Chương 5: Máy biến áp và máy biến dòng

Chương 5:

Máy biến áp và máy
biến dòng

1


1. Giới thiệu.
Do điện áp và dòng của lưới cao mà các thiết bị đo lường hoặc relay làm
việc với điện áp và dòng nhỏ nên máy biến áp và máy biến dòng là các thiết bị
trung gian để kết nối chúng lại với nhau.

Máy biến dòng

Máy biến áp

Máy biến áp và máy biến dòng có tác dụng biến giá trị điện áp và dòng điện
cao thành giá trị điện áp và dòng điện nhỏ theo tỷ lệ để an toàn cho người và dễ
dàng tính toán trong đo lường cụ thể.
Nhiều hệ thống bảo vệ được lắp đặt ngay đầu ra của máy biến áp và máy
biến dòng để theo dõi sự cố của hệ thống trong suốt quá trình vận hành.
Khi điện áp và dòng điện ra của máy biến áp và máy biến dòng bị sự cố sẽ
ảnh hưởng đến hiệu quả làm việc của hệ thống bảo vệ. Vì vậy, cần được hiểu rõ về
cấu tạo và cách hoạt động của máy biến áp và máy biến dòng.
Máy biến áp và máy biến dòng có thể được biểu diễn bằng mạch tương
đương ở hình 5.1, tất cả được qui về phía thứ cấp.

Hình 5.1: Mạch tương đương của máy biến đổi

2

Máy biến áp và máy biến dòng thường giống nhau về cấu tạo. Tuy nhiên, sự
khác nhau giữa máy biến áp và máy biến dòng nằm chủ yếu ở cách kết nối chúng
vào mạch điện. Máy biến áp rất giống các máy biến đổi công suất nhỏ, chỉ khác ở
chi tiết thiết kế để điều chỉnh chính xác tỷ lệ các giá trị đầu ra. Máy biến dòng có
các cuộn dây sơ cấp được nối tiếp với mạch điện.

2. Máy biến áp điện từ.
Trong chế độ kích từ, điện áp hệ thống được đặt tại đầu vào thiết bị cuối cùng
của mạch tương đương của hình 5.1. Sơ đồ vectơ cho mạch này được thể hiện
trong hình 5.2. Điện áp đầu ra thứ cấp Vs được yêu cầu để có một tỉ lệ chính xác từ
điện áp đầu vào Vp vượt quá một phạm vi thiết lập của ngõ ra. Tại cuối hệ thống,
điện áp rơi trên cuộn dây được quy đổi, và mật độ từ thông bình thường trong lõi
được tạo ra dưới mật độ bão hòa, do đó dòng điện kích từ có giá trị thấp và trở
kháng kích từ thay đổi không đáng kể ứng với sự biến thiên của điện áp đặt vào
trong phạm vi hoạt động mong muốn bao gồm một số mức độ vượt quá điện áp.
Những hạn chế trong kết quả thiết kế trong một máy biến áp tạo ra trở kháng định
mức lớn hơn nhiều so với một máy biến áp công suất điển hình tương tự. Hệ quả là
dòng điện kích từ sẽ lớn hơn nhiều để tương ứng với tải định mức, đó là một máy
biến năng lượng điển hình.

2.1. Sai số.
Tỷ lệ và sai số pha của máy biến áp có thể được tính toán bằng cách sử dụng
sơ đồ vector của hình 5.2.

Hình 5.2: Giản đồ vectơ cho máy biến áp

3

Tỷ lệ sai số được định nghĩa là: (*100%
Trong đó:
Kn: là tỷ lệ danh nghĩa.
Vp: là điện áp sơ cấp.
Vs: là điện áp thứ cấp.
Nếu sai số này dương, điện áp thứ cấp vượt quá giá trị định mức. Tỉ số vòng
dây của máy biến thế không bằng tỉ số định mức; một vài vòng bù thường được sử
dụng, do đó, các tỉ lệ sai số dương cho khả năng chịu tải nhỏ và tỉ lệ âm đối với
khả năng chịu tải lớn.
Sai số góc pha là sự lệch pha giữa điện áp ngược thứ cấp và các vectơ điện áp
sơ cấp. Nó dương khi vectơ điện áp ngược thứ cấp sớm pha so với vectơ điện áp
sơ cấp.
Tất cả các máy biến điện áp được yêu cầu phải thực hiện theo một trong các
cấp độ sau:

Bảng 5.1: Giới hạn sai số đo lường máy biến áp
Để thực hiện mục đích bảo vệ, việc xác định giá trị chính xác của điện áp thực
sự quan trọng khi sự cố xảy ra, vì khi đó giá trị điện áp của hệ thống bị giảm đến
một giá trị thấp do sự cố xảy ra. Máy biến áp với nhiều loại ứng với các mục đích
tương ứng phải tuân thủ các yêu cầu trong phạm vi mở rộng được đặt ra trong
bảng 5.2.

4


Bảng 5.2: Giới hạn bổ sung cho máy biến áp bảo vệ

2.2. Hệ số điện áp.
Hệ số điện áp Vf trong bảng 5.2 là giới hạn cao nhất của điện áp hoạt động,

được quy về điện áp đơn vị tương đối. Điều này quan trọng đối với hoạt động rơle
chính xác và hoạt động dưới sự cố không cân bằng ở hệ thống không nối đất hoặc
hệ thống nối đất, kết quả là điện áp trên các pha không bị sự cố bị tăng lên.
Hệ số điện áp, với thời gian cho phép của điện áp tối đa, được cho trong bảng
5.3.
Hệ số điện áp Vf
1.2

Kiểu quấn dây kết nối sơ cấp/ điều kiện hệ
Thời gian định mức thống nối đất.
Giữa các kết nối dây với dây.
Liên tục
Giữa kết nối máy biến áp đấu sao với đất.

