Nghiên cứu công nghệ chế tạo máy biến dòng đo lường trung thế có lõi thép là vật liệu từ vô định hình

NGUYỄN TRUNG KIÊN

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI H ỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
--------------------------------

NGUYỄN TRUNG KIÊN

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY
BIẾN DỊNG ĐO LƯỜNG TRUNG THẾ CĨ LÕI THÉP
KỸ THUẬT ĐIỆN

LÀ VẬT LIỆU TỪ VƠ ĐỊNH HÌNH

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN

KHOÁ 2010B

Hà Nội - 2013


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
--------------------------------

NGUYỄN TRUNG KIÊN

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY
BIẾN DỊNG ĐO LƯỜNG TRUNG THẾ CĨ LÕI THÉP
LÀ VẬT LIỆU TỪ VƠ ĐỊNH HÌNH
Chun ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN:
TS. PHÙNG ANH TUẤN

Hà Nội - 2013


LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu và kết
quả nghiên cứu nêu trong luận văn này là trung thực và chưa từng được công bố trong bất
kỳ một bản luận văn nào khác.
Tôi xin cam đoan rằng, mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã được
cảm ơn và các thơng tin trích dẫn trong luận văn đều đã được chỉ rõ nguồn gốc.
Hà Nội, ngày

tháng

năm 2013

Người cam đoan

Nguyễn Trung kiên


LỜI CẢM ƠN
Sau thời gian thực hiện luận văn, đến nay đề tài “Nghiên cứu công nghệ chế tạo
máy biến dịng đo lường trung thế có lõi thép là vật liệu từ vơ định hình.” đã được hồn
thành. Trong thời gian thực hiện đề tài tôi đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ quý báu của các

cá nhân, tập thể trong và ngồi trường.
Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo TS Phùng Anh Tuấn hiện đang
công tác tại Bộ môn Thiết bị điện - điện tử trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tận tình
hướng dẫn, giúp đỡ tơi xây dựng và hồn thành bản luận văn này.
Tôi xin chân thành cám ơn Ban Lãnh đạo Tổng công ty CP Công ty cổ phần Thiết
bị điện Việt Nam đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho tơi trong q trình học tập,
cơng tác, nghiên cứu và hồn thành luận văn.
Cuối cùng, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn tới gia đình, bạn bè đã động viên và giúp đỡ tôi
trong suốt q trình học tập, nghiên cứu và hồn thành luận văn.
Xin trân trọng cảm ơn!
Tác giả


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Tên bảng

STT

2.1

Bảng giới hạn sai số và độ lệch pha cho máy biến dòng đo
lường

2.2

Trang

13

Bảng giới hạn sai số và độ lệch pha cho máy biến dòng đo
lường trong các ứng dụng đặc biệt

14

2.3

Bảng giới hạn sai số cho máy biến dịng bảo vệ

15

2.4

Thơng số và đặc tính của các loại máy biến dịng
TPX, TPY, TPZ

25

3.1

Đặc tính của tơn cán lạnh 23ZH90

29

3.2

Bảng đặc tính của tơn 3409

36

3.3

Bảng đặc tính của tơn 23ZH90

39


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
STT

Tên hình

Trang

1.1

Mạch từ của máy biến dịng

1.2

Máy biến dịng có 1 vịng dây sơ cấp Error! Bookmark not defined.

1.3

Máy biến dịng có nhiều vịng dây sơ cấp

4

1.4

Lõi tơn sau khi quấn cách điện trước khi quấn dây thứ cấp

5

1.5

Sơ đồ nguyên lý của máy biến dòng

6

1.6

Sơ đồ thay thế của máy biến dòng

7

1.7

Đồ thị vecto của máy biến dòng

8

2.1

Minh họa bằng đồ thị ký hiệu của CT dùng cho bảo vệ

2.2

Xác định điểm gập G trên đường cong từ hóa của máy biến

Error! Bookmark not defined.

dòng

17

18

2.3

Đồ thị vecto của máy biến dòng

2.4

Quan hệ giữa từ thẩm, sai số và dòng sơ cấpError! Bookmark not defined.

