Tin tức
Trang chủ / Tin tức / Tin tức ngành / Cấu tạo bên trong và các loại máy biến dòng

Cấu tạo bên trong và các loại máy biến dòng

Máy biến dòng hiện tại là một trong những thành phần được thiết kế chính xác nhất trong hệ thống bảo vệ và đo lường điện. Tuy nhiên, cấu trúc bên trong của chúng hiếm khi được xem xét chi tiết. Hiểu được những gì bên trong máy biến dòng, cách chọn từng bộ phận và lý do tồn tại các loại kết cấu khác nhau giúp các kỹ sư, kỹ thuật viên và chuyên gia mua sắm có nền tảng để đưa ra quyết định tốt hơn về độ chính xác, cách lắp đặt và độ tin cậy lâu dài.

Bài viết này trình bày về cấu tạo của máy biến dòng từ vật liệu lõi đến vỏ ngoài, giải thích vai trò của từng bộ phận và phân loại các loại kết cấu chính được sử dụng trong các ứng dụng điện áp thấp, trung áp và cao áp.

Cốt lõi: Trái tim của mọi máy biến áp hiện tại

Lõi từ là thành phần xác định hiệu suất cao nhất bên trong máy biến dòng. Nó đóng vai trò là môi trường để năng lượng từ dây dẫn sơ cấp được truyền đến cuộn dây thứ cấp bằng cảm ứng điện từ. Hình dạng, vật liệu và diện tích mặt cắt ngang của lõi quyết định gần như mọi đặc tính hoạt động của thiết bị hoàn thiện.

Hình học cốt lõi

Hầu hết các lõi máy biến áp hiện nay đều được sản xuất ở dạng hình xuyến (vòng). Hình học vòng kín này đảm bảo rằng đường từ thông là liên tục, giúp giảm thiểu rò rỉ từ thông và góp phần mang lại độ chính xác cao. Lõi hình xuyến là tiêu chuẩn trong các thiết bị cấp doanh thu và cấp bảo vệ vì chúng tạo ra sai số góc pha rất thấp ở dòng điện định mức.

Đối với máy biến dòng kiểu dây quấn được sử dụng trong các ứng dụng có tỷ số cao hoặc ứng dụng đặc biệt, lõi có thể được dát mỏng theo cấu hình hình chữ nhật hoặc hình chữ C được lắp ráp từ các dải thép điện định hướng thớ. Các lõi nhiều lớp này cho phép nhà sản xuất điều chỉnh diện tích mặt cắt ngang một cách chính xác để phù hợp với tải trọng mục tiêu và cấp độ chính xác.

Vật liệu lõi từ

Việc lựa chọn vật liệu lõi từ sẽ trực tiếp kiểm soát cấp độ chính xác, trạng thái bão hòa và đáp ứng tần số của máy biến áp. Bảng dưới đây tóm tắt các tùy chọn phổ biến nhất:

Chất liệu Độ thấm tương đối (xấp xỉ) Trường hợp sử dụng điển hình Lợi thế chính
Thép silic định hướng dạng hạt cán nguội (CRGO) 5.000 – 30.000 CT đo sáng và bảo vệ, 50/60 Hz Mất lõi thấp, tiết kiệm chi phí
Hợp kim niken-sắt (ví dụ: 78% Ni) 50.000 – 200.000 Đo lường doanh thu có độ chính xác cao, loại 0,1 và 0,2 Dòng từ hóa cực thấp
Hợp kim nano tinh thể Lên tới 150.000 Môi trường tần số rộng, giàu sóng hài Đáp ứng tần số cao tuyệt vời
Kim loại vô định hình (Metglas) 100.000 Đo năng lượng trong ứng dụng lưới điện thông minh Tổn hao trễ rất thấp
Ferrite 1.000 – 15.000 Cảm biến dòng điện tần số cao (dải kHz) Tổn hao dòng điện xoáy không đáng kể ở tần số cao

Để đo tần số công nghiệp tiêu chuẩn ở tần số 50 Hz hoặc 60 Hz, thép silicon CRGO vẫn là lựa chọn ưu việt vì sự cân bằng thuận lợi giữa chi phí, tính sẵn có và hiệu suất từ tính. Hợp kim sắt-niken được dành riêng cho các CT đo lường doanh thu chính xác trong đó sai số phải được giữ trong khoảng 0,1% hoặc 0,2% trên phạm vi gánh nặng rộng.

Cán lõi và cách nhiệt

Để giảm tổn thất do dòng điện xoáy, lõi thép silicon được dát thành các dải mỏng, thường dày từ 0,23 mm đến 0,35 mm. Mỗi lớp được phủ một lớp cách điện mỏng - thường là xử lý phốt phát hoặc vecni hữu cơ - để ngăn dòng điện chạy giữa các lớp. Cán chặt hơn và dải mỏng hơn làm giảm tổn thất và tích tụ nhiệt trong điều kiện quá tải kéo dài.

