Tóm tắt nội dung

Trong hệ thống điện công nghiệp và truyền tải, dòng điện vận hành trên các phần tử lưới thường đạt hàng trăm, thậm chí hàng nghìn ampe. Các giá trị này vượt xa giới hạn đo lường của hầu hết thiết bị đo, rơ le bảo vệ hay bộ điều khiển tự động.
Chính vì vậy, máy biến dòng điện ra đời như một giải pháp trung gian không thể thiếu: biến đổi dòng điện lớn thành tín hiệu nhỏ, chuẩn hóa và an toàn, phục vụ cho đo lường, bảo vệ và tự động hóa hệ thống.
Bài viết này trình bày toàn diện về máy biến dòng điện (ký hiệu BI hoặc CT, viết tắt từ Current Transformer trong tiếng Anh), bao gồm khái niệm, cấu tạo, nguyên lý hoạt động, thông số kỹ thuật, phân loại, cách lựa chọn, đấu dây, ứng dụng thực tế, quy trình thử nghiệm theo ĐLVN 126:2021 và các lưu ý an toàn khi vận hành.
1. Máy biến dòng điện là gì?
1.1. Khái niệm và vai trò
Máy biến dòng điện, còn được gọi là biến dòng, ký hiệu BI hoặc TI trong tiếng Việt và CT (Current Transformer) trong tiếng Anh, là thiết bị biến đổi đo lường thuộc nhóm máy biến đổi đo lường kiểu cảm ứng.
Theo định nghĩa tại TCVN 11845-2:2017 (tương đương IEC 61869-2:2012), máy biến dòng là máy biến đổi đo lường trong đó dòng điện thứ cấp, trong điều kiện sử dụng bình thường, về cơ bản tỷ lệ với dòng điện sơ cấp và lệch pha một góc xấp xỉ bằng không theo tổ nối dây thích hợp. Máy biến dòng được thiết kế để truyền tín hiệu thông tin đến các thiết bị đo và máy đo.
Nói một cách dễ hiểu hơn, máy biến dòng điện là thiết bị dùng để biến đổi dòng điện có trị số lớn xuống trị số nhỏ hơn theo một tỷ lệ cố định, cung cấp cho các dụng cụ đo lường, rơ le bảo vệ và hệ thống tự động hóa. Thông thường biến dòng có dòng điện định mức thứ cấp là 1 A hoặc 5 A, đôi khi là 10 A.
Dòng điện cũng như điện áp của các phần tử trong hệ thống điện thường có trị số rất lớn, không thể đưa trực tiếp vào dụng cụ đo hoặc rơ le và các thiết bị tự động khác. Vì vậy các dụng cụ và thiết bị này thường được đấu nối qua máy biến dòng.
Ví dụ, tại một trạm biến áp 110 kV điển hình, dòng điện phụ tải có thể đạt tới 500 A hoặc hơn. Việc dùng biến dòng 500/5 A cho phép thiết bị đo chỉ cần làm việc với 5 A, đảm bảo an toàn và độ chính xác đo lường.
1.2. Phân biệt biến dòng đo lường và biến dòng bảo vệ
Trong thực tế, biến dòng điện được chia thành hai nhóm chính theo chức năng sử dụng. Biến dòng đo lường (measuring CT) được thiết kế để làm việc trong vùng dòng điện từ 5% đến 120% dòng điện định mức với độ chính xác cao, phục vụ cho đồng hồ đo, công tơ điện và các thiết bị giám sát năng lượng.
Biến dòng bảo vệ (protection CT) được thiết kế để làm việc trong vùng dòng điện ngắn mạch (có thể gấp nhiều lần dòng định mức) mà không bị bão hòa từ trước giới hạn quy định, phục vụ cho rơ le bảo vệ và hệ thống tự động đóng lại. Hai loại này có cấp chính xác và phụ tải khác nhau, và thường được chế tạo thành các cuộn thứ cấp riêng biệt trên cùng một lõi từ hoặc trên các lõi từ độc lập.
2. Cấu tạo máy biến dòng điện
2.1. Các thành phần chính
Máy biến dòng được cấu tạo gồm nhiều vòng dây được quấn trên một khung sắt từ. Không giống với máy đo hiệu điện thế hay máy biến áp nguồn truyền thống, thiết bị này có cấu tạo gồm một hoặc một số ít vòng dây phía sơ cấp. Các thành phần chính của máy biến dòng gồm:
- Primary Current (dòng điện sơ cấp): Là dòng điện chạy trong dây dẫn chính cần đo, chạy qua cuộn sơ cấp của biến dòng. Cuộn sơ cấp thường chỉ có 1 vài vòng dây, được mắc nối tiếp với mạch điện cao thế có dòng tải chạy qua, do đó cuộn sơ cấp có tiết diện dây dẫn và đầu cosse lớn.
- Secondary Winding (cuộn dây thứ cấp): Là cuộn dây quấn nhiều vòng trên lõi thép, đầu ra của cuộn thứ cấp cung cấp dòng điện nhỏ cho các thiết bị đo lường, bảo vệ và tự động hóa. Số vòng cuộn dây thứ cấp rất lớn so với cuộn sơ cấp. Cuộn thứ cấp thường được mặc định ở mức 1 A cho dòng điện nhỏ hoặc ở mức 5 A cho dòng điện lớn.
