Biến dòng đo lường là gì? Cấp chính xác, tỷ số CT và cách chọn

Biến dòng đo lường hay Metering Current Transformer là loại CT được thiết kế để biến đổi dòng điện AC lớn trên dây dẫn hoặc thanh cái thành dòng thứ cấp nhỏ, tiêu chuẩn và tỷ lệ với dòng sơ cấp. Giá trị thứ cấp phổ biến là 5A hoặc 1A để đưa vào ampe kế, công tơ điện, power meter, bộ phân tích điện hoặc bộ chuyển đổi tín hiệu.

Trong thực tế, chọn biến dòng đo lường không đơn giản chỉ là chọn đúng tỷ số 100/5A, 300/5A hay 600/5A. Một CT có tỷ số đúng nhưng sai cấp chính xác, burden không phù hợp hoặc cửa sổ quá nhỏ cho dây dẫn vẫn có thể làm hệ thống đo sai hoặc không thể lắp đặt.

Bài viết này tập trung vào bốn thông số quan trọng nhất của CT đo lường: tỷ số CT, cấp chính xác, công suất VA/burden và điều kiện lắp đặt. Nếu cần xem cấu tạo và nguyên lý tổng quát trước, có thể tham khảo bài biến dòng là gì.

Biến dòng đo lường là gì?

Biến dòng đo lường là current transformer được tối ưu cho nhiệm vụ đo dòng điện trong vùng làm việc bình thường của hệ thống. CT tạo ra dòng thứ cấp tỷ lệ với dòng điện chạy qua phía sơ cấp để thiết bị đo có thể giám sát dòng điện mà không phải đưa trực tiếp hàng trăm hoặc hàng nghìn ampere vào đồng hồ.

Ví dụ với một biến dòng đo lường 100/5A:

• Dòng sơ cấp danh định: 100A.
• Dòng thứ cấp danh định: 5A.
• Tỷ số biến đổi: 20:1.
• Khi sơ cấp khoảng 50A, thứ cấp lý tưởng khoảng 2,5A.
• Khi sơ cấp đạt 100A, thứ cấp đạt khoảng 5A.

Nhờ đó, cùng một power meter hoặc ampe kế có đầu vào 5A có thể sử dụng với nhiều mức dòng khác nhau chỉ bằng cách thay đổi tỷ số của CT đo lường và cấu hình đúng tỷ số trong thiết bị nhận.

Trong hệ thống hạ thế, biến dòng đo lường thường xuất hiện tại tủ MSB, MDB, DB, tủ máy phát điện, đầu ra máy biến áp, tủ động lực, tủ bù và các hệ thống quản lý năng lượng. Xem thêm hướng dẫn chuyên biệt tại bài biến dòng hạ thế.

Biến dòng đo lường khác biến dòng bảo vệ như thế nào?

Đây là điểm rất dễ nhầm. Biến dòng đo lường và biến dòng bảo vệ đều có thể có tỷ số như 100/5A, 300/5A hoặc 600/5A, nhưng mục tiêu thiết kế không giống nhau.

Vì vậy, không nên thấy cùng đầu ra 5A rồi dùng CT đo lường thay cho CT bảo vệ. Đối với mạch protection, cần chọn đúng thông số theo relay, dòng ngắn mạch, ALF và thiết kế bảo vệ của hệ thống.

Cấp chính xác của biến dòng đo lường là gì?

Cấp chính xác của biến dòng đo lường hay accuracy class thể hiện giới hạn sai số mà CT phải đáp ứng trong những điều kiện quy định. Các class thường gặp gồm 0.1, 0.2, 0.5 và 1.

Hiểu đơn giản, con số class càng nhỏ thì yêu cầu đối với sai số càng nghiêm ngặt. Tuy nhiên, không nên hiểu rằng CT Class 0.5 luôn sai đúng 0,5% tại mọi mức dòng. Giới hạn sai số còn liên quan đến phần trăm dòng định mức, burden và điều kiện thử theo tiêu chuẩn.

