Biến dòng hạ thế – Cách chọn biến dòng đo lường cho tủ điện 0,4 kV

Biến dòng hạ thế được sử dụng để đo dòng điện xoay chiều trong các tủ điện 0,4 kV, tủ phân phối, máy biến áp hạ thế, máy phát điện, động cơ và các nhánh tải công nghiệp. Thiết bị giúp giảm dòng điện lớn trên dây nguồn hoặc thanh cái về dòng thứ cấp tiêu chuẩn như 5A để kết nối với ampe kế, công tơ, power meter, relay bảo vệ hoặc bộ chuyển đổi tín hiệu.

Trong thực tế, chọn biến dòng hạ thế không chỉ là nhìn vào dòng tải rồi chọn một mã có tỷ số tương ứng. Một CT có tỷ số đúng nhưng không đủ cửa sổ cho dây dẫn, không phù hợp với thanh cái hoặc không đáp ứng burden của mạch thứ cấp vẫn có thể khiến hệ thống đo sai hoặc không thể lắp đặt.

Bài viết này tập trung vào cách chọn CT cho hệ thống hạ thế 0,4 kV, đặc biệt là các tỷ số 50/5A, 100/5A, 300/5A, 600/5A và 800/5A. Với giải pháp Seneca, người dùng có thể lựa chọn CT lõi kín TAC, CT lõi mở TAA hoặc kết hợp CT 5A với Z201-H khi cần đưa tín hiệu về PLC.

Biến dòng hạ thế là gì?

Biến dòng hạ thế là một loại máy biến dòng dùng trong các hệ thống điện có cấp điện áp thấp, phổ biến nhất là hệ thống 3 pha 380/400VAC hoặc tủ điện 0,4 kV. Trong tài liệu kỹ thuật, thiết bị thường được gọi là Current Transformer, viết tắt là CT.

Biến dòng hạ thế có hai phía chính:

• Phía sơ cấp: là dây dẫn hoặc thanh cái đang mang dòng tải lớn, chẳng hạn 50A, 100A, 300A, 600A hoặc 800A.
• Phía thứ cấp: tạo ra dòng điện nhỏ hơn theo tỷ số thiết kế, phổ biến là 5A hoặc 1A.

Ví dụ, biến dòng 100/5A có nghĩa là khi dòng điện sơ cấp đạt 100A thì dòng thứ cấp danh định đạt 5A. Nếu dòng sơ cấp thực tế là 50A thì dòng thứ cấp lý tưởng sẽ khoảng 2,5A.

Biến dòng hạ thế thường không đo trực tiếp điện áp hay công suất. Nó chỉ tạo ra tín hiệu dòng tỷ lệ với dòng điện trên dây dẫn. Muốn đo thêm điện áp, công suất, điện năng, hệ số công suất hoặc truyền dữ liệu Modbus, cần kết hợp với power meter, network analyzer hoặc bộ đo điện phù hợp.

Để hiểu thêm cấu tạo, nguyên lý cảm ứng điện từ, cực tính P1/P2 và đầu ra S1/S2, có thể xem bài biến dòng là gì.

Biến dòng hạ thế được dùng ở đâu?

Phạm vi ứng dụng của biến dòng hạ thế khá rộng vì hầu hết các hệ thống phân phối điện công nghiệp đều cần đo, hiển thị hoặc giám sát dòng điện.

• Tủ điện tổng MSB, MDB và tủ phân phối DB.
• Tủ điện điều khiển động cơ, máy bơm, quạt và máy nén.
• Đầu ra hạ thế của máy biến áp.
• Máy phát điện và hệ thống ATS.
• Tủ bù công suất phản kháng.
• Hệ thống giám sát tiêu thụ điện năng.
• Đo dòng từng nhánh tải trong nhà máy.
• Đưa tín hiệu dòng về PLC, SCADA hoặc datalogger.
• Kết nối với ampe kế, công tơ điện, relay và bộ phân tích điện.