Mặt cắt lõi hình xuyến: Ngăn xếp cán Cán cách nhiệt Cửa sổ (truyền qua chính) Cuộn dây thứ cấp Lõi hình xuyến - đường từ thông khép kín

Cuộn dây thứ cấp: Chuyển đổi từ thông thành tín hiệu có thể đo được

Cuộn dây thứ cấp được quấn trực tiếp vào lõi và chịu trách nhiệm tạo ra dòng điện đầu ra mà các dụng cụ, rơ le và đồng hồ đo đo được. Cấu trúc vật lý của cuộn dây này ảnh hưởng đến cả độ chính xác và hiệu suất nhiệt.

Dây quấn và vật liệu dẫn điện

Hầu như tất cả các cuộn dây thứ cấp đều được quấn từ dây đồng tráng men. Sự kết hợp giữa tính dẫn điện cao, độ dẻo và các đặc tính nhiệt độ được hiểu rõ khiến nó trở thành sự lựa chọn tiêu chuẩn. Trong các thiết kế nhẹ chuyên dụng, dây nhôm đôi khi được sử dụng, mặc dù nó đòi hỏi tiết diện lớn hơn để đạt được cùng mục tiêu điện trở và yêu cầu chấm dứt cẩn thận để tránh ăn mòn.

Thước dây được chọn phải đáp ứng thông số điện trở cuộn thứ cấp (thường gọi là Rct - điện trở của cuộn thứ cấp). Rct thấp hơn cho phép phần lớn EMF thứ cấp sẵn có được truyền tới tải bên ngoài thay vì tiêu tán bên trong dưới dạng nhiệt. Điều này ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác ở mức gánh nặng thấp.

Kỹ thuật cuộn dây và đếm lượt

Số vòng dây cuộn thứ cấp xác định tỷ số biến đổi kết hợp với số vòng dây sơ cấp. Đối với máy biến dòng kiểu thanh hoặc loại cửa sổ tiêu chuẩn trong đó dây sơ cấp là một dây dẫn đi qua duy nhất, số vòng dây sơ cấp là 1. Sau đó, các vòng dây thứ cấp được đặt để đạt được tỷ lệ mong muốn - ví dụ: 200 vòng cho tỷ lệ 200: 1 trong máy biến áp 200 A / 1 A.

Các cuộn dây được phân bố đều xung quanh hình xuyến để đảm bảo lực từ trường cân bằng và giảm thiểu dòng rò rỉ. Tính đồng nhất đặc biệt quan trọng trong các thiết kế có độ chính xác cao, trong đó ngay cả sự bất đối xứng nhỏ trong phân bố cuộn dây cũng có thể gây ra sai số góc pha có thể đo được.

Cách nhiệt giữa các lớp

Cuộn dây nhiều lớp yêu cầu cách điện giữa các lớp để ngăn chặn sự cố điện áp giữa các vòng dây có điện thế khác nhau. Vật liệu cách nhiệt giữa các lớp phổ biến bao gồm:

  • Băng màng polyester (loại Mylar) — được sử dụng trong các CT điện áp thấp đến trung bình để cân bằng độ bền điện môi và biên dạng mỏng
  • Màng polyimide (loại Kapton) - được chọn khi nhiệt độ hoạt động vượt quá 130°C hoặc khi cần lớp cách điện rất mỏng mà không làm giảm khả năng chịu điện áp
  • Giấy Nomex - được sử dụng trong môi trường khô, nhiệt độ cao, nơi vật liệu gốc xenlulo sẽ bị phân hủy

Bố trí dây dẫn chính trong kết cấu máy biến áp hiện tại

Phía sơ cấp của máy biến dòng có thể được bố trí theo nhiều cách khác nhau, mỗi cách dẫn đến một kiểu kết cấu cơ khí khác nhau. Đây là cơ sở chính để phân loại CT theo thiết kế vật lý.

Loại thanh

Một thanh cái đặc hoặc rỗng đi qua cửa sổ của cụm lõi và cuộn dây. Không có cuộn dây sơ cấp nào được quấn vào thiết bị. Bản thân thanh tạo thành một lượt chính.

Loại cửa sổ

Tương tự như loại thanh, nhưng dây dẫn chính là cáp bên ngoài hoặc thanh cái được truyền qua cửa sổ mở trong thân CT. Máy biến áp không có dây dẫn chính tích hợp.