1.2

Liên tục

1.5

30s

1.2

Liên tục

1.9

30s

1.2

Liên tục

1.9

8 giờ

Kết nối dây với đất trong điều kiện nối đất
hiệu quả.
Giữa dây và đất trong một hệ thống trung tính
nối đất không hiệu quả với tự động ngắt sự cố
chạm đất.
Giữa dây và đất trong một hệ thống trung tính
bị cô lập mà không cần chạm đất tự động ngắt,
hoặc trong một hệ thống nối đất cộng hưởng
mà không cần chạm đất tự động ngắt.

5
Bảng 5.3: Máy biến áp: Thời gian cho phép của điện áp cực đại.


2.3. Dây dẫn thứ cấp.
Máy biến áp được thiết kế để duy trì độ chính xác đặc thù trong sản lượng
điện áp tại cuối cuộn thứ cấp của nó. Nếu dây dẫn thứ cấp dài được yêu cầu để duy
trì điều này, một hộp phân phối có thể được lắp đặt gần với MÁY BIẾN ÁP cung
cấp rơle và đo giá trị của tải trên dây dẫn riêng. Nếu cần thiết,việc cho phép có thể
được thực hiện trên trở kháng của dây dẫn đến phụ tải riêng lẻ khi thiết bị riêng
biệt được hiệu chỉnh.

2.4. Bảo vệ máy biến áp.
Máy biến áp cần được bảo vệ bởi cầu chì H.R.C vì điện áp ở phía sơ cấp có
thể lên tới 66kV. Cầu chì không có đủ khả năng ngắt điện để sử dụng với điện áp
cao hơn. Việc thay đổi hoạt động , trong một số trường hợp quá trình bảo vệ bên
phía sơ cấp có thể được bỏ qua.
Phía thứ cấp của một máy biến điện áp nên được bảo vệ bằng cầu chì hoặc một
aptomat loại nhỏ (MCB). Thiết bị nên được đặt càng gần máy biến áp càng tốt.
Một hiện tượng ngắn mạch trên hệ thống dây điện mạch thứ cấp sẽ gây ra dòng
điện vượt quá ngưỡng chịu đựng định mức và gây đoản mạch. Ngay cả khi cầu chì
sơ cấp được lắp đặt , chúng thường không làm mất đi hiện thượng ngắn mạch bên
phía thứ cấp do giá trị của dòng sơ cấp nhỏ và mức độ hoạt động có giới hạn của
cầu chì.

2.5. Chế tạo máy biến điện áp.
Việc chế tạo một máy biến áp điện áp dựa vào các yếu tố sau:
 Công suất hiếm khi nhiều hơn 200-300 VA. Việc làm mát hiếm khi là một
vấn đề.
 Lớp cách điện- được thiết kế cho các hệ thống cấp điện áp xung. Khối
lượng chất cách ly thường lớn hơn khối lượng dây nối.
 Thiết kế cơ khí- thường không cần thiết để chịu được dòng điện ngắn mạch.
Mô hình nhỏ để đặt trong không gian phù hợp với thiết bị đóng cắt có sẵn.
Cấp điện áp ba pha phổ biến lên đến 36KV nhưng đối với điện cao áp cấp
điện áp một pha thường được sử dụng. Máy biến áp cho đường dây trung thế sẽ có
cách điện khô, nhưng đối với hệ thống cao thế và lớn hơn, thì máy biến áp dầu
phổ biến hơn. Lớp nhựa thông được thiết kế để sử dụng hệ thống lên đến 33kV.
Hình 5.3 là 1 máy biến áp điển hình.

6

2.6. Kết nối điện áp dư máy biến áp.
Điện áp ba pha của một hệ thống cân bằng tổng bằng không, nhưng điều này
không đúng khi hệ thống có sự cố một pha chạm đất. Các điện áp còn lại của hệ
thống được đo bằng cách kết nối cuộn dây thứ cấp của một MÁY BIẾN ÁP trong
hở mạch tam giác( broken-delta) như thể hiện trong hình 5.4.
Điện áp ngõ ra của các cuộn dây thứ cấp kết nối trong hở mạch tam giác bằng
không khi điện áp hình sin được đặt vào cân bằng, nhưng dưới điều kiện của sự
mất cân bằng một điện áp dư bằng ba lần điện áp thứ tự không của hệ thống sẽ
tăng lên.
Để xác định thành phần này, việc xác định thông lượng thứ tự không trên máy
biến áp là cần thiết , để thực hiện được điều này thì cách tốt nhất là tổng hợp từ
thông. Lõi máy biến áp phải có một hay nhiều phần được chia ra nối cuộn dây lái
tia với phần mang cuộn dây.Bình thường lõi được chia đối xứng , gồm 5 phần , 2
phần ngoài cùng được tách ra. Dĩ nhiên , ba phần một pha có thể được sử dụng.
Điều đó thực sự cần thiết cho cuộn sơ cấp trung tính được nối đất, hoạc không nối
đất, thông lượng thứ tự không không thể được tạo ra.
Một máy biến áp nên có thông số định mức để có giá trị điện áp thích hợp mô
tả trong mục 5.2.2 và Bảng 5.3, để cung cấp điện áp tăng lên trên pha không bị sự
cố trong sự cố chạm đất,
Máy biến áp thường được cung cấp với một cuộn dây thứ cấp đấu hình sao và
cuộn dây thứ ba hở mạch đấu hình tam giác. Dĩ nhiên ,điện áp dư có thể được tách
ra bằng cách sử dụng tổ đấu sao/ đấu tam của giác máy biến áp phụ từ cuộn thứ
cấp của mạch chính, việc cung cấp máy biến áp chính phù hợp yêu cầu cho việc xử
lý điện áp thứ tự không như mô tả ở trên. Máy biến áp phụ phải phù hợp với các
yếu tố điện áp thích hợp. Cần lưu ý rằng sóng hài bậc ba của dao động điện áp sơ
cấp là điện áp thứ tự không đã nói trước đó ,tổng hợp trong cuộn dây tam giác hở
mạch.