Với mạch hạ thế, CT có thể được lắp trên cáp đơn, cáp nhiều lõi hoặc thanh cái. Tuy nhiên, phải bảo đảm dây dẫn cần đo đi qua đúng cửa sổ của CT và không đưa đồng thời dây đi cùng dây về qua cùng một biến dòng.

Cách chọn tỷ số biến dòng 50/5A, 100/5A đến 800/5A

Tỷ số biến dòng thể hiện mối quan hệ giữa dòng sơ cấp và dòng thứ cấp. Khi chọn CT hạ thế, cần xác định dòng vận hành liên tục, dòng lớn nhất dự kiến và loại thiết bị nhận tín hiệu phía thứ cấp.

Công thức tính dòng thứ cấp có thể viết như sau:

I₂ = I₁ × 5 / Iđm

Trong đó:

• I₁: dòng điện sơ cấp thực tế.
• I₂: dòng điện thứ cấp của CT.
• Iđm: dòng sơ cấp danh định của biến dòng.

Biến dòng 50/5A

Biến dòng 50/5A phù hợp với các nhánh tải có dòng vận hành khoảng vài chục ampere. Đây thường là các nhánh cấp cho máy bơm nhỏ, quạt, tủ điều khiển máy hoặc các tải phụ trong nhà máy.

Với dòng Seneca TAC, tỷ số 50/5A thuộc nhóm TAC-3010. Cửa sổ CT khoảng Ø22 mm hoặc thanh cái tối đa khoảng 30 × 10 mm tùy cấu hình. Trước khi chọn cần đo đường kính ngoài của cáp, không chỉ nhìn tiết diện danh nghĩa trên bản vẽ.

Biến dòng 100/5A

100/5A là một trong các tỷ số phổ biến nhất cho tủ điện hạ thế. Tỷ số này có thể xuất hiện ở nhiều kích thước CT khác nhau. Vì vậy, cùng là 100/5A nhưng có thể phải chọn model khác nhau tùy đường kính dây, kích thước thanh cái và yêu cầu cấp chính xác.

Với Seneca TAC, tỷ số 100/5A có thể gặp ở cả TAC-3010 và TAC-4010. Nếu cáp nhỏ, không gian tủ hạn chế và Class 1 đáp ứng yêu cầu, TAC-3010 là hướng gọn hơn. Nếu cáp lớn hơn hoặc cần cửa sổ khoảng Ø32 mm, có thể đánh giá TAC-4010.

Biến dòng 300/5A

Biến dòng 300/5A thường được dùng cho các nhánh tải lớn, tủ phân phối, máy nén, motor công suất lớn hoặc đầu ra máy biến áp hạ thế.

Cần lưu ý rằng tỷ số 300/5A không phải lúc nào cũng có trong dòng CT lõi kín TAC. Với Seneca, TAC-3010 và TAC-4010 có các tỷ số như 50/5A, 100/5A, 150/5A, 250/5A, 400/5A, 500/5A, 600/5A và 800/5A tùy order code. Khi bắt buộc dùng đúng 300/5A, nên kiểm tra dòng TAA lõi mở hoặc một model CT khác có sẵn đúng tỷ số.

Nếu tủ đã vận hành và không thể tháo đầu cáp, TAA 300/5A thường thuận tiện hơn vì có thể mở lõi và kẹp quanh dây dẫn hiện hữu.

Biến dòng 600/5A

Biến dòng 600/5A thường xuất hiện ở tủ điện tổng, máy phát điện, đầu ra máy biến áp hoặc các nhánh cấp nguồn cho tải lớn. Với tỷ số này, kích thước cáp và thanh cái thường quan trọng hơn việc lựa chọn giữa các thương hiệu.

Seneca TAC-4010 có phiên bản 600/5A với cửa cáp khoảng Ø32 mm hoặc thanh cái 40 × 10 mm. Nếu thanh cái lớn hơn giới hạn này, cần chuyển sang CT lõi mở có cửa sổ lớn hơn hoặc xem xét cuộn Rogowski.