Loại vết thương

Một hoặc nhiều vòng dây sơ cấp được quấn vào lõi dọc theo cuộn dây thứ cấp. Cho phép tỷ lệ biến đổi cao từ dòng điện sơ cấp nhỏ.

Tách lõi

Lõi được chia thành hai nửa có thể tách rời, có thể mở và kẹp xung quanh dây dẫn hiện có mà không cần ngắt mạch.

Cấu tạo máy biến dòng điện loại thanh

Máy biến dòng điện loại thanh sử dụng dây dẫn sơ cấp cố định, được lắp đặt tại nhà máy - thường là thanh đồng hoặc nhôm - đi qua tâm của cụm lõi và cuộn dây hình xuyến hoặc hình chữ nhật. Lõi và cuộn thứ cấp được bọc xung quanh thanh này. Cấu trúc này mang lại độ cứng cơ học tối đa và được ưu tiên cho việc lắp đặt thiết bị đóng cắt và thanh cái nơi định mức dòng điện sơ cấp nằm trong khoảng từ 400 A đến vài nghìn ampe.

Vì thanh được cài đặt tại nhà máy nên CT loại thanh không thể điều chỉnh được tại hiện trường. Dòng sơ cấp định mức được xác định khi sản xuất. Tuy nhiên, chúng cực kỳ ổn định qua nhiều thập kỷ sử dụng vì không có mối nối cơ học nào trên đường dẫn chính có thể bị lỏng hoặc bị ăn mòn.

Loại cửa sổ Cấu tạo máy biến áp hiện tại

CT loại cửa sổ, đôi khi được gọi là máy biến dòng kiểu vòng hoặc kiểu bánh rán, bao gồm một lõi hình xuyến được quấn với cuộn dây thứ cấp và được bao bọc trong một vỏ có lỗ ở giữa. Dây dẫn chính - bất kỳ loại cáp hoặc thanh cái nào mang dòng điện đo được - chỉ được luồn qua khe hở này khi lắp đặt. Không có kết nối điện nào được thực hiện giữa thân CT và dây dẫn chính; máy biến áp hoạt động hoàn toàn bằng cảm ứng.

Thiết kế này rất linh hoạt vì một mô hình CT duy nhất có thể được lắp đặt trên các dây dẫn có tiết diện khác nhau, miễn là dây dẫn vừa khít với cửa sổ. CT loại cửa sổ được sử dụng rộng rãi trong bảng điều khiển, giám sát cáp và trang bị thêm các hệ thống lắp đặt hiện có.

Vết thương xây dựng máy biến áp hiện tại

Trong máy biến dòng điện quấn, cuộn sơ cấp bao gồm một hoặc nhiều vòng dây dẫn bằng đồng cách điện được quấn trực tiếp vào lõi dọc theo cuộn thứ cấp. Sự sắp xếp này được sử dụng khi dòng điện sơ cấp tương đối thấp - thường dưới 100 A - và dây dẫn một chiều sẽ tạo ra từ thông không đủ để đo chính xác.

Bằng cách thêm hai, ba hoặc nhiều vòng quay chính, tỷ lệ chuyển đổi hiệu quả sẽ được nhân lên mà không yêu cầu lõi lớn hơn về mặt vật lý. Một CT quấn dây có 5 vòng dây sơ cấp và 1.000 vòng dây thứ cấp có tỷ lệ hiệu dụng là 1.000:5 hoặc 200:1, với một dây sơ cấp 5 vòng sẽ dẫn đến thông lượng lớn hơn cho cùng một dòng điện so với dây sơ cấp một thanh.

CT loại vết thương thường đắt hơn các loại thanh hoặc cửa sổ ở cùng mức định mức dòng điện, vì quy trình cuộn dây bổ sung sẽ tốn thêm công sức và lớp cách điện của dây dẫn sơ cấp phải được định mức cho toàn bộ điện áp giữa các dây của hệ thống.

Máy biến dòng hiện tại lõi kép: Cấu trúc và ứng dụng

các máy biến dòng lõi kép giải quyết một vấn đề thực tế cụ thể: làm thế nào để lắp đặt một máy biến dòng trên một dây dẫn không thể ngắt điện hoặc ngắt kết nối. Lõi từ được chia thành hai nửa dọc theo khớp nối được gia công chính xác. Một cơ cấu bản lề hoặc chốt giữ các nửa đóng lại trong quá trình vận hành và cho phép chúng tách rời để lắp đặt.