- Hollow Core (lõi rỗng hay lõi từ): Là phần lõi thép kỹ thuật điện có từ trở thấp, dùng để khép mạch từ và truyền năng lượng từ cuộn sơ cấp sang cuộn thứ cấp thông qua cảm ứng điện từ. Lõi từ được chế tạo từ các lá thép silic xếp chồng nhau nhằm giảm tổn thất do dòng xoáy.
- Ammeter (đồng hồ đo dòng): Là thiết bị đo lường được kết nối ở đầu ra của cuộn thứ cấp, chỉ thị giá trị dòng điện tỷ lệ với dòng sơ cấp qua tỷ số biến đổi của biến dòng.
2.2. Vật liệu cách điện và chế tạo
Toàn bộ cấu kiện bên trong thường được đúc sẵn bằng vật liệu cách điện (thường dùng cho cấp điện áp nhỏ hơn hoặc bằng 66 kV), hoặc được đặt cố định trong các ống sứ cách điện chứa đầy dầu cách điện (áp dụng cho cấp điện áp trên 66 kV). Với điện áp cao, việc cách điện giữa cuộn sơ cấp và thứ cấp gặp nhiều khó khăn, nên người ta bố trí biến dòng dạng phân cấp, mỗi cấp có một lõi thép riêng.
3. Nguyên lý hoạt động của máy biến dòng điện
3.1. Cơ sở lý thuyết
Thiết bị này hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ. Khi có dòng điện xoay chiều chạy qua một dây dẫn, xung quanh nó xuất hiện một điện trường biến đổi. Điện trường này cảm ứng lên trên cuộn dây thứ cấp quấn quanh lõi từ và xuất hiện một dòng điện trong cuộn dây thứ cấp đó. Tỷ lệ dòng điện này được căn cứ trên số vòng dây được cuốn trong cuộn dây của máy biến dòng.

Thiết bị này hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ. Khi có dòng điện xoay chiều chạy qua một dây dẫn, xung quanh nó xuất hiện một điện trường biến đổi. Điện trường này cảm ứng lên trên cuộn dây thứ cấp quấn quanh lõi từ và xuất hiện một dòng điện trong cuộn dây thứ cấp đó. Tỷ lệ dòng điện này được căn cứ trên số vòng dây được cuộn trong cuộn dây của máy biến dòng.
Cụ thể hơn, khi dòng điện sơ cấp $I_1$ chạy qua cuộn sơ cấp có $N_1$ vòng dây, nó tạo ra một từ thông biến đổi trong lõi thép. Từ thông này cảm ứng một sức điện động trong cuộn thứ cấp có $N_2$ vòng dây, tạo ra dòng điện thứ cấp $I_2$ cung cấp cho tải thứ cấp. Trong điều kiện lý tưởng, quan hệ giữa dòng sơ cấp và thứ cấp tuân theo định luật bảo toàn năng lượng từ:
$$N_1 \cdot I_1 = N_2 \cdot I_2$$
Hay viết lại theo tỷ số biến đổi:
$$\frac{I_1}{I_2} = \frac{N_2}{N_1} = K_{dm}$$
Trong đó $K_{dm}$ là tỷ số biến đổi dòng điện danh định. CT 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.
Do tổng trở mạch ngoài của biến dòng rất bé, có thể xem như biến dòng luôn làm việc ở chế độ ngắn mạch. Tổng trở mạch ngoài của BI rất nhỏ nên máy biến dòng làm việc gần với trạng thái ngắn mạch thứ cấp, khác hoàn toàn với máy biến điện áp vốn làm việc gần trạng thái hở mạch thứ cấp.
Do tổng trở mạch ngoài của biến dòng rất bé, có thể xem như biến dòng luôn làm việc ở chế độ ngắn mạch. Tổng trở mạch ngoài của BI rất nhỏ nên máy biến dòng làm việc gần với trạng thái ngắn mạch thứ cấp, khác hoàn toàn với máy biến điện áp vốn làm việc gần trạng thái hở mạch thứ cấp.
3.2. Hai chế độ làm việc cơ bản
Biến dòng có 2 chế độ làm việc cơ bản là chế độ hở mạch và chế độ ngắn mạch:
Chế độ hở mạch thứ cấp: Khi thứ cấp hở mạch, phía thứ cấp sẽ có điện áp cảm ứng với biên độ rất cao gây nguy hiểm cho người vận hành và các thiết bị thứ cấp. Điều này là vì khi không có dòng thứ cấp, không có từ trường bù từ, toàn bộ từ thông sơ cấp đi qua lõi từ và cảm ứng điện áp rất lớn trong cuộn thứ cấp có nhiều vòng dây. Để khắc phục được hiện tượng bão hòa trong mạch từ, người ta còn chế tạo máy biến dòng tuyến tính hay còn gọi là biến dòng có khe hở không khí.
Chế độ ngắn mạch của dòng sơ cấp, thứ cấp có phụ tải Z2: Tỷ số giữa dòng ngắn mạch sơ cấp trên dòng định mức gọi là bội số dòng của máy biến dòng. Khi bội số này lớn, sai số CT tăng và sai số này còn phụ thuộc vào dòng thứ cấp hoặc tải. Thường với mạch bảo vệ, bội số dòng điện của CT dòng phải đạt giá trị sao cho sai số của nó dưới 10%.
