Biến dòng trung thế là gì? Cách chọn CT đo lường và bảo vệ

Biến dòng trung thế là một trong những thiết bị đo lường quan trọng trong tủ RMU, switchgear và các hệ thống phân phối điện trung thế. CT không chỉ giúp biến đổi dòng sơ cấp lớn thành dòng thứ cấp tiêu chuẩn để đo lường mà còn cung cấp tín hiệu dòng cho relay thực hiện các chức năng bảo vệ quá dòng, chạm đất, so lệch và nhiều chức năng bảo vệ khác.

Khác với biến dòng hạ thế dùng trong tủ 0,4 kV, việc chọn biến dòng trung thế phải xem đồng thời tỷ số dòng, điện áp cách điện, dòng ngắn mạch, số lõi CT, dòng thứ cấp 1A hoặc 5A, cấp chính xác, burden và yêu cầu của relay bảo vệ.

Bài viết này tập trung vào cách nhận biết và lựa chọn CT cho hệ thống trung thế, đặc biệt là cách phân biệt lõi đo lường và lõi bảo vệ, cách đọc nameplate và những thông số cần kiểm tra trước khi đưa CT vào một tủ RMU hoặc switchgear.

Biến dòng trung thế là gì?

Biến dòng trung thế, tiếng Anh là Medium Voltage Current Transformer hoặc MV CT, là một dạng instrument transformer được sử dụng để biến đổi dòng điện sơ cấp của hệ thống trung thế thành một dòng thứ cấp nhỏ và tỷ lệ với dòng sơ cấp.

Ví dụ CT có tỷ số 400/1A nghĩa là khi dòng sơ cấp đạt 400A, dòng danh định phía thứ cấp là 1A. Nếu sử dụng CT 400/5A thì dòng thứ cấp danh định tương ứng là 5A.

Trong hệ thống điện công nghiệp tại Việt Nam, các mạng 6 kV, 10 kV, 15 kV, 22 kV và 35 kV thường gặp trong nhóm ứng dụng trung thế. Tuy nhiên, khi lựa chọn biến dòng trung thế không nên chỉ nhìn điện áp danh nghĩa của lưới. Cần kiểm tra điện áp cao nhất dành cho thiết bị, mức cách điện, khả năng chịu xung, dòng ngắn mạch và thông số thiết kế của toàn bộ switchgear.

Tiêu chuẩn quan trọng thường được tham khảo đối với CT cảm ứng là IEC 61869-2 – Additional requirements for current transformers. Với yêu cầu an toàn của instrument transformer trên điện áp 1 kV AC, dự án cũng có thể cần đối chiếu thêm IEC 61869-20 và các tiêu chuẩn áp dụng cụ thể của dự án.

Biến dòng trung thế được lắp ở đâu?

Biến dòng trung thế thường nằm bên trong switchgear, tủ máy cắt hoặc các ngăn chức năng của hệ thống phân phối trung thế. Tùy cấu trúc tủ, CT có thể được bố trí tại phía cáp, phía thanh cái, đầu vào hoặc đầu ra của máy cắt.

CT tại ngăn incoming

Tại ngăn incoming, CT đo dòng điện đi vào thanh cái của tủ trung thế. Tín hiệu từ CT có thể được đưa đến relay bảo vệ, đồng hồ đo điện hoặc hệ thống giám sát năng lượng.

Đây là vị trí thường cần phối hợp cả mục đích đo lường và bảo vệ. Một bộ biến dòng trung thế có thể vì vậy được thiết kế với nhiều lõi thứ cấp độc lập.

CT tại feeder đầu ra

Ở các ngăn feeder, CT theo dõi dòng của từng tuyến cáp đi đến máy biến áp, động cơ trung thế hoặc một nhánh phân phối khác. Relay sử dụng tín hiệu CT để nhận biết quá dòng hoặc sự cố và ra lệnh cắt máy cắt khi điều kiện bảo vệ được thỏa mãn.