Khi các nửa lõi mở, CT có thể được đặt xung quanh cáp có điện. Sau khi đóng và chốt, mạch từ sẽ hoàn chỉnh và thiết bị hoạt động giống hệt như một CT hình xuyến rắn có kích thước tương đương.

các key engineering challenge in split-core design is minimizing the air gap at the joint. Even a microscopic gap in the magnetic circuit dramatically increases the magnetizing current required and introduces errors, particularly at low primary current levels near 5% to 20% of the rated value. Manufacturers address this through:

  • Gia công chính xác các bề mặt tiếp xúc với dung sai dưới 10 micromet
  • Sử dụng vật liệu lõi có độ thấm cao, có khả năng chịu được những khoảng trống nhỏ còn sót lại tốt hơn
  • Các chốt có lò xo tác dụng lực kẹp ổn định để giữ cho các nửa được ghép chắc chắn
  • Vật liệu lõi tinh thể nano hoặc vô định hình, duy trì sai số thấp hơn ngay cả khi đóng kín một chút không hoàn hảo

CT lõi tách được sử dụng rộng rãi trong kiểm toán năng lượng, hệ thống quản lý năng lượng tòa nhà, bảng giám sát năng lượng được trang bị thêm và bất kỳ ứng dụng nào mà phải thực hiện lắp đặt mà không tắt mạch được giám sát. Chúng có các cấp độ chính xác từ Cấp 1 đến Cấp 0,5 tùy thuộc vào vật liệu lõi và chất lượng mối nối.

Máy biến dòng hình xuyến: Tại sao hình dạng vòng chiếm ưu thế

các toroidal current transformer is by far the most common construction used in modern panel-mount and inline current measurement. Its defining feature is the doughnut-shaped core, which creates a closed magnetic path with no deliberate air gap (in solid-core versions) and no exposed pole faces.

Hiệu suất từ ​​tính của lõi hình xuyến

Do từ thông lưu thông hoàn toàn bên trong vật liệu lõi theo thiết kế hình xuyến nên về cơ bản không có từ thông nào thoát ra không khí xung quanh. Điều này có hai hậu quả thực tế. Đầu tiên, dòng từ hóa cần thiết để thiết lập từ thông làm việc là rất thấp, điều này trực tiếp làm giảm sai số tỷ lệ và độ lệch pha. Thứ hai, CT hình xuyến ít nhạy hơn nhiều với vị trí của dây dẫn chính trong cửa sổ - một đặc tính được gọi là khả năng miễn nhiễm lỗi vị trí - so với thiết kế lõi hình chữ nhật.

Trong một CT hình xuyến được thiết kế tốt, việc di chuyển dây dẫn chính từ tâm cửa sổ sang vị trí lệch tâm sẽ gây ra sai số tỷ lệ bổ sung nhỏ hơn 0,05%. Trong CT lõi hình chữ nhật, cùng một độ dịch chuyển có thể gây ra sai số vượt quá 0,3%.

Sản xuất lõi hình xuyến

Lõi hình xuyến cho máy biến dòng được sản xuất theo một trong ba phương pháp tùy thuộc vào vật liệu mục tiêu:

  1. Lõi băng vết thương — Một dải liên tục bằng thép silicon, hợp kim sắt-niken hoặc dải ruy băng tinh thể nano được quấn theo hình xoắn ốc xung quanh trục gá và sau đó được xử lý nhiệt để giảm ứng suất cơ học sinh ra trong quá trình cuộn dây. Phương pháp này được sử dụng cho các cấp độ chính xác cao nhất.
  2. Lõi cán xếp chồng lên nhau — Các lớp đục lỗ riêng lẻ được xếp chồng lên nhau và xen kẽ để tạo thành một vòng, thường được sử dụng cho các lõi có đường kính lớn hơn, nơi cuộn băng sẽ tạo ra ứng suất bên trong quá mức.
  3. Lõi ferit dạng bột hoặc thiêu kết — Được sử dụng cho các ứng dụng tần số cao; ferrite được ép vào khuôn hình xuyến và thiêu kết ở nhiệt độ cao.
CT hình xuyến: Đường dẫn thông lượng so với CT lõi hình chữ nhật lõi hình xuyến Thông lượng đóng - không rò rỉ lõi hình chữ nhật rò rỉ dòng chảy Một số rò rỉ thông lượng ở các góc

Hệ thống cách điện trong máy biến dòng điện

Lớp cách điện CT phải thực hiện đồng thời hai chức năng: cách ly dây dẫn sơ cấp điện áp cao khỏi mạch thứ cấp điện áp thấp và bảo vệ cuộn dây và cụm lõi khỏi suy thoái môi trường. Hệ thống cách điện được lựa chọn phụ thuộc vào điện áp định mức, môi trường xung quanh và các yêu cầu cơ học của ứng dụng.