4. Thông số kỹ thuật cơ bản của máy biến dòng
4.1. Tỷ số biến đổi dòng điện
Thông số quan trọng nhất của biến dòng là tỷ số biến đổi dòng điện danh định, được định nghĩa theo công thức:
$$K_{dm} = \frac{I_{1dm}}{I_{2dm}}$$
Trong đó $I_{1dm}$ và $I_{2dm}$ lần lượt là dòng điện định mức sơ cấp và thứ cấp của biến dòng. Hiện nay, hầu như các máy biến dòng đều có tiêu chuẩn đầu ra thứ cấp là 5 ampe (5 A) hoặc 1 ampe (1 A). Người ta thường gặp các thông số dưới dạng CT: 100/5 A, 100/1 A, 300/5 A, 500/5 A. Điều này có nghĩa là khi dòng sơ cấp là 100 A, 300 A hay 500 A, CT sẽ tạo ra dòng thứ cấp là 5 A hoặc 1 A tương ứng.
4.2. Sai số của biến dòng
Sai số của biến dòng gồm hai thành phần:
Sai số về giá trị (sai số tỷ số hay sai số dòng điện):
$$\Delta I\% = \frac{K_{dm} \cdot I_2 - I_1}{I_1} \times 100$$
Sai số góc $\delta_1$: Là góc lệch pha giữa dòng điện sơ cấp và dòng điện thứ cấp (có thể dương hoặc âm). Sai số góc được đo bằng đơn vị phút (') hoặc centi radian (crad).
4.3. Cấp chính xác
Cấp chính xác của biến dòng là sai số lớn nhất về giá trị dòng điện khi biến dòng làm việc trong điều kiện quy định: tần số 50 Hz, phụ tải thứ cấp biến thiên từ 0,25 đến định mức, dòng sơ cấp biến thiên từ 100% đến 120% dòng định mức.
Theo ĐLVN 126:2021 (Biến dòng đo lường – Quy trình thử nghiệm), cấp chính xác của biến dòng đo lường có các mức 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 3 và 5. Ngoài ra còn có cấp 0,2S và 0,5S dành cho biến dòng đo lường điện năng có yêu cầu chính xác cao ở dòng tải nhỏ. Các giới hạn sai số theo từng cấp chính xác được quy định cụ thể như sau:
| Đối với cấp 0,1: | Sai số tỷ số không quá ±0,1% tại 100% và 120% $I_{dm}$; sai số góc không quá ±5 phút tại 100% và 120% $I_{dm}$. |
| Đối với cấp 0,2: | Sai số tỷ số không quá ±0,2% tại 100% và 120% $I_{dm}$; sai số góc không quá ±10 phút. |
| Đối với cấp 0,5: | Sai số tỷ số không quá ±0,5% tại 100% và 120% $I_{dm}$; sai số góc không quá ±30 phút. |
| Đối với cấp 1,0: | Sai số tỷ số không quá ±1,0% tại 100% và 120% $I_{dm}$; sai số góc không quá ±60 phút. |
| Đối với cấp 3 và 5: | Chỉ giới hạn sai số tỷ số ±3% và ±5% tương ứng, không quy định sai số góc. |
4.4. Phụ tải của biến dòng
Phụ tải của biến dòng là công suất biểu kiến ở mạch thứ cấp với giả thiết dòng điện thứ cấp là định mức, được tính theo công thức:
$$S = Z \cdot I_{2dm}^2$$
Trong đó Z là tổng trở ngoài của biến dòng (bao gồm trở kháng dây dẫn và thiết bị thứ cấp). Các giá trị phụ tải danh định thông dụng là 2,5 VA; 5 VA; 10 VA; 15 VA; 30 VA. Phụ tải mạch thứ cấp dùng trong thử nghiệm có hệ số công suất bằng 0,8 (tải cảm kháng); với mức tải nhỏ hơn 5 VA thì hệ số công suất bằng 1. Mức tải dùng trong thử nghiệm không được nhỏ hơn 1 VA.
5. Phân loại máy biến dòng điện
5.1. Phân loại theo cấu tạo
Hiện nay máy biến dòng được chia làm 3 loại phổ biến dựa trên cấu tạo: dạng dây quấn, dạng vòng và dạng thanh khối.
Biến dòng dạng dây quấn (wound-type CT): Cuộn sơ cấp của máy biến dòng được kết nối trực tiếp với các dây dẫn để đo cường độ dòng điện trong mạch. Cuộn thứ cấp sẽ tạo ra một dòng điện phụ thuộc vào tỷ số vòng quấn của máy biến dòng. Đây là loại phổ biến nhất, dễ chế tạo và có độ chính xác cao. Loại này thường được dùng ở cấp điện áp thấp đến trung áp.
Biến dòng dạng vòng (ring-type hoặc toroidal CT): Trong loại này, không có cuộn sơ cấp được cấu tạo riêng biệt. Thay vào đó, cường độ dòng điện trong mạch sẽ chạy thẳng qua khe hoặc lỗ hổng của vòng trong máy biến dòng. Một số máy biến dòng dạng vòng hiện nay có thêm chi tiết “chốt chẻ” (split-core) cho phép mở, cài đặt và đóng lại lỗ hổng hoặc khe mà không cần phải ngắt mạch cố định. Ưu điểm nổi bật của loại này là lắp đặt rất tiện lợi trên cáp hoặc thanh cái đã có điện mà không cần tháo dây.