2.5

Bù sai số bằng cách thay đổi số vòng dây thứ cấp

21

2.6

Quan hệ giữa n10 và tải thứ cấp

22

2.7

Quan hệ giữa từ cảm và sức điện động

23

3.1

Máy biến dòng dạng đúc epoxy, ngồi trời 24kV, một tỷ số

28

3.2

Mơ phỏng phần cách điện epoxy

30

3.3

Mô phỏng phần dây quấn sơ cấp

31

3.4

Mô phỏng phần dây quấn thứ cấp

32

3.5

Mô phỏng phần mạch từ và cách điện

33

3.6

Hình mơ phỏng đầy đủ máy biến dịng

33

3.7

Mơ hình mạch với dịng sơ cấp định mức và tải thứ cấp 1 Ω

35

3.8

Đường cong từ hóa của tơn 3409

37

3.9

Kết quả đạt được với tôn 3409

38

Error! Bookmark not defined.

3.10

Đường cong từ hóa của tơn 23ZH90

40

3.11

Kết quả đạt được với tôn 23ZH90

41

3.12

Đường cong tổn hao lõi của vật liệu từ vơ định hình 2605SA1
tại 50Hz và 60Hz

42

3.13

Đường cong từ trễ của vật liệu từ vơ định hình 2605SA1

43

3.14

Kết quả đạt được với tơn vơ định hình 2605SA1

44

3.15

Mơ hình mạch với dòng sơ cấp gấp 2 lần định mức và tải thứ
cấp 1 Ω

46

3.16

Kết quả đạt được với tôn 3409

47

3.17

Kết quả đạt được với tôn 23ZH90

48

3.18

Kết quả đạt được với tơn vơ định hình 2605SA1

49

3.19

Mơ hình mạch với dịng sơ cấp định mức và tải thứ cấp 1,7 Ω

51

3.16

Kết quả đạt được với tôn 3409

47

3.17

Kết quả đạt được với tôn 23ZH90

48

3.18

Kết quả đạt được với tơn vơ định hình 2605SA1

49


MỤC LỤC

1

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÁY BIẾN DÒNG ................................................................ 2
1.1

Khái niệm chung về máy biến dòng ............................................................................ 2

1.1.1
1.2

Cấu tạo và nguyên lý làm việc ............................................................................. 2

Phân loại máy biến dòng: ............................................................................................ 9

1.2.1

Theo điện áp làm việc của máy biến dòng ........................................................... 9

1.2.2

Theo chức năng của máy biến dòng ..................................................................... 9

1.2.3

Theo vị trí làm việc của máy biến dịng ............................................................... 9

1.2.4

Theo vật liệu cách điện chính của máy biến dịng: ............................................ 10

1.2.5

Theo hình dạng bên ngồi của máy biến dịng: .................................................. 10

1.2.6

Theo tần số làm việc của máy biến dòng: .......................................................... 10

2
CÁC TIÊU CHUẨN VỀ MÁY BIẾN DÒNG VÀ CÁC YÊU CẦU VỀ ĐỘ CHÍNH
XÁC KHI VẬN HÀNH ........................................................................................................... 11
2.1

Các tiêu chuẩn về máy biến dịng .............................................................................. 11

2.1.1

u cầu cấp chính xác đối với máy biến dòng đo lường ................................... 13

2.1.2

Yêu cầu cấp chính xác đối với máy biến dịng bảo vệ ....................................... 14

2.2

Các yêu cầu về vận hành của máy biến dòng trong hệ thống điện ............................ 15

2.2.1
Các yêu cầu về độ chính xác của máy biến dịng dùng cho mục đích bảo vệ
trong hệ thống điện ........................................................................................................... 16

3

2.2.2

Các quan hệ sai số của máy biến dòng ............................................................... 18

2.2.3

Các chế độ làm việc của máy biến dòng ............................................................ 21

2.2.4

Kết luận trung gian ............................................................................................. 25

ĐÁNH GIÁ SAI SỐ MÁY BIẾN DÒNG BẰNG PHẦN MỀM ..................................... 27
3.1

Giới thiệu phần mềm Ansoft Maxwell 15 ................................................................. 27

3.2

Máy biến dịng được nghiên cứu ............................................................................... 28

3.3

Mơ phỏng máy biến dòng sử dụng phần mềm Ansoft Maxwell 15 .......................... 29

3.4

Các kết quả khi mô phỏng máy biến dịng với các loại tơn khác nhau ..................... 34

3.4.1

Trường hợp dịng sơ cấp có giá trị định mức ..................................................... 34

3.4.2

Trường hợp dịng sơ cấp có giá trị khác định mức............................................. 45

3.4.3

Trường hợp dòng sơ cấp định mức, thay đổi điện trở thứ cấp ........................... 51

3.5

Kết luận chung ........................................................................................................... 56

3.6

Tài liệu tham khảo ..................................................................................................... 57