Đóng gói nhựa (Đúc Epoxy hoặc Polyurethane)

các majority of low-voltage and medium-voltage current transformers used in metering panels and switchgear are manufactured by casting or vacuum-injecting epoxy resin around the wound core assembly. This process, often called molded-case construction, creates a solid, void-free insulating body that:

  • Cung cấp độ bền điện môi vượt quá 3 kV/mm cho hệ thống epoxy tiêu chuẩn
  • Loại bỏ sự xâm nhập của độ ẩm mà không cần niêm phong bổ sung
  • Bảo vệ cơ học lõi và cuộn dây khỏi rung và sốc
  • Cho phép kiểm soát kích thước chính xác của thân bên ngoài để lắp bảng điều khiển

Ngâm tẩm áp suất chân không (VPI) được sử dụng cho các cụm lắp ráp lớn hơn mà việc đúc là không thực tế. Cuộn dây được ngâm trong nhựa trong chân không để loại bỏ không khí bị mắc kẹt, sau đó được tạo áp lực để ép nhựa vào mọi khoảng trống trước khi đóng rắn.

Cách nhiệt đầy dầu

Máy biến dòng điện cao áp có công suất định mức trên 36 kV thường sử dụng dầu khoáng làm môi chất cách điện và làm mát chính. Lõi dây quấn và cụm thứ cấp được đặt bên trong một thùng kim loại kín chứa đầy dầu khoáng dùng cho máy biến áp. Chất cách điện bằng giấy xenlulo được quấn quanh dây dẫn chính thành nhiều lớp, tạo nên khoảng cách đường dây cần thiết để chịu được điện áp đường dây.

CT chứa đầy dầu là tiêu chuẩn cho việc lắp đặt 110 kV, 220 kV và 500 kV trong các trạm biến áp truyền tải. Việc lấy mẫu dầu thường xuyên và phân tích khí hòa tan cho phép các đội bảo trì phát hiện sự xuống cấp ban đầu của lớp cách điện trước khi xảy ra sự cố.

Máy biến dòng cách điện bằng khí

Trong lắp đặt thiết bị đóng cắt cách điện bằng khí (GIS), máy biến dòng điện được tích hợp vào vỏ GIS và sử dụng khí lưu huỳnh hexafluoride (SF6) làm môi trường cách điện. Những CT này được hưởng lợi từ diện tích nhỏ gọn giống như các thiết bị đóng cắt xung quanh và không cần bảo trì bằng chất lỏng, mặc dù hệ thống khí kín phải được giám sát áp suất và độ tinh khiết.

Thiết kế loại khô và cách nhiệt bằng không khí

Để lắp đặt trong nhà trong môi trường được kiểm soát ở điện áp lên đến khoảng 36 kV, CT loại khô sử dụng vật liệu cách điện rắn (sợi thủy tinh liên kết bằng nhựa, nhựa đúc hoặc Nomex) mang đến giải pháp thay thế cho thiết kế chứa đầy dầu. Chúng nhẹ hơn, loại bỏ nguy cơ tràn dầu và đơn giản hóa việc bảo trì, mặc dù chúng nhạy cảm hơn với sự ngưng tụ và ô nhiễm nếu sử dụng trong môi trường khắc nghiệt ngoài trời.

Phân loại máy biến dòng theo loại công trình

các following table consolidates the major construction types, their typical current ranges, accuracy capabilities, and primary application sectors:

Loại công trình Lượt chính Phạm vi hiện tại điển hình Lớp chính xác tốt nhất Ứng dụng chính
Loại thanh 1 (thanh cố định) 400A – 5.000A 0,2S Thiết bị đóng cắt, đo lường thanh cái
Loại cửa sổ / vòng 1 (đi qua) 50 A – 3.000 A 0.5 Bảng điều khiển, giám sát cáp
Loại vết thương 2 – 20 1 A – 100 A 0.1 Đo lường chính xác dòng điện thấp
Tách lõi Type 1 (đi qua) 50 A – 3.000 A 0,5 – 1 Trang bị thêm, kiểm toán năng lượng, BMS
Hình xuyến (rắn) 1 (đi qua) 5 A – 5.000 A 0.1 Đo lường doanh thu, bảo vệ
Loại thùng chứa đầy dầu 1 – 4 10 A – 4.000 A (HV) 0.2 Trạm biến áp truyền tải
Tích hợp GIS 1 200A – 5.000A 0.2 Lắp đặt GIS điện áp cao

Cấu trúc bên trong ảnh hưởng đến độ chính xác và hiệu suất như thế nào

Việc lựa chọn máy biến dòng phù hợp không chỉ đơn giản là vấn đề phù hợp với tỷ số dòng điện. Cấu trúc bên trong xác định cách CT hoạt động trong phạm vi hoạt động của nó, dưới sự thay đổi tải, ở nhiệt độ cao và khi có sóng hài.