Biến dòng dạng thanh khối (bar-type CT): Đây là loại được ứng dụng trong các loại dây cáp, thanh cái của mạch điện chính. Nó gần giống như cuộn sơ cấp nhưng chỉ có 1 vòng dây duy nhất, chính là thanh dẫn xuyên qua lõi từ. Loại này hoàn toàn cách ly với nguồn điện áp cao trong hệ mạch và luôn được kết nối với cường độ dòng điện tải trong thiết bị điện.
5.2. Phân loại theo cấp điện áp và môi trường lắp đặt
Theo cấp điện áp, biến dòng được phân loại thành loại hạ áp (thường dưới 1 kV, cách điện khô bằng nhựa epoxy), loại trung áp (thường từ 3 kV đến 36 kV, cách điện khô hoặc ngâm dầu) và loại cao áp (từ 66 kV trở lên, cách điện bằng dầu trong ống sứ hoặc dạng phân cấp).
Theo môi trường lắp đặt, có loại trong nhà (indoor) và ngoài trời (outdoor). Biến dòng lắp ngoài trời cần có chiều dài đường rò bề mặt đủ lớn tùy theo mức độ nhiễm bẩn môi trường, ví dụ mức nhiễm bẩn nhẹ yêu cầu tối thiểu 16 mm/kV, trong khi mức rất nặng yêu cầu tối thiểu 31 mm/kV theo ĐLVN 126:2021.
5.3. Biến dòng thứ tự không ZCT
Biến dòng thứ tự không (Zero-sequence Current Transformer, viết tắt là ZCT) là một loại biến dòng đặc biệt dùng để phát hiện dòng chạm đất (dòng thứ tự không). Nguyên lý của ZCT là: khi có dòng thứ tự không (dòng chạm đất), tổng đại số của dòng điện ba pha trong lõi không triệt tiêu nhau, từ thông tổng khác không và ZCT đưa ra tín hiệu.

Trong điều kiện vận hành bình thường, dòng điện ba pha cân bằng, tổng từ thông trong lõi ZCT bằng không, không có tín hiệu ra. ZCT được dùng kết hợp với rơ le bảo vệ chạm đất độ nhạy cao (earth fault relay loại 50/51N) để bảo vệ người và thiết bị.
Tính năng của biến dòng thứ tự không ZCT là bảo vệ chống chạm đất, ngăn chặn điện giật gây chết người, bảo vệ các đường cáp điện. Biến dòng ZCT được dùng cho thiết bị ba pha, cả dây trung tính đi qua lõi từ. Van ống đặt trên lõi chính là điểm đặc trưng để phân biệt với biến dòng thông thường.
5.4. Biến dòng Analog 4-20 mA và 0-10 V
Ngày nay, với sự phát triển không ngừng của khoa học công nghệ, các loại biến dòng analog 4-20 mA hoặc 0-10 V ra đời nhằm đáp ứng nhu cầu điều khiển tự động hóa. Với các bộ biến dòng dạng mới này, ngõ ra của chúng là tín hiệu 4-20 mA hoặc 0-10 V, do đó chúng ta không cần sử dụng thêm các bộ chuyển đổi so với các CT dòng truyền thống. Điều này giúp tiết kiệm chi phí và hệ thống đơn giản hơn. Tuy nhiên, trong một số ứng dụng thực tế, chúng ta vẫn cần sử dụng dòng 5 A, 1 A từ CT dòng truyền thống.
6. Cách đấu biến dòng vào đồng hồ Ampe
6.1. Nguyên tắc đấu dây cơ bản
Biến dòng không có sự tham gia của các nguồn nuôi khác. Để đấu biến dòng vào đồng hồ ampe, chỉ cần dùng 2 dây điện bình thường song song từ 2 chân của con CT đo dòng điện với 2 chân của đồng hồ ampe kế, sau đó luồn dây tải qua lỗ ở giữa của biến dòng là được.

Thường thì biến gặp gợi ý ký hiệu đồng hồ Ampe: 100/5 A hoặc 300/5 A. Không nhầm lẫn: giá trị đo đồng hồ equal to đồng hồ 100 A, khi dòng đo là 100 A hay 300/5 thì dòng CT do thứ cấp 5 A. Chẳng hạn như với CT 100/5 A thì cần dùng ampe kế có cùng thông số 100/5 A.
Đặc biệt lưu ý: khi lắp đặt CT phải chú ý chiều dòng điện chạy qua, vì điều đó ảnh hưởng đến chiều kim của ampe kế. Nếu kim đồng hồ đi về chiều âm thì cần đảo lại đầu dây của cáp đi qua biến dòng hoặc đảo 2 đầu dây đấu vào ampe kế.
6.2. Sơ đồ đấu dây biến dòng trong hệ thống ba pha
Sơ đồ đấu dây ba pha của biến dòng thường theo hai kiểu: hình Y (sao) hoặc tam giác.
Sơ đồ đấu nối mạch điện theo hình Y thì: Ia + Ib + Ic = 0 (nếu không có CT) nên dây trung tính không bị lệch. Trong trường hợp sơ đồ đấu hình Y trung tính thì, đôi khi một rơle bảo vệ các pha không có khả năng làm việc khi biến dòng CT phía thứ cấp bị hỏng.