1
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÁY BIẾN DÒNG
1.1

Khái niệm chung về máy biến dòng

1.1.1 Cấu tạo và nguyên lý làm việc
Máy biến dòng là thiết bị điện tĩnh, làm việc dựa trên nguyên lý cảm ứng điện
từ, biến đổi dòng điện ở phía sơ cấp thành dịng điện phía thứ cấp có giá trị tiêu
chuẩn là 5A hoặc 1A, điện áp an toàn cung cấp cho mạch đo lường và bảo vệ.
1.1.1.1 Cấu tạo
Về cấu tạo của máy biến dòng, máy biến dịng gồm các phần chính: mạch
từ, phần dây quấn và phần cách điện.

a) Mạch từ
Mạch từ của máy biến dòng được ghép từ các lá thép kỹ thuật điện thành
mạch vịng khép kín, giữa các lá thép có sơn cách điện với nhau.
Do yêu cầu về tổn hao kích từ và tổn hao dây quấn không cao nên thông
thường mạch từ của máy biến dịng có cấu tạo gồm nhiều lớp lá thép kỹ thuật điện
dạng bản dẹt quấn đè lên nhau thành hình xuyến như dưới đây:

Hình 1-1 Mạch từ của máy biến dòng


b) Phần dây quấn
Phần dây quấn của máy biến dòng bao gồm: dây quấn sơ cấp và dây quấn
thứ cấp.
- Dây quấn nhận năng lượng từ mạch ngoài cung cấp gọi là dây quấn sơ
cấp.
- Dây quấn cung cấp năng lượng cho phụ tải gọi là dây quấn thứ cấp.
Dây quấn sơ cấp có thể có:
* Một vịng dây:

Hình 1-2 Máy biến dịng có 1 vịng dây sơ cấp
Đây là loại biến dòng dùng phổ biến trong các ứng dụng với điện áp thấp
≤ 1kV (trong các tủ điện hạ thế) hoặc trong các mạch điện tử có độ chính xác cao
(trong các cơng tơ điện tử).
Khi đó phần dây dẫn của mạch ngoài xuyên qua cửa sổ mạch từ của máy
biến dòng được xem là dây sơ cấp của máy biến dòng.


* Nhiều vịng dây:

Hình 1-3 Máy biến dịng có nhiều vòng dây sơ cấp

Đây là loại biến dòng dùng phổ biến trong các ứng dụng với điện áp trung
thế và cao thế (trong các tủ điện trung thế và các trạm điện).
Dây quấn sơ cấp sẽ bao gồm các vòng dây quấn qua cửa sổ mạch từ và
phần đầu nối sơ cấp để nối điện với lưới.
Dây quấn thứ cấp gồm nhiều vòng dây được quấn quanh cửa sổ mạch từ và
cách điện với mạch từ. Đầu ra của dây quấn thứ cấp được nối với tải. Trong trường
hợp máy biến dòng điện trung thế hoặc cao thế, dây thứ cấp được bố trí có đủ
khoảng cách với dây sơ cấp để tránh gây phóng điện từ dây sơ cấp tới dây thứ cấp.
c) Phần cách điện
Cách điện của máy biến dịng gồm có: cách điện giữa phần sơ cấp với phần
thứ cấp (hay còn gọi là cách điện giữa phần cao áp với phần hạ áp), cách điện giữa
dây sơ cấp, thứ cấp với phần khác và vật liệu cách điện chính của máy biến dịng.


Vật liệu cách điện chính của máy biến dịng có thể là dầu cách điện, epoxy,
nhựa hoặc khơng khí.
Cách điện giữa dây sơ cấp, thứ cấp với các phần khác của máy là các ghen
cách điện, băng cách điện hoặc là vật liệu cách điện chính của máy biến dịng,..
Đối với các máy biến dịng có một vịng dây sơ cấp thì cách điện giữa phần
sơ cấp và thứ cấp chính là khơng khí cịn đối với các máy biến dịng có nhiều vịng
dây sơ cấp thì cách điện giữa phần sơ cấp và thứ cấp là vật liệu cách điện chính của
máy biến dịng, sứ cách điện,...

Hình 1-4 Lõi tôn sau khi quấn cách điện trước khi quấn dây thứ cấp
1.1.1.2 Nguyên lý làm việc
Về nguyên lý làm việc cơ bản máy biến dòng giống máy biến áp nhưng nó
cũng có những đặc điểm khác:
Chế độ ngắn mạch là chế độ làm việc bình thường của máy biến dịng trong
khi đối với máy biến áp là sự cố.
Khi làm việc cuộn thứ dây thứ cấp của máy biến áp có thể để hở mạch, cịn

của máy biến dịng khơng cho phép vì như vậy sẽ sinh ra điện thế cao nguy hiểm
cho cơng nhân phục vụ và có thể gây hư hỏng cách điện của máy biến dòng.
Từ cảm của máy biến dòng thay đổi còn của máy biến áp là hằng số.