Lỗi tỷ lệ và nguồn gốc của nó

Lỗi tỷ lệ phát sinh do dòng từ hóa - dòng điện cần thiết để thiết lập từ thông trong lõi - không xuất hiện ở đầu ra thứ cấp. Tất cả dòng điện từ hóa được rút ra từ dòng sơ cấp nhưng không có dòng nào chạm tới tải. Dòng từ hóa càng lớn so với dòng sơ cấp thì sai số tỷ lệ càng lớn. Lõi sắt niken và lõi tinh thể nano, với độ thấm rất cao, đòi hỏi dòng điện từ hóa ít hơn nhiều so với lõi thép silicon và do đó đạt được sai số tỷ lệ thấp hơn ở cùng mặt cắt lõi.

Lỗi lệch pha

Độ lệch pha là độ lệch góc, được đo bằng phút của cung, giữa pha dòng sơ cấp và pha dòng thứ cấp (đảo ngược hướng). Sự dịch pha đặc biệt quan trọng trong phép đo hệ số công suất và năng lượng vì ngay cả một sai số góc nhỏ cũng gây ra sai số phụ thuộc cosin trong tính toán watt-giờ. Sự lệch pha 10 phút trên tải ở hệ số công suất 0,5 có thể tạo ra sai số đo năng lượng khoảng 0,5%.

Gánh nặng và ảnh hưởng của nó đến độ chính xác

các secondary burden — the total impedance of connected instruments, wiring resistance, and relay coils — directly affects the accuracy class performance. Most accuracy class specifications (IEC 61869, IEEE C57.13) define performance at a rated burden and at 25% of rated burden. A CT specified as Class 0.5 at a 5 VA burden will perform within 0.5% ratio error only when the connected burden does not exceed 5 VA. Exceeding the rated burden increases secondary terminal voltage, drives the core toward saturation, and degrades accuracy.

Hiệu suất hài hòa

Trong các hệ thống lắp đặt bộ điều khiển tốc độ thay đổi, lò hồ quang và hệ thống điện trung tâm dữ liệu, dòng điện sơ cấp chứa hàm lượng hài đáng kể - thường ở các hài bậc 5, 7, 11 và 13. Lõi thép silicon tiêu chuẩn có tổn thất ngày càng tăng và độ méo góc pha ở tần số hài. Lõi tinh thể nano và lõi vô định hình, với đường cong thấm phẳng kéo dài đến vài kilohertz, mang lại độ chính xác cao hơn đáng kể đối với các dạng sóng bị biến dạng và là lựa chọn ưu tiên cho máy phân tích chất lượng điện loại A.

Các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác - Bên trong và bên ngoài Vật liệu cốt lõi (độ thấm, mất mát) Điện trở cuộn dây (giá trị Rct) Gánh nặng được kết nối (tải VA) Trở kháng dây (chiều dài cáp, AWG) Đo lường Lớp chính xác Yếu tố bên trong Yếu tố bên ngoài

Cấu hình vỏ ngoài và lắp đặt

các enclosure of a current transformer protects the active components from environmental exposure and provides the mechanical interface for installation. Housing design varies significantly between application categories.

Vỏ đúc dạng bảng điều khiển

CT điện áp thấp cho bảng đo lường hầu hết được sản xuất phổ biến bằng vỏ polyester gia cố bằng sợi thủy tinh (GRP) hoặc polycarbonate được hình thành bằng cách ép phun xung quanh cụm lõi nhựa đúc. Vỏ tích hợp các vấu lắp hoặc kẹp ray DIN, khối đầu cực thứ cấp được định mức cho dòng điện đầu ra dự kiến ​​và các dấu phân cực (P1/P2 cho sơ cấp, S1/S2 cho thứ cấp) theo tiêu chuẩn IEC.

Máy biến dòng điện kiểu Bushing

CT ống lót là các cụm hình vòng được thiết kế để trượt trên ống lót bằng sứ hoặc polyme của máy biến áp điện hoặc cầu dao. Họ không có nhà ở riêng; thay vào đó, chúng được kẹp giữa mặt bích của ống lót và nắp thùng máy biến áp. CT ống lót là một số thiết kế nhỏ gọn nhất vì bản thân ống lót cung cấp dây dẫn sơ cấp và cách ly điện áp.