Class 0.5 của biến dòng đo lường

Class 0.5 là mức rất phổ biến trong các hệ thống đo lường công nghiệp. Với nhiều ứng dụng giám sát dòng điện, power meter và quản lý năng lượng, biến dòng đo lường Class 0.5 cho độ chính xác phù hợp mà không làm chi phí hệ thống tăng quá cao.

Theo các yêu cầu đo lường của IEC, Class 0.5 có giới hạn sai số dòng chặt hơn khi CT làm việc gần dòng định mức và cho phép sai số lớn hơn khi dòng chỉ còn một tỷ lệ nhỏ của định mức. Đây cũng là lý do không nên chọn CT có dòng sơ cấp quá lớn so với dòng vận hành thực tế.

Class 1 dùng khi nào?

Biến dòng đo lường Class 1 có thể phù hợp với các ứng dụng hiển thị và giám sát dòng điện thông thường, nơi yêu cầu chính là theo dõi tình trạng tải thay vì đo điện năng với độ chính xác cao.

Ví dụ, một ampe kế trên mặt tủ chỉ dùng để kiểm tra động cơ đang chạy khoảng bao nhiêu ampere có thể không cần Class 0.2. Trong khi đó, hệ thống phân bổ điện năng giữa nhiều khu vực lại cần xem xét Class 0.5, 0.2 hoặc yêu cầu cao hơn tùy mục tiêu đo.

Class 0.2 và 0.2S, 0.5S khác nhau thế nào?

Class 0.2 được dùng khi yêu cầu phép đo tốt hơn Class 0.5. Các class có hậu tố S như 0.2S hoặc 0.5S được thiết kế để kiểm soát độ chính xác tốt hơn ở vùng dòng thấp, phù hợp với một số hệ thống đo điện năng có dải tải thay đổi lớn.

Không nên chọn class chỉ dựa trên suy nghĩ “số càng nhỏ càng tốt”. CT, meter, burden và toàn bộ chuỗi đo đều phải tương thích. Nếu power meter có độ chính xác thấp hơn nhiều so với CT thì việc tăng chi phí cho biến dòng đo lường cấp rất cao có thể không mang lại nhiều giá trị cho toàn hệ thống.

Các yêu cầu đối với current transformer hiện được quy định trong IEC 61869-2 – Current Transformers.

Tỷ số CT của biến dòng đo lường là gì?

Tỷ số biến dòng đo lường thể hiện quan hệ giữa dòng sơ cấp danh định và dòng thứ cấp danh định. Các tỷ số quen thuộc gồm 50/5A, 100/5A, 150/5A, 300/5A, 600/5A và 800/5A.

Có thể tính gần đúng dòng thứ cấp bằng:

I₂ = I₁ × I₂đm / I₁đm

Với CT thứ cấp 5A:

I₂ = I₁ × 5 / Iđm

Nếu cần xem riêng các tỷ số thứ cấp 5A, có thể tham khảo trang biến dòng 5A – CT 50/5A đến 800/5A.

Cách chọn tỷ số biến dòng đo lường

Nguyên tắc quan trọng là chọn tỷ số CT đo lường đủ cho dòng tải lớn nhất nhưng không nên dư quá nhiều. Ví dụ tải thường xuyên khoảng 70–85A và dòng lớn nhất dự kiến dưới 100A thì CT 100/5A thường hợp lý hơn 300/5A.

Nếu sử dụng 300/5A cho một tải chỉ chạy 30–50A, CT thường xuyên hoạt động ở vùng rất thấp so với dòng định mức. Khi đó sai số của toàn phép đo có thể lớn hơn so với việc sử dụng một tỷ số phù hợp hơn.

Ví dụ chọn CT cho tải 85A

Với tải vận hành khoảng 70–85A và có thể tăng đến gần 95A, có thể đánh giá CT đo lường 100/5A.

Khi dòng sơ cấp là 80A:

I₂ = 80 × 5 / 100 = 4A

Power meter sẽ nhận khoảng 4A và quy đổi về khoảng 80A khi được cấu hình đúng tỷ số 100/5A.