Sơ đồ đấu biến dòng theo hình tam giác cho phép kết hợp trong mô hình tam giác phía thứ cấp, loại bỏ được các thành phần thứ tự không từ các dòng điện ba pha, nên được dùng phổ biến trong hệ thống bảo vệ so lệch máy biến áp.
7. Cách chọn máy biến dòng phù hợp
7.1. Các tiêu chí lựa chọn
Để chọn biến dòng CT phù hợp, người dùng cần nắm rõ các thông số sau:
- dòng tải lớn nhất dự kiến đi qua biến dòng; điện áp hệ thống (để chọn đúng cấp cách điện).
- cấp chính xác yêu cầu (đo lường thông thường dùng 0,5 hay 1,0.
- đo điện năng thanh toán dùng 0,2 hoặc 0,2S; bảo vệ dùng 5P, 10P).
- tổng phụ tải thứ cấp (gồm điện trở dây dẫn và tổng trở các thiết bị đo).
Sau đó, người dùng chọn giá trị biến dòng bằng hoặc cao hơn giá trị dòng điện thực tế đi qua biến dòng.
7.2. Công thức tính toán dòng điện cần đo
Để tính toán cường độ dòng điện đi qua biến dòng trong hệ thống ba pha, sử dụng công thức:
$$I = \frac{P}{\sqrt{3} \times U \times \cos \varphi}$$
Trong một số tài liệu kỹ thuật đơn giản hóa cho hệ thống 3 pha 380 V cân bằng, công thức xấp xỉ cũng được viết dưới dạng:
$$I = \frac{1}{\sqrt{3}} \times \frac{S}{U}$$
Trong đó S là công suất toàn phần (VA), U là điện áp dây (V).
Ví dụ tính toán thực tế: Giả sử có một hệ thống điện tải 3 pha với hiệu điện thế dây 380 V và công suất 100 kW, hệ số công suất $\cos \varphi = 0,85$:
$$I = \frac{100.000}{\sqrt{3} \times 380 \times 0,85} \approx 178,5 \text{ A}$$
Từ kết quả này, cần chọn biến dòng có dòng sơ cấp bằng hoặc lớn hơn 178,5 A. Theo tiêu chuẩn, các giá trị dòng sơ cấp thông dụng là 100, 150, 200, 250, 300, 400, 500, 600, 750, 1000 A. Trong trường hợp trên, ta chọn biến dòng 200/5 A và sử dụng đồng hồ ampe kế có cùng thông số 200/5 A để hiển thị đúng giá trị dòng điện.
Nếu giả sử hệ số công suất bằng 1 (để đơn giản hóa), với điện áp pha 220 V, công thức đơn giản được viết thành $I = \frac{1}{3} \times \frac{S}{U}$ cho kết quả xấp xỉ (lưu ý đây là cách tính sơ bộ, không chính xác hoàn toàn về mặt lý thuyết). Ví dụ minh họa: với S = 100 kW và U = 220 V thì I ≈ 151,5 A, từ đó chọn biến dòng 200/5 A theo tiêu chuẩn.
7.3. Lưu ý khi chọn lắp biến dòng
Khi lắp biến dòng vào tủ điện, dây dẫn đầu ra của biến dòng để hở mạch thứ cấp là tuyệt đối không được phép. Biến cẩn thận lõi biến dòng được làm sạch bề mặt cách điện mà không gây ảnh hưởng nào đến bề mặt cách điện.
Đảm bảo rằng biến dòng chuẩn và các phương tiện đo hoạt động bình thường, được hiệu chuẩn và còn hiệu lực. Cần chú ý đến tiết diện của dây cáp đi qua lỗ biến dòng (đường kính trong của lõi CT) để đảm bảo cáp đi qua được.
8. Ứng dụng của máy biến dòng điện
Máy biến dòng là một thiết bị không thể thiếu trong hệ thống giám sát và đo lường điện năng, phục vụ nhiều mục đích quan trọng trong thực tế:
Trong đo lường và giám sát: Biến dòng được kết nối với đồng hồ đo chỉ số điện, máy đo hệ số công suất, thiết bị đo công suất và năng lượng, màn hình hiển thị dòng điện trên panel tủ điện. Các tín hiệu đo được từ biến dòng có thể được sử dụng để kiểm soát và điều khiển các quá trình hoạt động trong hệ thống điện.
Trong bảo vệ rơ le: Biến dòng cung cấp tín hiệu dòng điện cho các rơ le bảo vệ quá dòng (OC), bảo vệ chạm đất (EF), rơ le so lệch (differential relay), rơ le khoảng cách (distance relay). Đây là ứng dụng đặc biệt quan trọng ở các trạm biến áp và đường dây truyền tải.
Trong tự động hóa và điều khiển: Biến dòng cung cấp tín hiệu dòng điện cho biến tần, PLC và các hệ thống SCADA để giám sát, điều khiển và bảo vệ thiết bị. Hiện nay, các loại biến dòng ngõ ra analog 4-20 mA hoặc 0-10 V được tích hợp trực tiếp vào đầu vào của biến tần và PLC mà không cần bộ chuyển đổi trung gian.