Biến dòng 800/5A

Biến dòng 800/5A dùng cho các hệ thống dòng lớn trong tủ tổng, máy phát điện, máy biến áp hoặc dây chuyền có công suất cao. Không nên chọn CT 800/5A chỉ vì muốn dự phòng nhiều dòng hơn nếu tải thực tế thường xuyên chỉ ở mức thấp.

Seneca TAC-4010 có phiên bản 800/5A. Tuy nhiên, cần kiểm tra cáp có lọt qua cửa Ø32 mm hay thanh cái có nằm trong giới hạn 40 × 10 mm hay không. Nếu không đủ không gian, TAA hoặc Rogowski có thể phù hợp hơn.

Chọn biến dòng hạ thế theo đường kính dây và thanh cái

Sau khi xác định tỷ số, bước tiếp theo là kiểm tra kích thước cơ khí. Đây là nguyên nhân phổ biến khiến một CT đúng về thông số điện nhưng không thể lắp vào tủ.

Đo đường kính ngoài của cáp

Với cáp tròn, cần đo đường kính ngoài thực tế của toàn bộ lớp vỏ cáp. Không nên chỉ lấy tiết diện ruột dẫn để suy ra đường kính. Cáp có cùng tiết diện đồng nhưng khác loại cách điện, số lớp bảo vệ hoặc kết cấu có thể có đường kính ngoài khác nhau.

Cửa sổ CT phải lớn hơn đường kính thực tế của cáp và vẫn có đủ khoảng hở để lắp đặt an toàn. Không nên cố ép cáp qua cửa sổ hoặc làm biến dạng vỏ cáp.

Đo kích thước thanh cái

Với thanh cái, cần ghi rõ hai kích thước theo dạng rộng × dày, chẳng hạn 30 × 10 mm hoặc 40 × 10 mm. Ngoài kích thước thanh cái, cần kiểm tra khoảng cách giữa các pha và không gian để cố định CT.

Không nên chỉ hỏi “thanh cái 400A” vì dòng định mức không cho biết kích thước cơ khí. Hai thanh cái cùng tải 400A có thể có chiều rộng và chiều dày khác nhau.

Có thể xem chi tiết các lựa chọn tại trang biến dòng Seneca TAC và biến dòng Seneca TAA.

Chọn theo công suất VA và cấp chính xác

Thông số VA của biến dòng là khả năng chịu tải của mạch thứ cấp tại dòng định mức. Burden của toàn mạch gồm điện trở dây dẫn, đầu vào ampe kế, công tơ, relay hoặc bộ chuyển đổi tín hiệu.

Chuỗi thực tế có thể gồm:

CT → dây thứ cấp → ampe kế / power meter / relay / converter

Nếu tổng burden của các thiết bị và dây dẫn vượt quá khả năng của CT, sai số đo có thể tăng. Với dây thứ cấp đi xa, cần quan tâm đến tiết diện dây, chiều dài dây và vị trí đặt bộ chuyển đổi.

Cấp chính xác cũng phải được chọn theo mục đích sử dụng:

• Đo giám sát thông thường: có thể dùng cấp chính xác phù hợp với yêu cầu hiển thị và quản lý năng lượng.
• Đo điện năng hoặc phân bổ chi phí: cần kiểm tra kỹ cấp chính xác của CT và power meter.
• Relay bảo vệ: phải chọn CT bảo vệ theo yêu cầu của relay, không tự thay bằng CT đo lường.

Không nên xem VA càng lớn thì CT càng tốt trong mọi ứng dụng. Cần chọn đúng theo tải thực tế của mạch thứ cấp và yêu cầu độ chính xác. Nếu cần biến dòng cho relay bảo vệ, hãy xem thêm bài biến dòng bảo vệ.

Biến dòng hạ thế lõi kín TAC hay lõi mở TAA?