2.7. Đặc tính quá độ.
Sai số quá độ gây ra ít nhiều khó khăn trong việc sử dụng máy biến áp cổ điển,

mặc dù trong một số ít trường hợp điều đó vẫn xảy ra. Sai số thường được giới hạn
trong khoảng chu kì ngắn khi điện áp đột ngột cấp vào hoặc bị loại bỏ từ cuộn sơ
cấp của máy biến áp.
Nếu một điện áp bị đáp ứng đột ngột, nó sẽ xảy ra sự xâm nhập tức thời,
thường xảy ra đối với các máy biến đổi năng lượng . Tuy nhiên sự ảnh hưởng
không nghiêm trọng lắm bởi vì MÁY BIẾN ÁP được thiết kế với mật độ từ thông
7


thấp hơn, nếu MÁY BIẾN ÁP được định mức để có được một hệ số điện áp tương
đối cao, thì ảnh hưởng của việc xâm nhập sẽ xảy ra. Một lỗi sẽ xuất hiện trong 1
vài chu kỳ đầu tiên của dòng điện ra tương ứng với sự xâm nhập tức thời xảy ra.
Khi nguồn cung cấp cho máy biến đổi điện áp bị ngắt thì từ thông trong lõi sắt
sẽ không mất ngay lập tức. Cuộn dây sơ cấp có xu hướng duy trì lực từ để giữ từ
thông này lại, khi đó sẽ sinh ra dòng điện chạy qua tải và dòng điện này sẽ giảm
dần theo cấp số nhân, có thể với sự dao động của các tần số âm thanh xếp chồng
do điện dung của cuộn dây sinh ra. Hãy nhớ rằng lượng từ thông kích thích để duy
trì dòng điện được thể hiện qua số vòng dây quấn, máy có thể rơi vào tình trạng
quá tải, khi đó dòng tức thời rất đáng kể.

2.8. Máy biến điện áp ghép tầng.
Máy biến điện áp kiểu tụ (mục 5.3) đã được phát triển vì chi phí cao của các
máy biến áp điện từ thông thường nhưng trong mục 5.3.2, tần số và đáp ứng quá
độ chưa đạt yêu cầu so với các máy biến áp điện áp chính thống. Một giải pháp
khác cho vấn đề này là máy biến điện áp ghép tầng.
Các loại máy biến điện áp thông thường có một cuộn dây sơ cấp đơn , đó thực
sự là vấn đề lớn trong việc cách điện đối với cấp điện áp trên 132kV. Máy biến áp
ghép tầng hạn chế những khó khăn đó bằng cách phân chia điện áp điện áp thành
từng cấp thông qua các tầng tách biệt.
Một MÁY BIẾN ÁP hoàn chỉnh bao gồm nhiều máy biến áp riêng lẻ, các cuộn

dây sơ cấp trong đó được mắc nối tiếp, như hình 5.5. Mỗi lõi từ có cuộn dây sơ cấp
(P) trên hai thanh đối diện. Các cuộn dây thứ cấp (S) bao gồm một cuộn dây đơn
trên tầng cuối cùng. Cuộn dây nối (C) kết nối theo cặp giữa các tầng, cung cấp cho
mạch trở kháng thấp cho chuyển tải vòng ampe giữa các tầng và đảm bảo rằng các
điện áp tần số năng lượng được phân bổ đều trên các số cuộn dây sơ cấp.
Điện áp của các lõi và cuộn dây nối được xác định tại giá trị xác lập bằng cách
kết nối chúng với điểm được chọn trên các cuộn dây sơ cấp. Cách điện của mỗi
cuộn dây đủ để điện áp trong cuộn dây tăng lên, là một phần trong các tầng. Các
máy biến điện áp phụ được gắn trên một cấu trúc được xây dựng bằng vật liệu
cách điện, hệ thống cung cấp cách điện giữa các tầng, tích lũy đến một giá trị có
thể chịu được điện áp toàn bộ hệ thống.

8


3. Máy biến áp kiểu tụ.
Sự phát triển của bộ biến điện áp có tính dung, có 3 loại: bộ chia áp mang tính
dung cơ bản, bộ chia điện dung có bù điện cảm, mạch chia có E/M máy biến áp
với từng ngõ ra

Máy biến điện áp có dạng hình trụ, vỏ làm bằng sứ đóng kín, bên trong được
đổ đầy dầu. Có những ống dẫn khí có thể đóng kín và có thể mở ra khi nhiệt độ
thay đổi.
Kích thướt máy biến điện áp điện từ đối với những điện áp lớn hơn điện áp
định mức sẽ tăng dần tùy vào cấp điện áp, chi phí có xu hướng tăng lên với tốc độ
tăng khác nhau. Máy biến điện áp có tụ điện thường có giá trị kinh tế hơn.
Thiết bị này về cơ bản là một bộ chia điện áp có điều chỉnh điện dung.
Giống như những bộ chia điện áp loại điền chỉnh điện trở, điện áp đầu ra bị ảnh
hưởng bởi tải tại những diểm điều chỉnh. Bộ chia điện dung khác ở chỗ trở kháng
nguồn tương đương mang tính dung vì thế mà có thể được bù bởi một cuộn cảm

nằm trong thiết bị tương ứng với từng điểm điều chỉnh. Với một cuộn cảm lý
tưởng có thể cho gia bất kỳ giá trị đầu ra nào.
Một cuộn cảm có những giá trị trở kháng nhất định thì sẽ cho đầu ra những
giá trị nhất định. Đối với điện áp đầu ra thứ cấp 110V, các tụ điện sẽ phải rất lớn để
9


