Máy biến áp hiện tại hoạt động như thế nào? Hướng dẫn đầy đủ về nguyên tắc làm việc của CT

Giới thiệu

Trong bài viết trước, chúng tôi đã giới thiệu máy biến dòng (CT) là gì , bao gồm cấu trúc cơ bản, các loại phổ biến và các ứng dụng điển hình.

Tuy nhiên, đối với các kỹ sư thiết bị, nhà tích hợp hệ thống điện và chuyên gia mua sắm, chỉ hiểu định nghĩa về máy biến dòng là chưa đủ.

Các yếu tố chính ảnh hưởng đến việc lựa chọn sản phẩm và thiết kế hệ thống là cách thức hoạt động của máy biến dòng và cách nó đạt được phép đo dòng điện an toàn và chính xác.

Máy biến dòng không trực tiếp làm thay đổi dòng điện chạy qua mạch sơ cấp. Thay vào đó, nó sử dụng nguyên lý cảm ứng điện từ để tạo ra dòng điện cảm ứng tỷ lệ thuận với dòng điện sơ cấp trong cuộn dây thứ cấp.

Điều này cho phép các hệ thống điện đạt được phép đo dòng điện chính xác trong khi vẫn duy trì cách ly điện giữa mạch dòng điện cao và thiết bị đo.

Trong bài viết này, chúng tôi sẽ giải thích nguyên lý làm việc của máy biến dòng, chức năng của từng bộ phận và các yếu tố chính ảnh hưởng đến độ chính xác của phép đo CT.

1. Tại sao máy biến dòng có thể đo được dòng điện cao?

Dụng cụ đo thông thường không thể đo trực tiếp hàng trăm hoặc hàng nghìn ampe trong hệ thống điện có dòng điện cao.

Việc kết nối trực tiếp thiết bị đo với mạch điện có dòng điện cao có thể làm hỏng thiết bị và gây rủi ro về an toàn cho người vận hành.

Một máy biến dòng được thiết kế để giải quyết vấn đề này.

Nó sử dụng từ trường làm môi trường để truyền năng lượng, cho phép mạch sơ cấp và mạch đo vẫn cách điện trong khi phản ánh chính xác những thay đổi của dòng điện sơ cấp.

Vì vậy, CT không chỉ nâng cao độ an toàn đo lường mà còn đóng vai trò thiết yếu trong các hệ thống giám sát năng lượng hiện đại.

2. Cấu tạo cơ bản của máy biến dòng điện

Một máy biến dòng điển hình bao gồm một số thành phần chính:

• Dây dẫn sơ cấp
• lõi từ
• Cuộn dây thứ cấp
• Cấu trúc nhà ở và cách nhiệt

Dây dẫn chính thường là cáp hoặc dây dẫn được đo.

Khi dòng điện xoay chiều chạy qua dây dẫn sơ cấp, nó sẽ tạo ra từ trường thay đổi bên trong lõi từ.

Cuộn dây thứ cấp được đặt xung quanh lõi từ. Khi từ trường thay đổi sẽ sinh ra dòng điện cảm ứng trong cuộn dây thứ cấp dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ.

Đầu ra thứ cấp cung cấp tín hiệu dòng điện tỷ lệ có thể được sử dụng bởi đồng hồ đo, hệ thống giám sát hoặc thiết bị điều khiển.

Hình 2: Cấu trúc mặt cắt ngang của Máy biến dòng điện

3. Nguyên lý làm việc của máy biến dòng điện

Nguyên lý làm việc của máy biến dòng điện dựa trên Định luật cảm ứng điện từ của Faraday.

Quá trình hoạt động có thể được hiểu theo bốn bước đơn giản:

Bước 1

Dòng điện xoay chiều chạy qua dây dẫn sơ cấp.

↓

Bước 2

Dòng điện tạo ra từ thông thay đổi bên trong lõi từ.

↓

Bước 3

Từ thông thay đổi tạo ra dòng điện trong cuộn thứ cấp.

↓

Bước 4

Phía thứ cấp phát ra tín hiệu dòng điện tỷ lệ với dòng điện sơ cấp.

Trong suốt quá trình này:

• Mạch sơ cấp và thứ cấp không được nối điện trực tiếp.
• Năng lượng được truyền qua từ trường.

Đây là lý do tại sao máy biến dòng cung cấp khả năng cách ly điện đáng tin cậy giữa các mạch dòng điện cao và thiết bị đo lường.

4. Tại sao tỷ số vòng dây lại xác định dòng điện đầu ra?

Yếu tố chính cho phép đo dòng điện tỷ lệ là tỷ lệ vòng dây của cuộn dây.

Dựa trên nguyên lý máy biến áp, tỷ số giữa số vòng dây cuộn sơ cấp và số vòng dây thứ cấp xác định tỷ số dòng điện đầu ra.

Ví dụ:

Máy biến dòng 100A/5A

Điều này có nghĩa là:

• Đánh giá hiện tại sơ cấp: 100A
• Dòng điện đầu ra thứ cấp: 5A

Khi dòng điện sơ cấp đạt 100A, phía thứ cấp sẽ xuất ra khoảng 5A.

Vì vậy, khi lựa chọn Máy biến dòng, các kỹ sư cần chọn tỷ số biến dòng phù hợp với dòng điện định mức của ứng dụng.

5. Tại sao máy biến dòng thường chỉ đo được dòng điện xoay chiều?

Đây là câu hỏi thường gặp của các kỹ sư mới làm quen với công nghệ CT.

Máy biến dòng dựa vào từ trường thay đổi để tạo ra dòng điện cảm ứng.

Do dòng điện xoay chiều liên tục thay đổi hướng và cường độ nên nó tạo ra từ thông thay đổi liên tục bên trong lõi từ.

Tuy nhiên, dòng điện một chiều tạo ra từ trường không đổi sau khi đạt trạng thái ổn định. Vì từ thông không thay đổi liên tục nên máy biến dòng truyền thống không thể đo được dòng điện một chiều.

Để đo dòng điện một chiều, các kỹ sư thường sử dụng các công nghệ thay thế như:

• Cảm biến dòng điện hiệu ứng Hall
• Cảm biến thông lượng
• Cuộn dây Rogowski (dành cho các ứng dụng cụ thể)