Dòng điện chạy trong cuộn thứ cấp của máy biến dịng khơng phụ thuộc vào
phụ tải mà chỉ phụ thuộc vào dòng điện sơ cấp, còn của máy biến áp hoàn toàn phụ
thuộc vào phụ tải.
Phụ tải và sai số của máy biến dịng có quan hệ với nhau.
Sơ đồ ngun lý của máy biến dịng được mơ tả như hình vẽ:

I1

I2

Z1

W1

W2,Z2

Zt

Hình 1-5 Sơ đồ ngun lý máy biến dịng
Trong đó:
• I 1 , Z 1 , w 1 - dịng điện phía sơ cấp, tổng trở phía sơ cấp và số
vịng dây sơ cấp.
• I 2 , Z 2 , w 2 - dịng điện phía thứ cấp, tổng trở phía thứ cấp và số
vịng dây thứ cấp.
• Z t - tổng trở của tải.

Xét trường hợp máy biến dòng nối với phụ tải, dây quấn sơ cấp nối với điện
áp xoay chiều hình sin. Khi đó dịng điện I 1 chạy qua dây quấn sơ cấp tạo nên từ
trường xoay chiều sinh ra từ thông Φ trong mạch từ. Từ thông Φ cảm ứng lên dây
quấn thứ cấp và sinh ra dòng điện thứ cấp I 2 . Ta có sơ đồ thay thế của máy biến
dịng:


Z 1'

Z2

I 1'

I2

I0

Z0

Ut

Zt

Hình 1-6 Sơ đồ thay thế máy biến dòng
Từ sơ đồ thay thế đẳng trị ta thấy:

I 2= I1' − I0
Chính sự có mặt của dịng từ hóa I0 đã làm cho dòng điện thứ cấp I 2 sai
khác với dòng sơ cấp I 1 quy đổi về phía thứ cấp ( I 2

=

I1 .n1
) dịng từ hóa I 0
n2

càng lớn thì sai số của máy biến dịng càng cao.
Đối với máy biến dịng lý tưởng, có thể coi dịng từ hóa nhỏ khơng đáng kể
(I0 ≈ 0) và như vậy về giá trị hiệu dụng ta có: I 1 .n 1 = I 2 .n 2
Như vậy máy biến dòng là thiết bị điện chuyển đổi dòng điện từ phía sơ cấp
sang phía thứ cấp theo tỷ lệ nghịch với số vòng dây của cuộn sơ cấp và thứ cấp.
Mặt khác từ sơ đồ thay thế của máy biến dòng ta thấy: điện áp sơ cấp được
nhân với tỷ số biến đổi

k=

I1
còn tổng trở tương đương Z 1 = z 1 .k2, trong đó z 1 là
I2

tổng trở thực của mạch sơ cấp. Thông thường tỷ số biến đổi k của máy biến dịng có
giá trị lớn (VD: k = 100/5 = 20, k = 500/5 = 100,...) vì vậy tổng trở phía sơ cấp được
nhân với hệ số k2 sẽ có giá trị rất lớn so với tổng trở mạch thứ cấp, và cho dù có
thay đổi tải phía thứ cấp trong một giới hạn rất rộng, (thậm chí để hở mạch thứ cấp
với Z 2 = ∞) cũng khơng ảnh hưởng gì đến trị số của dịng sơ cấp. Do đó máy biến


dòng được xem như một nguồn dòng điện, làm nhiệm vụ cách ly mạch thứ cấp khỏi
điện áp cao phía sơ cấp và đảm bảo dòng điện thứ cấp tiêu chuẩn (5 hoặc 1A).
Đối với máy biến dịng ta có sự phân biệt về sai số: sai số về trị số dịng

điện, sai số góc, và sai số phức hợp.