cung cấp đầu ra có ích trong khi đang bị lỗi ở những giới hạn thường. Giải pháp là
đưa điện áp cao vào phía thứ cấp và biến đổi điện áp đầu ra đến một giá trị bình
thường bằng cách sử dụng một máy biến diện áp điện từ tương đối với chi phí
thấp. các bước giải thích tiếp theo được mô tả ở hình 5.6.
Có nhiều máy biến điện áp ứng với mạch cơ bản như vậy. Độ tự cảm L có
thể là đơn vị riêng biệt hoặc có thể được kết hợp ở dạng điện kháng rò trong máy
biến điện áp hình T. Các tụ C1 và C2 không thể tự làm giảm độ sai lệch, vì thế có
các nấc điều chỉnh tỷ lệ trên máy biến điện áp hình T hoặc trên một máy biến điện
áp tự động riêng biệt nằm ở mạch thứ cấp. Việc điều chỉnh độ tự cảm L cũng rất
cần thiết, việc điều chỉnh này được thực hiện bằng cách thay đổi từng nấc, một
cuộn cảm được điều chỉnh riêng ở mạch thứ cấp, bằng việc điều chỉnh khe hở
trong lõi sắt hoặc mắc song song với tụ có điện dung biến thiên. Một mạch tương
đương được đơn gián hóa ở hình 5.7.

Hình 5.7: Mạch tương đương được đơn giản hoá
của máy biến áp kiểu tụ.
Chúng ta sẽ thấy sự khác nhau cơ bản giữa hình 5.7 và hình 5.1 là sự xuất
hiện của C và L. Tại tần số thường khi C và L trong tình trạng cộng hưởng và tình
trang cộng hưởng biến mất ngay sau đó, mạch sẽ hoạt động tương tự giống như
một MÁY BIẾN ÁP thông thường. Tại những tần số khác, tồn tại một bộ phận sẽ
phản ứng lại để sữa chữa lỗi.
Những tiêu chuẩn thông thường đối với một máy biến áp là được sử dụng để
bảo vệ ừng với những yêu cầu cấp chính xác cho trong bảng 5.2 với một dãy tần số

(97% -103% tần số danh nghĩa). Dãy tần số tương ứng của công cụ đo CMÁY
BIẾN ÁP nhỏ hơn rất nhiều từ 99% - 101%. sự chính xác về độ lệch tần số bị giảm
ở những tần số nằm ngoài dãy này ít ảnh hưởng tới iệc bảo vệ.
10


3.1. Sự bảo vệ điện áp của tụ phụ.
Nếu trở kháng mang của máy biến áp được nối tắt lại, thì làm cho điện áp
cuộn cảm tăng lên trong phạm vi giới hạn bởi tổn thất trên cuộn cảm và có thể là
do sự bão hòa, độ tăng điện áp cuộn cảm = QxE2, với E2 là điểm áp điểm rẽ nhánh
không tải còn Q là nhân tố khuếch đại của mạch cộng hưởng. Giá trị này rất lớn và
sẽ bị hạn chế bởi khe hở hồ quang được nối đến tụ phụ. Điện áp trên tụ phụ cao
hơn điện áp định mức đầu ra khi không tải. Tụ liên tục được xác định điện áp tại
thời điểm giá trị điện áp tăng này. Khe hở hồ quang được thiết lập để phóng nhanh
qua ngay thời điểm điện áp trên tụ cao gấp 2 lần điện áp khi đầy tải.
Máy biến áp sẽ cung cấp những hiệu ứng cho khe hở hồ quang để hạn chế
dòng ngắn mạch, việc bảo vệ cầu chì của mạch thứ cấp được thiết kế cẩn thận. Các
thiết bị thường cung cấp cho đất những điểm điều chỉnh bằng tay hoặc bằng tự
động trước khi tiến hành bất cứ sự điều chỉnh tappings hoặc những sự kết nối.

3.2. Chế độ tức thời của máy biến điện áp có tính dung.
Thiết bị máy biến áp là mạch gồm một chuỗi những cộng hưởng. Sự ra
đời của máy biến điện từ giữa điện áp trung gian và điện áp đầu ra làm cho sự
cộng hưởng (có thể dễ xảy ra hơn) liên quan đến trở kháng của mạch và dung
kháng của ngăn xếp bộ chia. Khi điện áp bước đột ngột xuất hiện, các đường dao
động với những chế độ khác nhau diễn ra, các đường này sẽ kéo dài trong một
khoảng thời gian và được điều chỉnh bằng cách giảm trở kháng tổng ngay lúc đó.
Khi trở kháng tải tăng sẽ làm giảm thời gian dao động tức thời cho dù biên độ lớn
ban đầu tăng.
Đối với việc bảo vệ với tốc độ cao, dao động tức thời nên được làm tối

thiểu. Máy biến điện áp có dùng tụ hiện nay trong lĩnh vực này tốt hơn rất nhiều so
với những thiết bị tương tự trước đó, nhưng các thiết bị bảo vệ có hiệu suất cao
này vẫn còn hạn chế.

3.3. Cộng hưởng sắt từ.
Trở kháng kích thích Zc của máy biến đổi phụ trợ hình T và dung kháng
bộ chia điện thế cùng nhau tạo thành một mạch cộng hưởng thường dao động tại
một tần số phụ bình thường. Nếu mạch này phải chịu một xung điện áp, kết quả
của sự dao động sẽ vượt qua một loạt các tần số. Nếu tần số cơ bản của mạch này
nhỏ hơn 1/3 lần tần số của hệ thống, mạch hấp thụ năng lượng từ hệ thống gây ra
làm cho dao động tăng lên. Việc tăng mật độ từ thông trong lõi sắt của máy biến
điện áp làm giảm độ tự cảm, làm cho tần số cộng hưởng gần bằng với 1/3 giá trị
của tần số hệ thống.
11