Thiết kế cách nhiệt bằng sứ và polymer ngoài trời

Máy biến dòng ngoài trời trung thế và cao áp được đặt trong các cụm kín với vỏ cách điện bằng sứ hoặc cao su silicon. Cấu hình nhà kho được thiết kế để duy trì khoảng cách đường rò thích hợp trong điều kiện ô nhiễm - tiêu chuẩn IEC yêu cầu đường rò tối thiểu là 16 mm/kV đối với môi trường bị ô nhiễm nhẹ và lên đến 31 mm/kV đối với khu vực bị ô nhiễm nặng. Vỏ composite bằng cao su silicon đã thay thế phần lớn sứ trong các công trình lắp đặt mới do trọng lượng nhẹ hơn, hiệu suất chống ô nhiễm vượt trội trong môi trường bị ô nhiễm và khả năng chống gãy giòn.

Tích hợp máy biến dòng điện vào hệ thống đo lường

Một hệ thống đo dòng điện hoàn chỉnh bao gồm CT, hệ thống dây điện kết nối và thiết bị thu. các máy biến dòng lõi kép thường là lựa chọn ưu tiên trong các dự án đo lường trang bị thêm vì lý do này — nó có thể được lắp đặt mà không làm gián đoạn dịch vụ. Sau khi được lắp đặt, thiết bị thứ cấp CT kết nối với đồng hồ đo năng lượng, máy phân tích công suất hoặc rơle bảo vệ thông qua các mạch CT chuyên dụng. Mạch này phải luôn đóng trong quá trình vận hành để tránh tình trạng quá điện áp thứ cấp nguy hiểm.

Tiêu chuẩn chính xác và chỉ định lớp

Cấp chính xác của máy biến áp hiện tại được xác định theo tiêu chuẩn quốc tế và khu vực. Hai tiêu chuẩn được tham khảo nhiều nhất là IEC 61869-2 (trước đây là IEC 60044-1) và IEEE C57.13. Việc hiểu các ký hiệu lớp giúp xác định CT phù hợp cho ứng dụng.

Lớp đo lường IEC

IEC 61869-2 xác định các cấp độ chính xác đo là 0,1, 0,2, 0,2S, 0,5, 0,5S, 1 và 3. Hậu tố "S" (đặc biệt) biểu thị độ chính xác mở rộng ở dòng điện thấp — cụ thể, CT phải đáp ứng thông số kỹ thuật về sai số tỷ lệ xuống 1% dòng định mức thay vì 5% tiêu chuẩn. Loại 0,5S và 0,2S là bắt buộc đối với đồng hồ đo năng lượng cấp doanh thu theo nhiều khung quy định vì tải thường hoạt động tốt dưới 100% dòng điện sơ cấp định mức của CT.

Lớp bảo vệ IEC

CT cấp bảo vệ được chỉ định bởi hệ số giới hạn độ chính xác (ALF) và hoạt động của điểm đầu gối. Loại 5P và 10P là các ký hiệu tiêu chuẩn, trong đó con số biểu thị sai số tổng hợp tối đa ở hệ số giới hạn độ chính xác định mức. CT 5P20 duy trì sai số tổng hợp không quá 5% khi dòng điện sơ cấp gấp 20 lần dòng định mức — điều kiện cần thiết để rơle quá dòng hoạt động đáng tin cậy trong điều kiện lỗi.

Lớp IEEE

các IEEE C57.13 standard uses a letter-number combination: the letter (C, K, T, or X) indicates the performance basis, and the number indicates the secondary terminal voltage at rated burden and 20 times rated current. A C200 CT can deliver its rated secondary current into a burden that develops 200 V at 20 times rated primary current without exceeding 10% ratio error. This classification system is prevalent in North American utility and industrial protection practice.

Câu hỏi thường gặp

Câu 1: Bên trong máy biến dòng điện có gì?

Máy biến dòng điện chứa lõi từ (thường là thép silicon hình xuyến, hợp kim sắt-niken hoặc vật liệu tinh thể nano), cuộn dây thứ cấp bằng dây đồng tráng men quấn vào lõi, lớp cách điện giữa các lớp, vỏ cách điện bên ngoài (thường là nhựa epoxy cho loại điện áp thấp) và các kết nối đầu cuối thứ cấp. Các loại điện áp cao cũng có lớp cách điện bằng dầu hoặc khí bao quanh cụm lõi và cuộn dây.

Câu 2: Sự khác biệt giữa máy biến dòng điện vết thương và máy biến dòng điện loại thanh là gì?

Máy biến dòng điện vết thương có một hoặc nhiều vòng dây đồng cách điện làm cuộn dây sơ cấp, quấn vào lõi. Điều này làm cho nó phù hợp với dòng điện sơ cấp thấp (thường dưới 100 A) trong đó dây dẫn một chiều sẽ tạo ra từ thông không đủ. Máy biến dòng điện loại thanh có dây dẫn sơ cấp rắn được lắp đặt tại nhà máy đi qua cửa sổ lõi, tạo thành chính xác một vòng dây sơ cấp. Nó được sử dụng cho dòng điện sơ cấp cao và mang lại độ ổn định cơ học tối đa.