Khi nào dùng Seneca TAC?

Seneca TAC là dòng biến dòng lõi kín. Dây dẫn hoặc thanh cái phải được luồn qua cửa sổ CT trong quá trình lắp đặt.

TAC phù hợp với:

• Tủ điện mới đang thi công.
• Tủ có thể tháo đầu cáp trước khi lắp CT.
• Hệ thống cần kết cấu gọn, cố định và dễ bố trí.
• Cáp hoặc thanh cái có kích thước nằm trong cửa sổ CT.
• Ứng dụng đo dòng bằng power meter hoặc bộ chuyển đổi CT 5A.

Ưu điểm của TAC là kết cấu đơn giản, kích thước gọn và phù hợp với các tủ điện mới. Nhược điểm là không thuận tiện khi lắp bổ sung vào dây dẫn đã đấu hoàn chỉnh.

Khi nào dùng Seneca TAA?

Seneca TAA là dòng biến dòng lõi mở. Phần lõi có thể mở ra để đặt quanh dây dẫn hoặc thanh cái hiện hữu rồi đóng lại.

TAA phù hợp với:

• Tủ điện đang vận hành.
• Không muốn tháo đầu cáp hoặc thanh cái.
• Cần retrofit thêm chức năng đo dòng.
• Dây dẫn có kích thước lớn hơn cửa sổ CT lõi kín.
• Cần tỷ số 300/5A hoặc các tỷ số không có trong TAC.
• Vị trí lắp đặt hạn chế thao tác tháo dây.

Không có loại nào luôn tốt hơn loại còn lại. TAC phù hợp với tủ mới; TAA phù hợp với tủ hiện hữu. Quyết định nên dựa trên điều kiện lắp đặt, không chỉ dựa trên giá hoặc tỷ số dòng.

Nếu cần tìm hiểu sâu hơn về CT lõi mở và cách lắp không tháo dây, xem bài biến dòng dạng kẹp.

Đưa tín hiệu biến dòng 5A về PLC bằng Z201-H

PLC thông thường không nhận trực tiếp dòng AC 5A từ biến dòng. Các ngõ vào analog phổ biến của PLC thường là 4–20mA, 0–10V hoặc một chuẩn tín hiệu điện áp thấp khác.

Vì vậy, với hệ thống dùng CT hạ thế có đầu ra 5A, chuỗi kết nối phù hợp là:

Tải AC → TAC/TAA → 5A → Z201-H → 4–20mA → PLC

Seneca Z201-H nhận dòng AC 0–5A hoặc 0–10A và chuyển thành 4–20mA, 0–20mA, 0–5V, 1–5V, 0–10V hoặc 2–10V tùy cấu hình.

Ví dụ với CT 100/5A:

• 0A sơ cấp tương ứng khoảng 0A thứ cấp và 4mA đầu ra.
• 50A sơ cấp tương ứng khoảng 2,5A thứ cấp và 12mA đầu ra.
• 100A sơ cấp tương ứng 5A thứ cấp và 20mA đầu ra.

Trong PLC, chỉ cần scale tín hiệu 4–20mA thành dải 0–100A. Với CT 600/5A, dải scale tương ứng là 0–600A; với CT 800/5A, dải scale là 0–800A.

Z201-H phù hợp khi tủ có nguồn 85–265VAC/VDC. Nếu tủ chỉ có nguồn 24VDC, nên đánh giá model Seneca Z201 có dải nguồn phù hợp hơn.

Cách lắp biến dòng hạ thế đúng

Chỉ đưa một dây cần đo qua CT

Với mạch AC, chỉ đưa một dây pha hoặc một thanh cái cần đo qua cửa sổ biến dòng. Không luồn đồng thời dây đi và dây về qua cùng một CT vì từ trường của hai dòng điện ngược chiều có thể triệt tiêu lẫn nhau, khiến kết quả đo sai hoặc gần bằng 0.