Kết quả là dao động tăng liên tục cho đến khi ổn định và bằng sóng hài
bậc 3 của hệ thống, dao động có thể duy trì vô hạn. Tùy thuộc vào các giá trị chế
tạo, dao động tại tần số cơ bản hay tại các sóng hài hay bội số của tần số cung cấp
có thể xảy ra nhưng thành phần hài bậc 3 là dễ xảy ra nhất.
Các biểu hiện chính của dao động là điện áp đầu ra tăng lên, giá trị hiệu
dụng cao hơn giá trị bình thường khoảng 25% - 50%. Dạng sóng đầu ra sẽ có
chung một dạng như trong hình 5.8

Hình 5.8: Dạng sóng phía thứ cấp điển hình với hài dao động bậc 3.
Dao động ít xảy ra khi tổn thất trên mạch lớn, như là trường hợp với trở
kháng của tải, có thể bị chặn lại bởi việc tăng trở kháng của tải. Thiết bị đặc biệt
chống cộng hưởng ferro sử dụng một mạch điều chỉnh mắc song song đôi khi được
lắp vào MÁY BIẾN ÁP. Mặc dù có nhiều sự bố trí để hỗ trợ, ngăn chặn sự cộng
hưởng ferrom, dao động có xu hướng giảm hồi đáp tức thời, đó là vấn đề thỏa hiệp

của việc thiết kế.
Việc thiết kế đúng sẽ ngăn chặn CMÁY BIẾN ÁP cung cấp điện trở tải từ sự
xuất hiện hiệu ứng này, nhưng có thể là tải cảm không tuyến tính, chẳng hạn như
máy biến điện áp phụ làm thúc đẩy cộng hưởng ferro. Máy biến điện áp phụ được
sử dụng với máy biến điện áp tụ nên được thiết kế với giá trị mật độ từ thông thấp,
ngăn chặn điện áp tức thời về việc gay ra bão hòa lõi sắt, lần lượt làm cho dòng
điện kích thích tăng lên.

4. Máy biến dòng.
Cuộn dây sơ cấp của máy biến dòng được mắc nối tiếp với mạch
điện và trở kháng máy biến dòng có thể bỏ qua khi so sánh với
các phần tử khác trong mạch điện. Hệ thống trở kháng chi phối
các dòng điện chạy qua cuộn dây sơ cấp của máy biến dòng. Điều
12


kiện này có thể đặc trưng bằng việc thêm vào tải trở kháng,
thông qua tỷ số vòng dây, trong kết nối đầu vào như hình 5.1
Phương pháp xấp xỉ này được phát triển như hình 5.9:

Hình 5.9: Nguồn gốc mạch tương đương của
máy biến dòng.
Lấy số ví dụ như CT 300/5A ứng dụng cho một hệ thống điện
11kV. Hệ thống được xét đến mang một dòng điện định mức
(300A) và máy biến dòng tiêu hao 10VA.
Mạch tương đương cuối cùng được học như hình 5.9(c) đã ghi chú
giá trị của các thành phần chính, nó sẻ biểu thị tất cả các tính
chất của máy biến dòng. Nó sẻ cho chúng ta thấy rằng:
a, Dòng điện thứ cấp sẽ không bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi của
tải trở kháng trên một phạm vi đáng kể.

13


b, Mạch thứ cấp không được hở mạch trong khi cuộn dây sơ cấp
hoạt động định mức. Bao gồm sức điện động cảm ứng ở cuộn dây
thứ cấp ở trong tình huống này đủ cao gây nên sự nguy hại cho
máy biến dòng và cách điện.
c, Tỷ lệ và sai số góc pha có thể được tính toán dể dàng nếu tính
chất của mạch từ và tải trở kháng được biết.

4.1.Sai số.
Biểu đồ vecto chung (hình 5.2) có thể được đơn giản hóa bởi sự
bỏ đi của những chi tiết không chú ý đến trong đo lường dòng
điện, nhìn vào hình 5.10().

Hình 5.10: Biểu đồ vecto cho máy biến dòng.
Sai số xảy ra bởi vì sự phân dòng của tải bởi trở kháng kích từ.
Một phần dòng điện đầu vào chảy qua phần lỏi thép kích từ làm
giảm bớt một phần dòng điện đáng kể đi qua tải. Bởi vậy
, phụ thuộc vào trở kháng kích từ và suất điện động thứ cấp
được cho bởi phương trình = ()
là trở kháng của cuộn dây thứ cấp , có thể xem như là chỉ có điện
trở
trở kháng của tải
4.1.1. Dòng điện hoặc tỉ lệ sai số.

14


Đây là sự khác nhau ở độ lớn giữa và và bằng (các thành phần

của ở cùng pha với )

15


4.1.2. Sai số góc pha.
Đây là đặc trưng bởi , thành phần của vuông góc với và kết quả
trong sai số góc pha Φ
Giá trị của sai số dòng điện và sai số góc pha phụ thuộc vào sự
hoán đổi pha giữa và nhưng khi không có dòng điện thì sẽ không
có sai số góc pha có thế phóng đại sai số vecto Ie .Nó sẻ chỉ ra
rằng một tải cảm ứng ở một mức độ vừa phải, kết quả Is và Ie xấp
xỉ cùng pha, tại đó sai số góc pha sẽ nhỏ hơn và thành phần kích
từ sẻ dẩn đến hầu như toàn bộ trong tỉ lệ sai số.
Sự giảm bớt của cuộn dây thứ cấp bằng một hoặc hai vòng dây
thường dùng để bù cho điều này. Ví dụ như, Trong một CT tương
ứng như hình 5.9, sai số xấu nhất do việc sử dụng một tải cảm
ứng của giá trị đánh giá sẻ vào khoảng 1.2%. Nếu tỷ số vòng dây
quy định là 2:120, loại bỏ một trong những vòng dây thứ cấp sẻ
tăng đầu ra bằng 0.83% để lại sai số dòng điện tổng thể bằng
-0.37%
Đối với những tải có giá trị thấp hơn hoặc hệ số công suất tải của
tải khác nhau, sai số sẽ thay đổi theo hướng tích cực để đạt giá trị
cực đại là 0.7% tại không tải, điện kháng rò ở cuộc dây thứ cấp
được giả định là không đáng kể, không có sự điều chỉnh tương
ứng có thể làm cho sai số góc pha, nhưng cần lưu ý rằng sa số
góc pha là nhỏ cho một tải cảm ứng vừa.