I 2R t

Et

I 0a

I 2 Xt

I 0r
I0

Ut

I2

I 1'

1

I0
Hình 1-7 Đồ thị vectơ của máy biến dòng

a) Sai số về trị số dòng điện f i : Bằng hiệu số giữa biên độ dịng điện sơ cấp
khi tính quy đổi I 1 với dòng điện thứ cấp I 2 , về trị số sai số này gần bằng thành phần
I 0a của dịng điện từ hóa chiếu lên trục (trùng pha) của dịng điện thứ cấp I 2 .
b) Sai số góc θ 1 : Bằng góc lệch pha θ giữa các vectơ dòng điện sơ cấp và
thứ cấp. Về trị số sai số góc θ 1 tỷ lệ với thành phần I 0r của dịng điện từ hóa thẳng
góc với trục của dòng điện thứ cấp I 2 .

c) Sai số phức hợp F i : Sai số phức hợp của máy biến dòng điện được định
nghĩa như trị số hiệu dụng của dòng điện thứ cấp lý tưởng với dòng điện thứ cấp
thực tế, nó bao gồm cả sai số về trị số lẫn sai số góc có xét đến ảnh hưởng của các
hài bậc cao trong dòng điện từ hóa:
T

Fi = 100.

1
(ki 2 − i1 ) 2 dt
∫
T0
I1

,%


trong đó:
•

F i - sai số phức hợp tính bằng %.

•

T - chu kỳ của dịng điện xoay chiều, s.

•

k - tỷ số biến đổi của máy biến dịng.

•

i 2 - giá trị tức thời của dịng điện thứ cấp.

•

i 1 , I 1 - tương ứng là giá trị tức thời và giá trị hiệu dụng của dòng điện
sơ cấp.

1.2

Phân loại máy biến dòng:

1.2.1 Theo điện áp làm việc của máy biến dòng
Máy biến dòng hạ thế (Uđm ≤ 1kV).
Máy biến dòng trung thế (1kV < Uđm < 110kV).
Máy biến dòng cao thế (Uđm ≥ 110kV).
1.2.2 Theo chức năng của máy biến dòng
Máy biến dòng cung cấp cho mạch đo lường.
Máy biến dòng cung cấp cho mạch bảo vệ: bảo vệ so lệch, bảo vệ chạm
đất, bảo vệ thứ tự khơng,…
Máy biến dịng hỗn hợp: cung cấp cho cả mạch đo lường và bảo vệ.
Máy biến dịng thí nghiệm (thường có cấp chính xác cao).
Máy biến dịng trung gian (dùng để cách ly thiết bị với điện áp cao).
1.2.3 Theo vị trí làm việc của máy biến dịng
Máy biến dòng sử dụng trong nhà, lắp đặt trong tủ điện.
Máy biến dịng sử dụng ngồi trời, trên đường dây, tại các trạm điện.
Máy biến dịng đặt ở các vị trí đặc biệt.

1.2.4 Theo vật liệu cách điện chính của máy biến dịng:
Máy biến dịng cách điện khí (GIS).
Máy biến dịng cách điện dầu.
Máy biến dịng cách điện khơ (Nhựa đúc, epoxy, ..).
1.2.5 Theo hình dạng bên ngồi của máy biến dịng:
Máy biến dòng kiểu sứ xuyên hay dạng cửa sổ.
Máy biến dòng kiểu thanh cái.
1.2.6 Theo tần số làm việc của máy biến dịng:
Máy biến dịng tần số cơng nghiệp.
Máy biến dòng tần số biến thiên sử dụng trên tàu thủy.
Máy biến dòng tần số cao.


2
CÁC TIÊU CHUẨN VỀ MÁY BIẾN
DÒNG VÀ CÁC YÊU CẦU VỀ ĐỘ
CHÍNH XÁC KHI VẬN HÀNH
2.1

Các tiêu chuẩn về máy biến dịng
Hiện nay trên thế giới có nhiều bộ tiêu chuẩn về thiết bị điện nói chung và

máy biến dịng nói riêng. Trong đó có thể kể đến bộ tiêu chuẩn của các tổ chức có
uy tín tên thế giới như IEEE (Institute ofElectrical and Electronics Engineers), IEC
(International Electrotechnical Commission), ANSI (American National Standards
Institute),... Ở nước ta cũng có quy định về trang bị điện, thiết bị điện nói chung, cịn
đối với máy biến dịng chúng ta có tiêu chuẩn TCVN 7691-1:2007 được viết theo nội
dung của tiêu chuẩn IEC60044-1:2003.
Đây là một bộ tiêu chuẩn áp dụng cho các máy biến dòng chế tạo mới được
sử dụng cùng với các thiết bị đo điện và thiết bị bảo vệ bằng điện có tần số nằm

trong dải 15Hz đến 100Hz.
Trong bộ tiêu chuẩn này nêu đầy đủ các quy định về máy biến dòng, từ định
nghĩa, các điều kiện vận hành, các thông số kỹ thuật, yêu cầu về thiết kế cũng như
các hạng mục thử nghiệm và các yêu cầu bổ sung đối với các loại biến dòng khác
nhau.
Trong đề tài luận văn này, tôi nghiên cứu sự ảnh hưởng của vật liệu từ vơ
định hình trong cơng nghệ chế tạo máy biến dòng tức là quan tâm đến độ chính xác


của máy biến dòng khi vận hành với lõi từ làm bằng vật liệu từ vơ định hình. Vì vậy,
chúng ta cần tìm hiểu các quy định về độ chính xác của máy biến dòng.