Giữ đúng chiều P1/P2

Khi hệ thống chỉ cần đo trị số dòng, cực tính có thể không phải yếu tố duy nhất. Tuy nhiên, với power meter, đo công suất hoặc hệ thống nhiều pha, cần lắp đúng chiều P1/P2 hoặc hướng mũi tên của CT.

Đấu đúng S1/S2

Đầu S1/S2 phải được đấu vào thiết bị nhận dòng 5A theo đúng sơ đồ. Với hệ thống đo công suất, đảo cực tính CT có thể làm sai chiều công suất hoặc ảnh hưởng đến kết quả tính toán.

Không để hở mạch thứ cấp

Đây là yêu cầu an toàn quan trọng nhất khi làm việc với biến dòng. Nếu phía sơ cấp đang có dòng mà S1/S2 bị hở, điện áp nguy hiểm có thể xuất hiện ở phía thứ cấp. Việc đấu nối và bảo trì phải do người có chuyên môn thực hiện theo quy trình của tủ điện.

Biến dòng hạ thế và các giải pháp thay thế

CT 5A phù hợp khi hệ thống đã có ampe kế, power meter hoặc relay nhận đầu vào CT. Tuy nhiên, không phải trường hợp nào cũng nên dùng CT truyền thống.

• Cần tín hiệu 4–20mA trực tiếp: có thể dùng current transducer Seneca T201 hoặc T201DCH.
• Cần đo DC: dùng cảm biến Hall hoặc cảm biến dòng DC, không dùng CT AC truyền thống.
• Cần AC/DC, 0–10V hoặc Modbus: xem dòng Seneca T201DCH.
• Dòng rất lớn, thanh cái nhiều lớp hoặc vị trí khó lắp: cân nhắc cuộn Rogowski và bộ xử lý tín hiệu.
• Cần đo điện năng, công suất và hệ số công suất: dùng power meter hoặc bộ phân tích điện như Seneca Z203-2.

Có thể xem thêm bài tổng quan cảm biến dòng điện AC/DC, bài cảm biến dòng AC hoặc cảm biến dòng DC để chọn giải pháp có ngõ ra analog hoặc Modbus trực tiếp.

Tài liệu và liên kết ngoài từ Seneca

Thông số tỷ số biến dòng, kích thước cửa sổ, cấp chính xác và order code có thể thay đổi theo từng series hoặc phiên bản sản phẩm. Khi cần xác nhận model trước khi đặt hàng, nên đối chiếu thêm tài liệu trực tiếp từ nhà sản xuất:

• Danh mục Seneca TAA và TAC – Current Transformers
• Seneca CT Openable – Biến dòng lõi mở TAA
• Seneca CT Closed – Biến dòng lõi kín TAC
• Seneca TAC-3010 – CT lõi kín cửa sổ nhỏ
• Seneca TAC-4010 – CT lõi kín cho dòng lớn
• Seneca Rogowski Current Sensors – Giải pháp đo dòng lớn
• Seneca T201 Current Transducers – Cảm biến dòng xuất tín hiệu trực tiếp
• Seneca Energy Measurement Converters – Bộ chuyển đổi tín hiệu đo điện

Thông tin trên website Seneca được dùng để tham khảo việc phân loại sản phẩm và đối chiếu thông số. Khi đặt hàng, cần xác nhận lại đúng tỷ số CT, cấp chính xác, burden VA, kích thước dây hoặc thanh cái và điều kiện lắp đặt.

Giá biến dòng hạ thế phụ thuộc vào yếu tố nào?

Giá biến dòng hạ thế phụ thuộc vào tỷ số dòng, loại lõi, kích thước cửa sổ, cấp chính xác, burden, thương hiệu và số lượng cần sử dụng.