Trong lưới điện siêu cao áp: Biến dòng được dùng để giảm chi phí cho cách điện của các biến dòng truyền thống, đặc biệt ứng dụng trong các dây cáp, thanh cái của mạch điện chính, nơi biến dòng dạng khối hoàn toàn cách ly với nguồn điện áp cao và luôn được kết nối với cường độ dòng điện tải trong thiết bị điện.
9. Quy trình thử nghiệm biến dòng đo lường theo ĐLVN 126:2021
9.1. Phạm vi và điều kiện áp dụng
ĐLVN 126:2021 (Biến dòng đo lường – Quy trình thử nghiệm, soát xét lần 2 thay thế ĐLVN 126:2012) do Ban kỹ thuật đo lường ĐLVN/TC 12 biên soạn, Viện Đo lường Việt Nam đề nghị, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng ban hành. Văn bản này quy định quy trình thử nghiệm các loại biến dòng đo lường kiểu cảm ứng, cấp chính xác đến 0,1, có điện áp làm việc lớn nhất đến 52 kV, tần số từ 15 Hz đến 100 Hz.
Điều kiện môi trường khi tiến hành thử nghiệm: nhiệt độ (23 ± 5) °C; độ ẩm không vượt quá 80% RH. Phòng thử nghiệm phải đảm bảo và tuân thủ nghiêm ngặt quy định về an toàn điện.
9.2. Các phép thử nghiệm bắt buộc
Các phép thử nghiệm cần thực hiện lần lượt bao gồm:
Phép thử 1 – Kiểm tra bên ngoài: Kiểm tra nhãn mác của biến dòng đo lường phải ghi tối thiểu các thông số cơ bản như hãng sản xuất, kiểu loại, số chế tạo, năm sản xuất, tiêu chuẩn sản xuất, mức cách điện, ký hiệu cực tính, điện áp sơ cấp và thứ cấp danh định, tần số làm việc danh định, dung lượng/hệ số công suất, cấp chính xác. Kiểm tra bằng quan sát: không có hư hỏng cơ học, vỏ và cách điện ngoài phải nguyên vẹn, các cực đấu dây không bị nứt vỡ, đầu nối dây chắc chắn đảm bảo tiếp xúc tốt. Nắp đầu đấu nối phải có vị trí kẹp chì niêm phong.
Phép thử 2 – Kiểm tra kỹ thuật: Bao gồm đo điện trở cách điện, kiểm tra chiều dài đường rò bề mặt và thử độ bền cách điện. Cụ thể về điện trở cách điện: điện trở cách điện giữa cuộn sơ cấp với vỏ đo bằng mêgômet 1000 V; giá trị yêu cầu cho CT ngâm dầu cấp điện áp 20-35 kV tại 20°C phải tối thiểu 1000 MΩ, tại 30°C là 500 MΩ; cấp 10-15 kV yêu cầu 800 MΩ (ở 20°C) và 400 MΩ (ở 30°C); dưới 10 kV yêu cầu 400 MΩ và 200 MΩ tương ứng. Điện trở cách điện giữa cuộn thứ cấp với vỏ CT đo bằng mêgômet 500 V phải lớn hơn 2 MΩ.
Về thử độ bền cách điện cuộn dây sơ cấp: điện áp thử được đặt giữa các phần mang điện và vỏ trong 60 giây, phù hợp TCVN 6099-1 (IEC 60060-1) và TCVN 11845-1. Đối với cuộn dây thứ cấp: điện áp thử là 3 kV (giá trị hiệu dụng) trong 60 giây; khung, đế, lõi thép và các đầu nối khác phải được nối với nhau và nối với đất.
Phép thử 3 – Thử nghiệm đo lường: Bao gồm thử nghiệm cực tính và thử nghiệm về độ chính xác, thực hiện theo ĐLVN 18 (quy trình kiểm định biến dòng đo lường hiện hành). Thử nghiệm cực tính được tiến hành bằng cách mắc mạch đo đúng tỷ số, đúng cực tính, điều chỉnh nguồn dòng từ 0 đến khoảng 10% giá trị dòng định mức rồi đọc tín hiệu cảnh báo trên cầu so vi sai nếu CT bị sai cực tính. Thử nghiệm độ chính xác thực hiện ở mức tải 25% và 100% tải danh định; cấp chính xác 0,1 đến 1,0 áp dụng Bảng 5 của ĐLVN 126:2021; cấp 0,2S và 0,5S áp dụng Bảng 6 với mức tải từ 1%, 5%, 20%, 100%, 120% dòng định mức; cấp 3 và 5 áp dụng Bảng 7 với mức tải 50% và 120%.
Phép thử 4 – Thử nghiệm các đại lượng ảnh hưởng: Bao gồm các phép thử sau: thử nghiệm phóng điện cục bộ (chỉ áp dụng với CT có điện áp làm việc lớn nhất từ 7,2 kV trở lên; mức phóng điện cục bộ không vượt quá 10 pC với loại cách điện ngâm trong chất lỏng và 50 pC với loại cách điện rắn tại điện áp thử $U_m$ theo Bảng 8 của ĐLVN 126:2021); thử nghiệm quá điện áp giữa các vòng dây (điện áp chịu thử danh định 4,5 kV giá trị đỉnh, cuộn thứ cấp hở, đặt dòng sơ cấp định mức trong 60 giây); thử nghiệm dòng điện ngắn hạn (các cuộn thứ cấp nối tắt, ở dòng I' trong thời gian t' sao cho $I'^2 \times t' \ge I_{th}^2 \times t$, t' từ 0,5 đến 5 giây); thử nghiệm độ tăng nhiệt; thử nghiệm điện áp xung sét trên đầu nối sơ cấp (dạng xung 1,2/50 $\mu$s, 15 xung liên tiếp cho mỗi cực tính); thử nghiệm ướt (đối với CT làm việc ngoài trời, điện áp thử bằng 75% giá trị quy định trong 60 giây).