4.2. Tổng hợp sai số.
Điều này được chỉ ra trong IEC 60044-1 như là sự khác nhau giữa

giá trị hiệu dụng của dòng điện thứ cấp lí tưởng và giá trị dòng
điện thứ cấp thực tế. Nó bao gồm sai số dòng điện và góc pha và
ảnh hưởng của sóng hài trong dòng điện cảm ứng. Các cấp chính
xác của việc đo máy biến dòng được biểu diển ở bảng 5.4:
(a)
Giới hạn của sai số chính xác cho các cấp sai số từ 0.1 –
1.0.

16


17


(b)

Giới hạn của sai số cho các cấp sai số 3 và 5.

4.3 Giới hạn dòng điện chính xác của
sự bảo vệ máy biến dòng.
Thiết bị bảo vệ được thiết kế để đáp ứng cho các điều kiện có sự
cố, và chính vì những lí do yêu cầu này mà hàm số tại dòng điện
định mức lớn hơn định mức bình thường. Cấp bảo vệ máy biến
dòng phải duy trì một độ chính xác hợp lý cho đến một dòng điện
lớn hơn thích hợp, Giá trị này được hiểu như là “ Dòng điện chính
xác giới hạn “ và có thể biểu diển ở sơ cấp hoặc tương đương ở
thứ cấp. Tỉ số của dòng chính xác giới hạn với dòng giới hạn định
mức được hiểu như là “ hệ số giới hạn định mức”.
Cấp chính xác của bảo vệ máy biến dòng được biểu diển ở bảng
5.5:

Bảng 5.5: Giới hạn chính xác cho máy biến dòng bảo vệ cho cấp 5P và 10P.
Mặc dù tải của CT bảo vệ chỉ là vài VA tại dòng điện định mức,
ngỏ ra yêu cầu từ máy biến dòng có thể kể đến nếu như hệ số
giới hạn chính xác là cao. Ví dụ như, với hệ số giới hạn chính xác
là 30 và một tải mang 10VA thì máy biến dòng phải cung cấp
9000VA cho mạch thứ cấp.
18


Như một sự lựa chọn, với máy biến dòng tương tự có thể phải chịu
một tải cao. Đối với quá dòng và sự cố bảo vệ chạm đất, với phần
tử tương tự tiêu thụ VA được cài đặt, phần tử sự cố chạm đất của
một role điện đặt là 10% sẽ có 100 lần trở kháng của phần tử quá
dòng đặt là 100%. Mặc dù sự bảo hòa của phần tử rơle phần nào
đó làm giảm đi khía cạnh này của vấn đề, nó sẽ thấy rằng phần tử
sự cố chạm đất là một tải xấu, và CT có thể có một tỷ lệ sai số
đáng kể trong tường hợp này. Bởi vậy, nó không được sử dụng
nhiều để ứng dụng bù vòng dây cho máy biến dòng , nói chung
đơn giản để cuộn dây CT với số vòng tương ứng với tỉ lệ danh
nghĩa.
Máy biến dòng có thể được sử dụng kép với đo đạc và bảo vệ sau
đó nó phải được đánh giá theo một cấp như đã liệt kê ở bảng 5.4
và bảng 5.5. Tải đặt vào là tổng của các dụng cụ và tải role. Số
vòng dây bù vào có lẻ cần thiết để đạt được hiệu suất đo lường.
Đo lường định mức được đánh giá theo tải định mức và cấp. ví dụ
như 15VA và cấp 0.5. Bảo vệ định mức được đánh giá theo tải
định mức, cấp và hệ số giới hạn chính xác, ví dụ như 10VA và cấp
10P10.

4.4. Cấp PX máy biến dòng.
Sự phân loại của bảng 5.5 chỉ dùng cho bảo vệ quá dòng. Cấp PX
được xác định tai IEC 60044-1 cho các máy biến dòng quá độ lâu
đời che bởi cấp X của BS-3938 thường được sử dụng với các
chương trình bảo vệ thành phần.
Hướng dẩn được đưa ra trong các đặc điểm kỹ thuật ứng dụng
cho máy biến dòng đê bảo vệ sự cố chạm đất, nhưng cho điều
này với các ứng dụng bảo vệ khác nó là tốt hơn tham chiếu trực
tiếp đến giá trị cực đại sức điện động hữu ích rằng nó có thể có
trong CT. Ở trong phạm vi này, “điểm dầu gối” của đường cong
kích từ được định nghĩa là điểm mà tại đó tăng thêm 10% của sức
điện động thứ cấp sẻ yêu cầu dòng điện kích từ tăng lên 50%,
nhìn vào hình 5.11

19
Hình 5.11: Xác định điểm đầu gối của đường
cong kích từ.


Yêu cầu thiết kế một máy biến dòng để bảo vệ nói chung mục
đích thường được đặt ra trong điều kiện sức điện động điểm đầu
gối, dòng điện cảm ứng tại điểm đầu gối (hoặc một số điểm theo
đặc biệt khác) và điện trở cuộn dây thứ cấp. Như thế máy biến
dòng được chỉ định cấp PX

4.5. Sự bố trí các cuộn dây của máy biến dòng.
Một số sơ đồ cuộn dây CT được sử dụng. Đây là những mô tả
trong các phần sau đây
4.5.1. Kiểu quấn cuộn sơ cấp.
Loại này của CT có cuộn dây quy ước tạo thành từ dây đồng được

quấn quanh một lõi thép. Nó được sử dụng cho máy biến dòng
phụ trợ và cho nhiều máy biến áp có hệ số thấp và vừa phải sử
dụng trong thiết bị chuyển mạch lên tới giá trị 11kV định mức.
4.5.2. Sứ cách điện hoặc kiểu thanh cái sơ cấp.
Nhiều máy biến dòng có một lỏi thép hình vòng, thỉnh thoảng
được xây dựng từ nhiều hình khuyên dẹt, nhưng thường gồm vòng
đơn quấn chặt để tạo thành một vòng xoắn ốc kín. Dây quấn thứ
cấp được phân bố quanh một ống toroid nên sẽ chiếm toàn bộ
chu vi của lỏi, có một khe hở nhỏ sẻ được đặt ở đầu và cuối để
tản nhiệt.

