ lệ quá thấp có thể khiến CT bị bão hòa trong quá trình xảy ra lỗi, làm suy yếu hệ thống bảo vệ.

Lựa chọn hệ số hình thức vật lý phù hợp

Hình dạng vật lý của máy biến dòng ba pha phụ thuộc vào môi trường lắp đặt. Có hai loại chính là lõi đặc và lõi chia đôi.

• CT lõi rắncó vòng kín. Người lắp đặt phải ngắt dây dẫn chính để luồn nó qua lõi. Điều này làm cho chúng trở nên lý tưởng cho các công trình xây dựng mới, nơi có thể ngắt điện.
• CT lõi chia đôicó thể mở ra và kẹp chặt quanh một dây dẫn. Thiết kế này hoàn hảo cho việc cải tạo các hệ thống hiện có vì không cần phải tắt nguồn.

Việc lựa chọn giữa các loại này phụ thuộc vào việc lắp đặt mới hay cải tạo và liệu có thể ngắt nguồn điện hay không.

---

Máy biến dòng ba pha là thiết bị quan trọng để đo dòng điện an toàn trong hệ thống ba pha. Ứng dụng chính của nó đảm bảo tính toán năng lượng chính xác, bảo vệ thiết bị bằng cách phát hiện lỗi và cho phép quản lý năng lượng thông minh. Việc lựa chọn đúng dựa trên độ chính xác, tỷ số truyền và hệ số hình dạng là điều cần thiết cho hoạt động hệ thống đáng tin cậy và an toàn.

Nhìn về phía trước: CT hiện đại vớicông nghệ thông minhVàthiết kế mô-đunđang làm cho hệ thống điện hiệu quả hơn. Tuy nhiên, hiệu quả của chúng luôn phụ thuộc vào việc lựa chọn đúng đắn vàthực hành lắp đặt an toàn.

Câu hỏi thường gặp

Điều gì xảy ra nếu mạch thứ cấp CT bị hở?

Mạch thứ cấp hở gây ra mối nguy hiểm nghiêm trọng. Nó tạo ra điện áp cực cao trên các cực thứ cấp. Điện áp này có thể làm hỏng lớp cách điện của máy biến áp và gây ra rủi ro nghiêm trọng cho nhân viên. Luôn đảm bảo mạch thứ cấp được nối tắt hoặc kết nối với tải.

Có thể sử dụng một CT cho cả mục đích đo lường và bảo vệ không?

Không khuyến khích sử dụng. CT đo lường yêu cầu độ chính xác cao ở tải bình thường, trong khi CT bảo vệ phải hoạt động đáng tin cậy trong điều kiện dòng điện sự cố cao. Việc sử dụng một CT duy nhất cho cả hai mục đích sẽ làm giảm độ chính xác trong tính toán hoặc an toàn thiết bị, vì thiết kế của chúng phục vụ các chức năng khác nhau.

Độ bão hòa CT là gì?

Bão hòa xảy ra khi lõi của máy biến dòng (CT) không thể xử lý được năng lượng từ lớn hơn, thường xảy ra trong một sự cố lớn. Máy biến áp sau đó không tạo ra được dòng điện thứ cấp tương ứng. Điều này dẫn đến các phép đo không chính xác và có thể ngăn cản rơle bảo vệ hoạt động chính xác trong trường hợp khẩn cấp.

Tại sao dòng điện thứ cấp được chuẩn hóa thành 1A hoặc 5A?

Việc chuẩn hóa dòng điện thứ cấp ở mức 1A hoặc 5A đảm bảo khả năng tương tác. Điều này cho phép đồng hồ đo và rơle từ các nhà sản xuất khác nhau hoạt động liền mạch. Việc này giúp đơn giản hóa thiết kế hệ thống, thay thế linh kiện và thúc đẩy khả năng tương thích phổ biến trong toàn ngành điện.