9.3. Công thức tính độ tăng nhiệt trong thử nghiệm
Xác định tăng nhiệt của các cuộn dây bằng phương pháp điện trở, tính theo công thức:
$$\Delta t = \frac{R_1 - R_0}{R_0}(T_0 + K) - (T_1 - T_0)$$
Trong đó:
- $\Delta t$: độ tăng nhiệt (°C).
- $R_0$: điện trở cuộn dây trước khi thử ($\Omega$).
- $R_1$: điện trở cuộn dây sau khi thử ($\Omega$).
- $T_0$: nhiệt độ môi trường trước khi thử (°C).
- $T_1$: nhiệt độ môi trường sau khi thử (°C).
- $K$: hệ số nhiệt của vật liệu làm cuộn dây (K = 234,5 đối với đồng; K = 226 đối với nhôm).
Sau khi thử nghiệm các đại lượng ảnh hưởng, phải tiến hành xác định lại sai số của CT cần thử nghiệm theo phép đo độ chính xác ban đầu.
10. An toàn khi vận hành máy biến dòng điện
Vận hành biến dòng yêu cầu tuân thủ nghiêm ngặt một số quy tắc an toàn quan trọng:
Tuyệt đối không được để hở mạch thứ cấp khi đang vận hành. Đây là quy tắc số một và quan trọng nhất. Khi biến dòng đang mang tải ở phía sơ cấp mà mạch thứ cấp bị hở, dòng điện sơ cấp vẫn tiếp tục chạy trong khi không có dòng thứ cấp bù từ thông. Từ thông trong lõi sẽ tăng đột biến đến mức bão hòa, gây ra điện áp cực kỳ cao ở hai đầu cuộn thứ cấp, có thể lên tới hàng kilovolt. Điện áp này đủ nguy hiểm để gây tử vong cho người và phá hủy thiết bị. Nếu không có tải phải được nối tắt để tránh quá điện áp có thể làm hỏng biến dòng.

Trước khi đóng điện vận hành, phải tiếp đất thiết bị và một đầu cuộn thứ cấp. Đây là biện pháp bảo vệ tránh việc chạm chập giữa cuộn sơ cấp mang điện áp cao với cuộn thứ cấp và vỏ thiết bị. Người ta tuyệt đối tuân thủ đấu tiếp đất thiết bị và một đầu cuộn thứ cấp trước khi đóng điện vận hành.
Biến dòng vận hành ở trạng thái gần như ngắn mạch nên không được phép để hở mạch thứ cấp. Trong quá trình lắp đặt và bảo trì, khi cần thay thiết bị đo hoặc dây đấu nối phía thứ cấp, phải nối tắt hai đầu cuộn thứ cấp trước khi thực hiện công việc, sau đó mới tháo thiết bị cũ.
Không được phép đảo dây sơ cấp và thứ cấp với nhau. Do cách điện của cuộn sơ cấp ở cấp điện áp cao được thiết kế riêng, việc đảo nhầm có thể gây hỏng hóc nghiêm trọng hoặc gây nguy hiểm chết người.
11. So sánh máy biến dòng điện và máy biến điện áp
Dưới đây là hình ảnh và bảng số liệu so sánh sự khác nhau giữa máy biến dòng và máy biến điện áp.

| Đặc điểm | Máy biến dòng (BI/CT) | Máy biến điện áp (BU/VT) |
|---|---|---|
| Tín hiệu cung cấp | Tín hiệu dòng điện | Tín hiệu điện áp |
| Chế độ vận hành | Gần như ngắn mạch | Gần như hở mạch |
| Cuộn sơ cấp | Mắc nối tiếp với mạch cao thế có dòng tải | Mắc nhánh rẽ từ mạch cao thế nhận điện áp |
| Tiết diện cuộn sơ cấp | Bản cực và đầu cosse có tiết diện lớn (dòng lớn chạy qua) | Bản cực và đầu cosse tiết diện vừa phải |
| Số vòng cuộn sơ cấp | Rất nhỏ so với thứ cấp (thường 1-vài vòng) | Rất lớn so với thứ cấp |
| Nguy hiểm khi hở mạch | Thứ cấp hở mạch: điện áp cảm ứng rất cao, nguy hiểm tử vong | Sơ cấp hở mạch: không nguy hiểm |
| Nguy hiểm khi ngắn mạch | Sơ cấp ngắn mạch: không nguy hiểm | Thứ cấp ngắn mạch: nguy hiểm (dòng ngắn mạch lớn) |
| Phụ tải thứ cấp | Tổng trở nhỏ (VA thấp) | Tổng trở cao (VA cao hơn) |
12. Các thương hiệu máy biến dòng phổ biến tại Việt Nam
Trên thị trường Việt Nam hiện nay, biến dòng điện được cung cấp bởi nhiều thương hiệu trong nước và quốc tế. Biến dòng Schneider Electric của Pháp là thương hiệu lớn chuyên sản xuất các thiết bị đóng ngắt, biến dòng, biến tần, MCCB, aptomat, với ưu điểm độ bền cùng như chất lượng cao. Đặc biệt, Schneider đã có nhà máy đặt tại Việt Nam, giúp người dùng Việt Nam dễ dàng tiếp cận với sản phẩm.