20


Như vậy máy biến dòng thường có một đồng tâm đơn đặt ở dây
dẩn sơ cấp, đôi khi xây dựng cố định vào CT và cung cấp các vật
liệu cách nhiệt sơ cấp cần thiết. Trong trường hợp khác, ống sứ
của máy cắt hoặc biến áp nguồn được sử dụng cho vấn đề này.
Tại mức dưới của dòng điện sơ cấp định mức nó có thể khó khăn
để có đủ đầu ra tại các cấp độ chính xác mong muốn. Điều này là
do một phần lõi thép lớn là cần thiết để cung cấp từ thông để tạo
ra sức điện động thứ cấp trong số nhỏ các vòng dây, và bởi vì số
vòng dây ampe kích từ tạo thành một tỉ lệ lớn trong vòng dây
ampe sơ cấp thích hợp. Các hiệu ứng đặc biệt rõ rệt khi đường kín
lỏi được làm như vậy để phù hợp hơn với ống sứ EHV lớn.

21


4.5.3. Cuộn core cân bằng các máy biến dòng.

CBCT thường là của kiểu vòng. Một role sự cố chạm đất, kết nối
với cuộn dây quấn thứ cấp, hoạt động chỉ khi có dòng điện dư
trong hệ thống sơ cấp.
Lợi thế của việc sử dụng phương pháp này để bảo vệ sự cố chạm
đất nằm trong thực tế là chỉ một lỏi CT được sử dụng trong vị trí
của ba pha CTs cái mà cuộn dây thứ cấp được kết nối dư. Bằng
cách này dòng điện mạch từ của máy biến áp tại role hoạt động
được giảm xuống khoảng 3 đến 1. Một xem xét quan trọng là độ
nhạy của role sự cố chạm đất nơi mà có hiệu quả thấp cài đặt đã
được yêu cầu. Số vòng dây quấn thứ cấp không cần thiết phải có
quan hệ với (cáp) dòng điện hiệu dụng vì không có dòng điện thứ
cấp sẽ chảy dưới điều kiện cân bằng bình thường, Điều này cho
phép số vòng dây thứ cấp được chọn như để tối ưu hóa dòng điện
tác động sơ cấp.
Lỏi thép cân bằng máy biến đổi thường được gắn thông qua một
sợi cáp tại một điểm đóng đến tuyến cáp của thiết bị chuyển
mạch hay các thiết bị khác. Theo tự nhiên được chia ra thành
nhiều lõi thường thích hợp cho các ứng dụng trong đó các
4.5.4, Tổng hợp máy biến dòng.
Sự tổng hợp của việc sắp xếp là sự sắp xếp cuộn dây được sử
dụng trong một rơle đo đạc hoặc trên một máy biến dòng phụ trợ
để cung cấp tín hiến ra một pha có một mối quan hệ đặc biệt với
dòng điện ba pha đầu vào.

22


4.5.5, Khe hở không khí máy biến dòng.
Đậy là những máy biến dòng phụ trợ trong đó có một khe hở

không khí nhỏ tính đến cả trong lỏi thép để sản sinh ra một điện
áp thứ cấp đầu ra tỷ lệ thuận với độ lớn của dòng điện cuộn dây
sơ cấp. Đôi khi được gọi là “Giao dịch viên” và “phép cầu phương
máy biến dòng , hình thức của máy biến dòng được sử dụng như
thành phần phụ của sơ đồ bảo vệ đơn vị trong đó đầu ra phân
thành nhiều mạch thứ cấp vẩn phải tuyến tính để cho tương ứng
với phạm vị tực tế rộng lớn nhất của dòng đầu vào.

4.6.Dòng dây CTs
CTs cho đo lường dòng điện dây rơi vào một trong ba loại
4.6.1. CTs quá kích cở.
CTs quá kích cở có thể chuyển đổi đầy đủ với sự cố trôi dòng điện.
Hậu quả là rất lớn có thể được suy ra từ 5.4.10. Rất dể dẩn đến
sai số do từ thông dư phát sinh ra thí dụ như có sự gián đoạn của
sự cố dòng điện nặng nề.
4.6.2. CTs chống lại từ dư.
Đây là một biến thể của máy biến dòng quá kích cở và có một
khe hở nhỏ trong lỏi thép mạch từ,do đó có thể làm giảm thông
lượng từ dư từ xấp xỉ 90% giá trị bảo hòa xuống còn xấp xỉ 10%.
Những khe hở này khá nhỏ , ví dụ như tổng 0.12mm, các đặc tính
kích từ không đáng kể bởi sự có mặt của nó. Tuy nhiên, sự sụt
giảm dẩn đến có thể từ thông dư lỏi thép đã hạn chế một lượng từ
thông DC chảy ra, kết quả dòng điện sơ cấp không đối xứng ở
trong phạm vi chế độ bảo hòa lỏi thép giới hạn. Sai số trong máy
biến dòng giảm đáng kể khi so sánh với kiểu kín của lỏi thép.
Bảo vệ máy biến dòng quá độ bao gồm trong IEC 60044-6 như
các kiểu TPX,TPY và TPZ và đặc điểm kĩ thuật này giúp hướng dẩn
tốt đê ứng dụng và sử dụng.
4.6.3. Máy biến dòng tuyến tính.
May biến dòng tuyến tính được tạo thành triệt để hơn bắt đầu từ

lỏi thép đặc thông thường kết hợp một khe hở không khí đáng kể
thí dụ như 7.5 – 10 mm. Giống như tên gọi của nó các tính chất từ
có xu hướng tuyến tính hóa do kể cả khe hở này trong mạch từ.
23