Trước hết, sai số của máy biến dòng được định nghĩa bao gồm sai số tỷ số
và sai số góc pha.
Sai số tỷ số là sai số của máy biến dòng gây ra trong phép đo dòng điện và
do tỷ số biến dòng thực tế khác với tỷ số biến dòng danh định. Sai số tỷ số, tính bằng
phần trăm, được xác định theo cơng thức:

Sai số tỷ số % =

( K n I 2 − I1 ) ì 100
I1

Trong ú:
ã

K n - t s bin dịng danh định,

•

I 1 - dịng điện sơ cấp thực tế,

•

I 2 - dịng điện thứ cấp thực tế khi có dịng điện sơ cấp I 1 chạy qua
trong điều kiện đo.

Sai số góc pha là độ lệch về góc pha giữa vectơ dòng điện sơ cấp và vectơ
dòng điện thứ cấp, chiều của vectơ được chọn sao cho góc lệch bằng 0 đối với máy
biến dịng lý tưởng. Góc lệch pha được coi là dương nếu vec tơ dòng thứ cấp vượt
trước vec tơ dịng sơ cấp. Góc lệch pha thường được biểu thị bằng phút hoặc
centiradian. (Định nghĩa này chỉ đúng với dịng điện hình sin)
Sai số hỗn hợp là giá trị hiệu dụng của độ lệch giữa giá trị tức thời của
dòng điện sơ cấp và giá trị tức thời của dòng điện thứ cấp nhân với tỷ số biến đổi
danh định, ứng với dấu cộng của dòng điện sơ cấp và dòng điện thứ cấp tương ứng
với quy ước về ghi nhãn đầu nối. Sai số hỗn hợp thường được biểu thị bằng phần
trăm giá trị hiệu dụng của dịng điện sơ cấp theo cơng thức:

=
εc

100 1 T
( K ni2 − i1 ) 2 dt
∫
0
I1 T

Trong đó:
•

K n - tỷ số biến đổi danh định,


•

I 1 - giá trị hiệu dụng của dòng điện sơ cấp,

•

i 1 - giá trị tức thời của dịng điện sơ cấp,

•

i 2 - giá trị tức thời của dịng điện thứ cấp,

•

T - thời gian của một chu kỳ.

2.1.1 Yêu cầu cấp chính xác đối với máy biến dịng đo lường
2.1.1.1 Ấn định cấp chính xác đối với máy biến dòng đo lường
Đối với máy biến dòng đo lường, cấp chính xác được ấn định bởi sai số
dịng điện lớn nhất cho phép tính bằng phần trăm tại giá trị dòng điện danh định đã
quy định đối với cấp chính xác tương ứng.
2.1.1.2 Cấp chính xác tiêu chuẩn
Cấp chính xác tiêu chuẩn đối với máy biến dịng đo lường là:

0,1

0,2

0,5

1

3

5

2.1.1.3 Giới hạn sai số dòng điện và độ lệch pha đối với máy biến dòng đo
lường
Đối với cấp chính xác 0,1 - 0,2 - 0,5 và 1, sai số dòng điện và độ lệch pha ở
tần số danh định không được vượt quá giá trị cho trong bảng dưới đây khi tải thứ
cấp nằm trong phạm vi 25% đến 100% tải danh định.

± phần trăm sai số ± độ lệch pha ứng với phần trăm dòng điện
Cấp

dòng điện (tỷ số) ứng danh định cho dưới đây

chính với phần trăm dòng
xác

điện danh định cho

Phút

Centi radian

dưới đây

5

20

100 120 5

20

100 120 5

0,1

0,4

0,2

0,1

0,1

15

8

5

5

0,45 0,24 0,15 0,15

0,2

0,75 0,35 0,2

0,2

30

15

10

10

0,9

0,45 0,3

0,3

0,5

1,5

0,75 0,5

0,5

90

45

30

30

2,7

1,35 0,9

0,9

1

3,0

1,5

1,0

180 90

60

60

5,4

2,7

1,8

1,0

20

100

1,8

120


Bảng 2-1 Bảng giới hạn sai số và độ lệch pha cho máy biến dịng đo lường
(cấp chính xác 0,1 đến 1)
Đối với cấp chính xác 0,2S và 0,5S, sai số dòng điện và độ lệch pha ở tần số
danh định không được vượt quá giá trị cho trong bảng dưới đây khi tải thứ cấp nằm
trong phạm vi 25% đến 100% tải danh định