CT lõi kín như Seneca TAC thường có kết cấu gọn và giá dễ dự toán hơn. CT lõi mở TAA có thể có giá cao hơn khi cần cửa sổ lớn, tỷ số cao hoặc yêu cầu lắp retrofit. Với mục đích lập ngân sách ban đầu, một số model Seneca TAC có thể nằm trong khoảng khoảng 900.000–1.600.000 đồng/CT. Đây chỉ là khoảng tham khảo; giá thực tế cần xác nhận theo order code và thời điểm nhập hàng.

Khi hỏi giá biến dòng 300/5A, 600/5A hoặc 800/5A, nên gửi đồng thời các thông tin sau:

• Dòng tải vận hành và dòng lớn nhất.
• Tỷ số CT mong muốn.
• Đường kính ngoài của cáp.
• Kích thước thanh cái rộng × dày.
• Tủ mới hay tủ đang vận hành.
• Thiết bị nhận tín hiệu: ampe kế, power meter, relay, PLC hoặc SCADA.
• Yêu cầu ngõ ra 5A, 4–20mA, 0–10V hay Modbus.

Câu hỏi thường gặp về biến dòng hạ thế

Biến dòng hạ thế 0,4 kV có đo được dòng DC không?

Không. CT truyền thống sử dụng nguyên lý cảm ứng điện từ nên phù hợp với dòng AC. Nếu cần đo dòng DC, nên dùng cảm biến Hall hoặc current transducer hỗ trợ DC.

Biến dòng 300/5A nên chọn TAC hay TAA?

Nếu cần đúng tỷ số 300/5A, nên kiểm tra family TAA hoặc model có order code tương ứng. Với tủ đang vận hành, TAA lõi mở thường thuận tiện hơn. Không nên mặc định chọn TAC nếu tỷ số hoặc kích thước không có sẵn.

Biến dòng 600/5A và 800/5A có dùng được cho thanh cái không?

Có, nếu kích thước thanh cái nằm trong giới hạn cửa sổ của CT. Với Seneca TAC-4010, cần kiểm tra thanh cái khoảng 40 × 10 mm hoặc cáp lọt qua cửa Ø32 mm. Nếu lớn hơn, cần xem TAA hoặc Rogowski.

Có đấu biến dòng 5A trực tiếp vào PLC được không?

Thông thường không. PLC thường nhận 4–20mA hoặc 0–10V thay vì dòng AC 5A. Cần dùng Z201-H hoặc bộ chuyển đổi tương thích để chuyển tín hiệu CT 5A về chuẩn analog.

TAC và TAA loại nào tốt hơn?

TAC phù hợp với tủ mới hoặc hệ thống có thể luồn dây qua CT. TAA phù hợp với tủ đang vận hành, không muốn tháo đầu cáp. Việc chọn loại nào phụ thuộc điều kiện lắp đặt thực tế.

Kết luận

Để chọn đúng biến dòng hạ thế cho tủ điện 0,4 kV, cần thực hiện theo thứ tự: xác định dòng tải, chọn tỷ số CT, đo đường kính dây hoặc kích thước thanh cái, kiểm tra burden VA và cấp chính xác, sau đó mới chọn CT lõi kín TAC hoặc CT lõi mở TAA.

Với tủ mới, Seneca TAC là lựa chọn gọn cho các tỷ số từ 50/5A đến 800/5A tùy series. Với tủ đang vận hành hoặc cần tỷ số 300/5A, Seneca TAA lõi mở thường thuận tiện hơn. Nếu cần đưa tín hiệu thứ cấp 5A về PLC, hãy bổ sung Z201-H để chuyển sang 4–20mA hoặc tín hiệu analog tương thích.

Chịu trách nhiệm nội dung:

Lê Quân Đạt – Kỹ sư Tự động hóa

Phụ trách biên soạn và kiểm tra nội dung kỹ thuật về cảm biến đo lường, xử lý tín hiệu và truyền dữ liệu trong công nghiệp.

• Điện thoại: 0886 088 496
• Email: datle.huphaco@gmail.com
• Website: Chuyendoitinhieu.vn