Có nên dự phòng tỷ số CT thật lớn?

Không nên chọn biến dòng đo lường lớn hơn nhiều lần dòng tải chỉ để “dự phòng”. Dự phòng hợp lý là cần thiết, nhưng tỷ số quá lớn sẽ đẩy vùng vận hành thực tế xuống thấp và không có lợi cho chất lượng phép đo.

Khi chưa biết nên chọn 100/5A, 150/5A hay 200/5A, hãy kiểm tra dòng vận hành bình thường, dòng lớn nhất, khả năng mở rộng tải và dải dòng mà hệ thống cần đo chính xác.

Burden và công suất VA của biến dòng đo lường

Một thông số khác thường bị bỏ qua là burden của biến dòng đo lường. Burden là tải mà mạch thứ cấp CT phải cấp, bao gồm thiết bị nhận tín hiệu và điện trở của dây dẫn.

Ví dụ chuỗi đo:

CT → dây thứ cấp → power meter

hoặc:

CT → dây thứ cấp → bộ chuyển đổi 5A/4–20mA → PLC

CT có thể được ghi 1VA, 1.5VA, 2VA, 5VA, 10VA hoặc một mức khác. Tổng burden của mạch không nên vượt quá khả năng mà nhà sản xuất quy định nếu muốn duy trì đặc tính đo mong muốn.

Vì sao dây thứ cấp dài làm tăng burden?

Dây dẫn có điện trở. Công suất tiêu tán trên dây liên quan đến bình phương dòng điện theo:

P = I²R

Vì vậy, với CT thứ cấp 5A, một đoạn dây dài hoặc tiết diện quá nhỏ có thể tạo burden đáng kể. Đây cũng là lý do hệ thống có khoảng cách truyền xa đôi khi ưu tiên CT thứ cấp 1A hoặc chuyển tín hiệu gần CT sang 4–20mA/Modbus thay vì kéo dòng 5A đi quá xa.

FS trên biến dòng đo lường có ý nghĩa gì?

Trên một số biến dòng đo lường có thông số FS – Instrument Security Factor hoặc Safety Factor. Ví dụ FS5.

FS liên quan đến khả năng giới hạn dòng thứ cấp khi dòng sơ cấp tăng cao, qua đó hỗ trợ giảm mức dòng quá lớn truyền tới thiết bị đo trong các điều kiện quy định. Đây là đặc điểm quan trọng của CT đo lường và khác với cách CT bảo vệ được thiết kế để vẫn tái tạo dòng sự cố cho relay.

Ví dụ, tài liệu dòng TAA/TAC của Seneca nêu hệ số an toàn FS ≤5 cho nhiều model đo lường. Thông số cụ thể cần được kiểm tra theo đúng order code trước khi sử dụng.

CT thứ cấp 5A hay 1A?

Biến dòng đo lường 5A rất phổ biến trong các tủ điện công nghiệp vì nhiều ampe kế, công tơ và power meter hỗ trợ trực tiếp đầu vào 5A. Tuy nhiên, thứ cấp 1A có lợi thế khi khoảng cách từ CT đến thiết bị đo dài.

Việc chọn 1A hay 5A cuối cùng phải dựa trên đầu vào của meter, khoảng cách dây và cấu trúc hệ thống hiện hữu.

Chọn CT đo lường lõi kín hay lõi mở?

Sau khi xác định tỷ số và cấp chính xác, cần chọn cấu trúc cơ khí của biến dòng đo lường.

CT lõi kín

CT lõi kín phù hợp với tủ điện mới hoặc hệ thống có thể tháo dây để luồn qua cửa sổ CT. Thiết kế kín có cấu trúc đơn giản, chắc chắn và thường kinh tế.

Seneca TAC là một ví dụ. TAC-3010 có cửa cáp khoảng Ø22mm hoặc thanh cái 30 × 10mm; một số phiên bản dùng Class 1. TAC-4010 có cửa khoảng Ø32mm hoặc thanh cái 40 × 10mm và nhiều tỷ số dòng lớn hơn. Khi chọn cần đối chiếu đúng datasheet của model.