± phần trăm sai số dòng ± độ lệch pha ứng với phần trăm dòng điện danh

Cấp
chính
xác

điện (tỷ số) ứng với phần định cho dưới đây
trăm dòng điện danh định
cho dưới đây

Phút

Centi radian

1

5

20

100

120

1

5

20

100

120

1

5

20

100

120

0,2S

0,75

0,35

0,2

0,2

0,2

30

15

10

10

10

0,9 0,45 0,3

0,3

0,3

0,5S

1,5

0,75

0,5

0,5

0,5

90

45

30

30

30

2,7 1,35 0,9

0,9

0,9

Bảng 2-2 Bảng giới hạn sai số và độ lệch pha cho máy biến dòng đo lường trong các ứng

dụng đặc biệt
Tải thứ cấp dùng cho mục đích thử nghiệm cần có hệ số cơng suất 0,8; đối
với tải nhỏ hơn 5VA thì hệ số cơng suất là 1,0. Trong mọi trường hợp, tải thử nghiệm
không được nhỏ hơn 1VA.
2.1.2 u cầu cấp chính xác đối với máy biến dịng bảo vệ
2.1.2.1 Hệ số giới hạn độ chính xác tiêu chuẩn
Hệ số giới hạn độ chính xác tiêu chuẩn là:

5 - 10 - 15 - 20 - 30
2.1.2.2 Cấp chính xác đối với máy biến dịng bảo vệ
a. Cấp chính xác thiết kế
Đối với máy biến dòng bảo vệ, cấp chính xác được thiết kế thơng qua phần
trăm sai số hỗn hợp lớn nhất tại giới hạn dòng sơ cấp có độ chính xác danh định đã
đề ra đối với cấp chính xác có liên quan.
b. Cấp chính xác tiêu chuẩn
Cấp chính xác tiêu chuẩn của máy biến dịng bảo vệ là 5P và 10P


c. Giới hạn sai số đối với máy biến dòng bảo vệ
Ở tần số danh định với tải danh định nối vào mạch, sai số dòng điện, độ lệch
pha và sai số hỗn hợp không được vượt quá các giá trị cho trong bảng dưới đây:

Cấp

Sai số dịng điện (tỷ

chính số) ở dòng sơ cấp

Độ lệch pha ở dòng
điện sơ cấp danh định

Centi

Sai số hỗn hợp ở dòng
điện

giới

hạn

xác

danh định %

5P

±1

± 60

± 1,8

5

10P

±3

± 60

± 1,8

10

Phút

radian

cấp

chính xác danh định %

Bảng 2-3 Bảng giới hạn sai số cho máy biến dòng bảo vệ
Tải thứ cấp dùng cho mục đích thử nghiệm cần có hệ số công suất 0,8 hoặc
1,0.
2.2

Các yêu cầu về vận hành của máy biến dòng trong hệ thống điện
Máy biến dòng trong hệ thống điện thường được lắp đặt trên cột điện, tại các

trạm hoặc trong tủ điện. Máy được đấu nối trực tiếp với điện áp trung thế, cao thế
qua các đầu nối sơ cấp (đối với các máy biến dịng lắp đặt trong tủ điện hạ thế,
thơng thường dây cáp từ nguồn đưa vào được lồng xuyên qua cửa sổ máy biến
dịng chính là dây sơ cấp), dịng điện có điện áp cao, trị số lớn phía sơ cấp sẽ được
chuyển thành dòng tiêu chuẩn để cấp điện cho các mạch đo lường và bảo vệ nối với
các đầu ra thứ cấp. Vì vậy, các hiện tượng trên đường dây (q điện áp, q dịng
điện, sóng hài, ...) sẽ ảnh hưởng trực tiếp lên máy biến dòng gây tác động khơng
mong muốn lên các thiết bị nối phía sau máy biến dịng. Do đó, u cầu đối với máy
biến dòng khi vận hành trong hệ thống điện là đảm bảo an tồn (khơng cháy, nổ) và
đạt độ chính xác cần thiết của tín hiệu đầu ra thứ cấp, tránh gây sai số khi đo lường
(đối với công tơ đo điện) hoặc tác động nhầm (đối với rơle bảo vệ).