Tuy nhiên, mục đích của việc giới thiệu này nhiều từ trở và trong
mạch từ để làm giảm giá trị của từ kháng. Điều này sẻ làm giảm
thời hằng thứ cấp của CT, do đó làm giảm yến tố quá kích cở cần
thiết cho sự chuyển đổi chính xác. Hình 5.12 cho thấy tiêu biểu
cho CT hiện đại để sử dùng cho hệ thống MV

4.7.Trở kháng cuộn dây thứ cấp.
Giống như CT bảo vệ có lẻ yêu cầu cung cấp giá trị cao của dòng
điện thứ cấp. Điện trở cuộn dây thứ cấp phải làm sao càng thấp
càng tốt. Điện kháng rò thứ cấp cũng xảy đến, đặc biệt trong dây
quấn của máy biến dòng sơ cấp, mặc dù việc đo lường là rất khó
khăn. Các tính chất tuyến tính của mạch từ CT là cho nó khó khăn
để đánh giá giá trị omic đại diện cho điện kháng rò phía thứ cấp.
Đó là, tuy nhiên thường chấp nhận rằng máy biến dòng là của loại
điện kháng thấp được cung cấp theo những điều kiện thuyết phục
sau:
a, Lỏi của các loại không nối vòng (bao gồm quấn dây lỏi thép
xoắn )
b, Các vòng dây sơ cấp căn bản được sắp xếp đều dọc theo chiều
dài của mạch từ.
c, Dây dẩn sơ cấp đi qua gần tâm của khe hở lỏi thép nếu dây
quấn được phân bố đều dọc theo chiều dài của mạch từ.
d, Từ thông bằng cuộn dây, nơi được làm cho vừa với yêu cầu của
thiết kế, bao gồm ít nhất bốn cuộn dây kết nối song song, được

sắp xếp đều dọc theo chiều dài của mạch từ mổi cuộn chiếm một
phần tư góc.
Ngoài ra khi một máy biến dòng không tuân thủ tất cả nhũng yêu
cầu trên nó được chứng minh là điện kháng thấp ở nơi:
e, Tổng sai số được đo trong cách chấp nhận, không vượt quá hệ
số 1.3 sai số thu được trực tiếp từ đặc tính kích từ V-I của cuộn
dây thứ cấp.

4.8. Dòng điện thứ cấp định mức.
Sự lựa chọn của dòng điện thứ cấp định mức được xác định bằng
phần lớn tải ở cuộn dây thứ cấp và các tiêu chuẩn thực hành của
người sử dụng. Tiêu chuẩn dòng điện định mức thứ cấp CT là 5A
và 1A. Tải tại dòng định mức được áp đặt bởi các role kỹ thuật số
24


hoặc các khí cụ với nhiều mức đánh giá của giá trị dòng điện định
mức. Điều này là do các cuộn dây của các thiết bị phải phát triển
một định số vòng ampe tại dòng điện định mức. do đó số vòng
dây thực tế phải tỉ lệ nghịch với dòng điện và trở kháng của cuộn
dây thay đổi tỉ lệ nghịch với bình phương dòng điện hiệu dụng.
Tuy nhiên, cơ điện hoặc role tĩnh sự cố chạm đất có thẻ có một tải
mà sự biến đổi với dòng điện đầu ra được sử dụng.
Kết nối sớm pha sẻ không chia sẻ được tính chất này, tuy nhiên,
thường là với tiết diện chuẩn bất chấp định mức. khi sớm pha là
dài thì điện trở có thể là đáng kể, và kết quả của các tải có thể
khác nhau với bình phương dòng điện hiệu dụng. Đối với CT sớm
pha chạy thứ tự 200m, một khoảng cách điển hình cho thiết bị
đóng cắt ngoài trời EHV, có thể có một trở kháng vòng lặp khoảng
3 Ω.

Tải VA CT sớm pha nếu CT 5A được sử dụng sẻ là 75 VA, từ đó vẩn
phải được thêm vào tải role ( lên đến có thể 10VA cho một role
điện cơ nhưng ít hơn 1VA cho một role số) làm cho một tổng là
85VA. Một tải như vậy yêu cầu CT lớn và đắt tiền. đặc biệt nếu hệ
số giới hạn chính xác cao được áp dụng vào.
Với CT sơ cấp định mức 1A, tải sớm pha được giảm xuống 3VA,
chính vì vậy với tải role như vậy có thể tối đa thành ra là 13VA.
Điều này có thể được cung cấp bởi một CT kích thước bình thường
và tiết kiệm được kích thước trọng lượng và chi phí. Do đó CT hiện
nay có xu hướng để giá trị định mức cuộn dây sơ cấp 1A. Tuy
nhiên trong trường hợp giá trị sơ cấp cao, trên 2000A, một CT có
giá trị định mức thứ cấp cao hơn được sử dụng để giới hạn số
vòng dây thứ cấp. Như vậy trong điều kiện giá trị định mức thứ
cấp 5A được sử dụng, trong trường hợp cực đoan giá trị thứ cấp
20A được sử dụng tiếp theo bởi 20/1 đặt vào CT.

4.9. Dòng điện định mức ngắn mạch.
Một máy biến dòng sẻ bị quá tải khi dòng hệ thống dòng điện
ngắn mạch lưu thông và sẻ là thời gian ngắn định mức. Thời gian
tiêu chuẩn cho CT phải đáng tin cậy để mang dòng điện thời gian
ngắn là 0.25, 0.5, 1.0, 2.0, hoặc 3,0s.
25