CT lõi mở

CT lõi mở có thể tách lõi để lắp quanh dây dẫn đang có mà không cần tháo đầu cáp. Đây là lựa chọn phù hợp cho retrofit, bổ sung giám sát dòng cho tủ đang vận hành hoặc vị trí khó thao tác.

Dòng Seneca TAA có nhiều kích thước cửa sổ và tỷ số, trong đó TAA-2030 có các tỷ số 100/5A đến 400/5A, Class 0.5 và thứ cấp 5A. Các model cửa lớn hơn có thể hỗ trợ tỷ số đến 800/5A hoặc 1000/5A tùy phiên bản.

Xem thêm bài biến dòng dạng kẹp – CT lõi mở đo dòng không tháo dây.

Cách lắp biến dòng đo lường đúng

Chỉ đưa một dây cần đo qua CT

Với phép đo dòng tải AC thông thường, chỉ đưa một dây pha hoặc một thanh cái qua cửa sổ biến dòng đo lường. Không đưa đồng thời dây đi và dây về của cùng mạch qua CT vì từ trường ngược chiều có thể triệt tiêu, khiến giá trị đo rất nhỏ hoặc gần bằng 0.

Giữ đúng chiều P1 – P2

P1 và P2 xác định chiều phía sơ cấp của CT. Trong cách bố trí phổ biến, P1 hướng về phía nguồn và P2 hướng về phía tải theo quy ước thiết kế.

Với phép đo công suất, điện năng hoặc hệ thống ba pha, chiều CT rất quan trọng. Lắp ngược cực tính có thể dẫn đến sai dấu công suất hoặc kết quả tổng hợp không đúng.

Đấu đúng S1 – S2

S1 và S2 là hai cực phía thứ cấp. Chúng phải được đấu vào đầu vào CT tương ứng của ampe kế, power meter, công tơ hoặc converter.

Nếu cần chọn CT riêng cho công tơ, xem bài chọn biến dòng cho công tơ điện – cách chọn tỷ số và cấp chính xác.

Không để hở mạch thứ cấp CT

Đây là lưu ý an toàn đặc biệt quan trọng. Khi phía sơ cấp của CT đang có dòng, không được tùy tiện tháo S1/S2 khiến mạch thứ cấp bị hở. Điện áp cao nguy hiểm có thể xuất hiện trên phía thứ cấp và gây rủi ro cho người thao tác cũng như cách điện của CT.

Khi cần tháo meter hoặc thiết bị phía sau, mạch thứ cấp CT phải được xử lý theo đúng quy trình shorting và quy định an toàn điện của hệ thống.

Biến dòng đo lường có đấu trực tiếp vào PLC được không?

Thông thường không nếu đang sử dụng biến dòng 5A truyền thống. Analog Input của PLC thường nhận 4–20mA, 0–10V hoặc một mức tín hiệu thấp khác chứ không nhận trực tiếp dòng AC 5A.

Chuỗi đúng có thể là:

Biến dòng đo lường → 5A AC → bộ chuyển đổi → 4–20mA → PLC

Ví dụ có thể dùng CT TAA/TAC kết hợp bộ chuyển đổi tín hiệu điện phù hợp. Nếu mục tiêu ngay từ đầu là đưa dòng về PLC, cũng có thể đánh giá các cảm biến dòng điện AC/DC có ngõ ra 4–20mA, 0–10V hoặc Modbus thay vì xây dựng chuỗi CT 5A truyền thống.

7 bước chọn biến dòng đo lường

Để chọn biến dòng đo lường cho tủ điện thực tế, có thể thực hiện lần lượt theo bảy bước sau.