Trong các yêu cầu trên thì yêu cầu đạt độ chính xác cần thiết khi vận hành là
yêu cầu quan trọng nhất.


2.2.1 Các yêu cầu về độ chính xác của máy biến dịng dùng cho mục đích bảo
vệ trong hệ thống điện
Các thiết bị bảo vệ phải làm việc trong điều kiện sự cố với dòng điện sơ cấp
vượt quá nhiều lần so với dòng điện danh định, tuy vậy vẫn phải đảm bảo độ chính
xác cần thiết. Trị số dịng điện sơ cấp ở đó CT cịn đảm bảo được độ chính xác u
cầu được gọi là dịng điện giới hạn theo độ chính xác. Tỷ số dịng điện giới hạn theo
độ chính xác. Tỷ số dịng điện giới hạn theo độ chính xác và dịng điện danh định gọi
là hệ số giới hạn theo độ chính xác.
Với các máy biến dịng dùng cho thiết bị bảo vệ có cấp chính xác 5P và 10P,
sai số cho phép về trị số (%) góc pha (phút) và sai số phức hợp

ε c cho trong bảng

2.3. Tương ứng với điều kiện phụ tải thứ cấp CT bằng 100% phụ tải danh định, hệ
số giới hạn tiêu chuẩn theo độ chính xác bằng 5, 10, 15, 20 và 30.
Để kiểm tra máy biến dịng khi sai số về dịng điện và góc pha đã được xác
định, phụ tải CT phải có cosφ = 0,8 (cảm kháng). Khi phụ tải bé hơn 5VA có thể cho
phép cosφ = 1. Khi hệ số giới hạn theo độ chính xác càng lớn, cơng suất đầu ra của
CT càng cao. Chẳng hạn phụ tải ở chế độ danh định là 10VA, với hệ số giới hạn
theo độ chính xác bằng 30, ở chế độ ngắn mạch cơng suất đầu ra phía thứ cấp của
CT có thể đạt đến 9000VA.
Máy biến dòng điện thường được sử dụng chung cho các dụng cụ đo lường
và thiết bị bảo vệ, vì vậy cấp chính xác của nó cần được chọn phối hợp theo các
bảng 2.1 và 2.3.
Thông số của CT dùng cho đo lường thường được ký hiệu theo phụ tải danh
định và cấp chính xác, chẳng hạn 15VA, cấp chính xác 0,5; cịn CT dùng cho bảo vệ

được ký hiệu theo phụ tải danh định, cấp chính xác và hệ số giới hạn theo độ chính
xác, chẳng hạn 30VA, cấp chính xác 5P10. Trên hình 2.1 minh họa bằng đồ thị cách
ký hiệu CT dùng cho bảo vệ theo cấp chính xác.


I 2* = I 2 / I2dd

5P20

20
Fi =5%

10P15

15
Fi =10%
10

5

5

10

15

20

I 1* = I1 / I1dd

Hình 2-1 Minh họa bằng đồ thị ký hiệu của CT dùng cho bảo vệ
Đối với bảo vệ chống chạm đất và nhiều loại bảo vệ khác, người ta quan tâm
đến sức điện động E 2 trong cuộn dây thứ cấp của máy biến dòng trong quan hệ với
dịng điện từ hóa I 2 và điểm gập (Knee-point) trên đường cong từ hóa (hình 2.2).
Điểm gập (E 2G , I 2G ) là điểm đặc trưng trên đường cong từ hóa, tại đó nếu muốn tăng
sức từ động của máy biến dịng thứ cấp lên 10% thì phải tăng dịng điện từ hóa lên
50%.


E2
0,1E2G
E 2G

G

0,5I 0G

0

I 0G

I0

Hình 2-2 Xác định điểm gập G trên đường cong từ hóa của máy biến dịng
2.2.2 Các quan hệ sai số của máy biến dòng
Đồ thị vecto của biến dịng cho ở hình 2.3. Dịng điện I 2 trùng pha với sức từ
động I 2 w 2 , còn dòng điện I 1 và sức từ động I 1 w 1 trùng pha nhau. Điện áp U 2 trên tải
do tải R 2 , X 2 tạo nên. Sức từ động E 2 gồm sụt áp trên tải U 2 và sụt áp trong cuộn
dây thứ cấp với điện trở r 2 và x 2 . Từ thơng Φ 0 sinh ra E 2 , vng góc 900 với E 2 . Sức
từ động I 0 w 1 (sức từ động từ hóa) sinh ra từ thơngΦ 0 .