Câu hỏi 3: Tại sao vật liệu lõi lại quan trọng đến vậy trong việc chế tạo máy biến áp hiện nay?

các core material determines the magnetizing current the transformer requires to function. High-permeability materials (nickel-iron, nanocrystalline) need very little magnetizing current, which directly reduces both ratio error and phase displacement. Silicon steel is adequate for Class 0.5 and Class 1 applications. For Class 0.1 and 0.2 revenue metering, nickel-iron alloy cores are typically required. For harmonic-rich environments, nanocrystalline materials offer the best combination of accuracy and wide-frequency performance.

Câu 4: Máy biến dòng hình xuyến là gì và tại sao nó được ưa chuộng?

Máy biến dòng hình xuyến sử dụng lõi từ hình vòng, tạo ra đường từ thông hoàn toàn khép kín, không có khe hở không khí và không có mặt cực lộ ra ngoài. Thiết kế này giảm thiểu rò rỉ từ thông, giảm dòng từ hóa cần thiết và làm cho máy biến áp tương đối không nhạy cảm với vị trí của dây dẫn chính trong cửa sổ. Những đặc tính này làm cho CT hình xuyến trở thành lựa chọn ưu tiên để đo sáng có độ chính xác cao và cho các hệ thống lắp đặt ở những nơi dây dẫn chính không thể căn giữa chính xác.

Câu hỏi 5: Làm thế nào để máy biến dòng hai lõi duy trì được độ chính xác dù có mối nối trong lõi?

Độ chính xác trong CT lõi kép phụ thuộc vào việc giảm thiểu khe hở không khí hiệu quả tại mối nối giữa hai nửa lõi. Các nhà sản xuất sử dụng các bề mặt tiếp xúc được gia công chính xác, cơ cấu kẹp lò xo để tạo áp suất ổn định và vật liệu lõi có độ thấm cao (thường là hợp kim tinh thể nano) vốn có khả năng chịu được các khoảng trống nhỏ còn lại tốt hơn. Trong điều kiện lý tưởng với khớp nối được kẹp chặt, máy CT lõi tách chất lượng có thể đạt được độ chính xác Loại 0,5, đủ cho hầu hết các ứng dụng đo lường phụ và quản lý năng lượng.

Câu hỏi 6: Ký hiệu cấp độ chính xác có ý nghĩa gì đối với máy biến dòng?

các accuracy class number represents the maximum allowable ratio error (in percent) at rated burden and at 100% of rated primary current for standard classes, or down to 1% of rated current for "S" class designations. For example, a Class 0.5 CT must not exceed a 0.5% ratio error, while a Class 0.5S CT must also hold within 0.5% ratio error at primary currents as low as 1% of the rated value. Protection-class CTs use different designations (such as 5P20) that express composite error and accuracy limit factor rather than ratio error alone.

Câu hỏi 7: Có thể sử dụng máy biến dòng điện loại cửa sổ với dây dẫn có kích thước bất kỳ không?

CT loại cửa sổ có thể chứa bất kỳ dây dẫn nào vừa khít về mặt vật lý trong khẩu độ cửa sổ của nó và dòng điện định mức của nó nằm trong định mức dòng điện chính của CT. Bản thân CT không tiếp xúc điện với dây dẫn - nó hoạt động hoàn toàn bằng cảm ứng điện từ. Các ràng buộc thực tế bao gồm đường kính bên trong cửa sổ (phải đủ lớn cho dây dẫn bao gồm cả lớp cách điện của nó) và thông số dòng điện sơ cấp định mức phải phù hợp với dòng điện hoạt động bình thường của dây dẫn để đảm bảo CT hoạt động trong phạm vi chính xác của nó.

Câu hỏi 8: Điều gì xảy ra nếu cuộn thứ cấp của máy biến dòng bị hở mạch?

Nếu mạch thứ cấp của máy biến dòng đang hoạt động bị hở trong khi dòng điện sơ cấp đang chạy thì dòng điện sơ cấp tiếp tục từ hóa lõi mà không có dòng điện thứ cấp nào chống lại nó. Điều này khiến lõi đi sâu vào trạng thái bão hòa trong mỗi nửa chu kỳ, tạo ra điện áp cực đại cực cao ở các cực thứ cấp - có thể lên đến hàng nghìn volt. Những điện áp này nguy hiểm cho con người và có thể phá hủy lớp cách điện CT. Máy biến dòng phải luôn được nối tắt hoặc nối với tải định mức trước khi ngắt kết nối các thiết bị khỏi thiết bị đầu cuối thứ cấp.

Acrel Co., Ltd.