1. Xác định dòng tải: ghi nhận dòng vận hành bình thường và dòng lớn nhất dự kiến.
2. Chọn tỷ số CT: 50/5A, 100/5A, 300/5A, 600/5A… sao cho phù hợp dải tải.
3. Xác định cấp chính xác: Class 1, 0.5, 0.2 hoặc theo yêu cầu hệ thống đo.
4. Tính burden: bao gồm meter, converter, dây dẫn và terminal.
5. Đo kích thước dây hoặc thanh cái: không chọn chỉ dựa vào dòng điện.
6. Chọn lõi kín/lõi mở: tủ mới ưu tiên lõi kín; retrofit ưu tiên lõi mở nếu phù hợp.
7. Kiểm tra thiết bị nhận: 5A, 1A, 4–20mA, 0–10V hay Modbus.

Nếu đang chọn CT hạ thế theo kích thước cáp và thanh cái, xem thêm biến dòng hạ thế cho tủ điện 0,4kV.

Ví dụ lựa chọn Seneca TAA và TAC cho đo lường

Dòng Seneca TAA/TAC được hãng phát triển cho phép đo dòng kết hợp với network analyzer, energy meter và converter đo điện. Dòng thứ cấp phổ biến là 5A.

Thông tin sản phẩm có thể đối chiếu trực tiếp tại Seneca TAA-2030 – Openable Current Transformer và Seneca TAC-4010 – Closed Current Transformer.

Câu hỏi thường gặp về biến dòng đo lường

Biến dòng đo lường 100/5A nghĩa là gì?

Khi dòng sơ cấp danh định đạt 100A, dòng thứ cấp danh định đạt 5A. Nếu sơ cấp khoảng 50A thì dòng thứ cấp lý tưởng khoảng 2,5A.

Class 0.5 có chính xác hơn Class 1 không?

Có. Trong cùng điều kiện tiêu chuẩn, Class 0.5 có giới hạn sai số chặt hơn Class 1. Tuy nhiên độ chính xác thực tế còn phụ thuộc tỷ số CT, burden, dòng vận hành và thiết bị đo phía sau.

Có thể dùng CT 600/5A để đo tải 100A không?

Về mặt tỷ lệ dòng, hệ thống vẫn có thể tạo ra tín hiệu thứ cấp. Tuy nhiên tải chỉ khoảng 16,7% dòng định mức CT nên đây thường không phải cách chọn tốt nếu mục tiêu là phép đo chính xác. Nên chọn tỷ số gần với vùng vận hành thực tế hơn.

Biến dòng đo lường có dùng cho DC không?

CT cảm ứng truyền thống được dùng cho dòng AC. Nếu cần đo dòng DC hoặc AC/DC, nên chuyển sang cảm biến Hall hoặc current transducer phù hợp. Có thể tham khảo các giải pháp tại trang cảm biến dòng điện AC/DC.

TAA và TAC loại nào tốt hơn?

Không có loại nào tốt hơn trong mọi trường hợp. TAC lõi kín phù hợp tủ mới và vị trí có thể luồn dây; TAA lõi mở phù hợp retrofit hoặc tủ đang chạy. Quan trọng hơn là chọn đúng tỷ số, Class, burden và kích thước cửa sổ.

Kết luận

Biến dòng đo lường là thành phần quan trọng trong hệ thống giám sát điện, giúp biến đổi dòng AC lớn thành dòng thứ cấp 5A hoặc 1A để kết nối với ampe kế, công tơ, power meter và converter.

Để chọn đúng CT đo lường, không nên chỉ nhìn tỷ số 100/5A hay 600/5A. Cần kiểm tra đồng thời dòng tải, cấp chính xác, burden VA, kích thước dây/thanh cái, loại lõi kín/lõi mở và thiết bị nhận tín hiệu.

Với hệ thống hạ thế, CT Seneca TAC phù hợp cho nhiều tủ mới; TAA lõi mở thuận tiện khi retrofit. Khi cần đưa tín hiệu về PLC, cần bổ sung bộ chuyển đổi 5A sang tín hiệu analog hoặc chọn cảm biến dòng có ngõ ra 4–20mA/0–10V/Modbus ngay từ đầu.

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