Biến dòng EMIC là thương hiệu xuất xứ từ Việt Nam, ra đời từ năm 1983. EMIC là doanh nghiệp hàng đầu của Việt Nam trong lĩnh vực chế tạo thiết bị đo điện với các sản phẩm chủ lực mang thương hiệu EMIC như công tơ điện xoay chiều kiểu cảm ứng, công tơ điện tử đa chức năng và máy biến dòng.
Sản phẩm thiết bị đo điện thương hiệu EMIC được chế tạo bởi đội ngũ công nhân tay nghề cao, có nhiều năm kinh nghiệm trong lĩnh vực thiết bị điện, các sản phẩm công tơ điện của EMIC đã nổi tiếng trên thị trường với hàng triệu công tơ được lắp đặt trên lưới điện Việt Nam. Biến dòng KDE là thương hiệu mới nổi tại Việt Nam, nổi tiếng với các loại biến dòng 3 pha và biến dòng bảo vệ đo lường tải của dòng điện.
Ngoài ra, thị trường Việt Nam còn phổ biến các thương hiệu như Chint (Trung Quốc), LS Electric (Hàn Quốc), ABB (Thụy Sĩ/Thụy Điển), Siemens (Đức), với nhiều dải sản phẩm đa dạng từ hạ áp đến cao áp, đáp ứng nhu cầu của các dự án từ công trình dân dụng đến công nghiệp nặng và trạm biến áp truyền tải.
Máy biến dòng điện, dù nhỏ gọn trong tủ điện hay đồ sộ trên cột trạm biến áp 110 kV, đều đóng vai trò trung tâm trong toàn bộ chuỗi đo lường và bảo vệ hệ thống điện. Việc lựa chọn đúng chủng loại, tỷ số biến đổi, cấp chính xác và phụ tải phù hợp, cùng với tuân thủ đầy đủ quy trình thử nghiệm theo ĐLVN 126:2021 và TCVN 11845-2:2017 (IEC 61869-2:2012), là điều kiện tiên quyết để hệ thống điện vận hành an toàn, chính xác và hiệu quả. Hy vọng bài viết đã cung cấp cho bạn đọc cái nhìn toàn diện và sâu sắc về thiết bị quan trọng này, từ lý thuyết nền tảng đến thực hành ứng dụng và kiểm định kỹ thuật.
BÀI VIẾT CÙNG CHỦ ĐỀ
Dưới đây là các loại công tắc được sử dụng để khởi động, dừng động cơ hoặc chọn chế độ điều khiển và vận hành hệ thống máy móc: Nút nhấn ON/OFF Đây là loại công tắc có thể thay đổi trạng thái đóng hoặc [...]
Khởi động từ thực chất là một công tắc tơ được sử dụng để đóng/ngắt mạch điện từ xa, kèm theo bộ bảo vệ quá tải. Khi dùng để điều khiển và vận hành động cơ, công tắc tơ được gọi là khởi động từ. [...]
Công tắc tơ là một loại khí cụ điện được sử dụng để đóng/ngắt mạch với tải dòng điện lớn trong mạch động lực và được điều khiển từ xa bằng điện từ. Cấu tạo Công tắc tơ bao gồm các thành phần chính như [...]
Cầu dao tự động (áp-tô-mát) là một loại khí cụ điện có chức năng đóng/ngắt mạch trực tiếp bằng tay, tương tự như cầu dao, nhưng có thêm bộ bảo vệ quá dòng tự động ngắt mạch khi quá tải hoặc chập mạch. Nhờ đó, [...]
Điện năng thường được truyền tải từ nhà máy phát điện ở rất xa nơi tiêu thụ. Do đó, máy biến áp 3 pha được sử dụng để tăng điện áp lên hàng chục, hàng trăm kV nhằm giảm tổn thất trên đường dây. Khi [...]
1. Máy biến áp 1 pha Máy biến áp 1 pha là một thiết bị điện quan trọng, được cấu tạo từ hai thành phần chính: mạch từ và bộ dây quấn. Mạch từ Mạch từ của máy biến áp 1 pha được [...]
Bài viết này giúp chúng ta hiểu kỹ về khái niệm MEP trong lĩnh vực xây dựng, cũng như giải thích mối quan hệ. Tìm hiểu MEP là gì ? Hệ thống cơ khí, điện, nước, trong tòa nhà xây dựng M&E là một cụm [...]
Với những anh em đang làm việc hoặc có kế hoạch làm việc trong lĩnh vực kỹ thuật điện tại Nhật Bản, vốn từ vựng chuyên ngành chính là "chìa khóa" để đọc hiểu tài liệu kỹ thuật, trao đổi với đồng nghiệp người [...]
Trong ngành xây dựng thì chứng chỉ quản lý là chứng chỉ cao nhất và khó để lấy được nhất. Một trong những số đó là chứng chỉ Quản lý thi công điện cấp 1 ở Nhật Bản gọi là (1級電気施工管理技士). Nếu có phương pháp [...]