CT trong RMU và switchgear

Trong RMU hiện đại, hệ thống đo dòng không nhất thiết luôn sử dụng CT cảm ứng truyền thống kích thước lớn. Một số thiết kế sử dụng current sensor hoặc low-power instrument transformer phù hợp với relay điện tử. Vì vậy khi retrofit RMU, không nên mặc định rằng cứ thấy chức năng đo dòng là có thể thay bằng một CT 1A hoặc 5A thông thường.

CT đo lường và CT bảo vệ trong hệ thống trung thế

Đây là phần quan trọng nhất khi tìm hiểu biến dòng trung thế. Cùng đặt trong một switchgear nhưng CT phục vụ đo lường và CT phục vụ bảo vệ có mục tiêu làm việc khác nhau.

Một biến dòng trung thế nhiều lõi có thể có một lõi Class 0.5 dành cho đo lường và một lõi 5P20 dành cho relay. Hai lõi này độc lập về cuộn thứ cấp và phải được đấu đúng thiết bị theo bản vẽ.

Nếu cần tìm hiểu sâu hơn về ALF, 5P10, 5P20, PCT và cách phối hợp CT với relay, xem bài biến dòng bảo vệ. Bài hiện tại chỉ sử dụng các thông số này ở mức cần thiết để chọn CT trung thế.

Cách chọn tỷ số biến dòng trung thế

Tỷ số của biến dòng trung thế được viết dưới dạng dòng sơ cấp chia cho dòng thứ cấp, chẳng hạn:

• 100/1A
• 200/1A
• 400/1A
• 600/1A
• 400/5A
• 600/5A

Không có một tỷ số cố định dành cho hệ thống 22 kV. Hai feeder cùng điện áp 22 kV có thể cần CT hoàn toàn khác nhau vì công suất tải và dòng định mức khác nhau.

Khi chọn tỷ số biến dòng trung thế, trước tiên cần xác định dòng tải danh định và dòng vận hành lớn nhất dự kiến. Với lõi đo lường, không nên chọn primary rating quá lớn so với dòng thực tế vì sẽ làm giảm khả năng khai thác vùng đo.

Tuy nhiên với lõi bảo vệ, tỷ số còn liên quan đến dòng ngắn mạch, setting relay và khả năng CT duy trì đặc tính trong vùng dòng sự cố. Vì vậy không nên lấy nguyên tắc “chọn CT gần dòng tải nhất” của đo lường áp dụng máy móc cho lõi bảo vệ.

Biến dòng trung thế 1A hay 5A?

Dòng thứ cấp danh định phổ biến của biến dòng trung thế là 1A hoặc 5A. Cả hai đều có thể được sử dụng cho đo lường hoặc bảo vệ nếu thiết bị nhận tương thích.

Lý do 1A có lợi khi đi xa nằm ở tổn hao dây:

P = I² × R

Với cùng một điện trở đường dây, mạch 5A có tổn hao lý thuyết lớn gấp 25 lần mạch 1A. Vì vậy CT 1A thường đáng xem xét khi khoảng cách từ biến dòng trung thế đến relay hoặc thiết bị đo dài.

Schneider cũng đề cập đến vấn đề này trong hướng dẫn tính burden của CT: hướng dẫn kiểm tra rated burden và tổn hao dây của Current Transformer.

Không nên tự đổi CT 5A sang 1A chỉ vì muốn giảm tổn hao. Relay, power meter và toàn bộ mạch thứ cấp phải hỗ trợ đúng dòng danh định đã chọn.

Cấp chính xác của biến dòng trung thế

Cấp chính xác cho đo lường

Với lõi đo lường của biến dòng trung thế, có thể gặp các cấp như Class 0.2, 0.2S, 0.5, 0.5S hoặc Class 1. Yêu cầu cụ thể phụ thuộc mục đích đo, công tơ và yêu cầu của hệ thống quản lý năng lượng.

Đo giám sát vận hành thông thường không nhất thiết phải dùng cấp chính xác cao nhất. Ngược lại, hệ thống đo điện năng hoặc mục đích thanh toán có thể yêu cầu CT và công tơ có cấp chính xác cao hơn theo thiết kế.

Cấp chính xác cho bảo vệ

Với lõi bảo vệ, người dùng thường gặp ký hiệu 5P10, 5P20, 10P10 hoặc 10P20.

Ví dụ 5P20 thể hiện một CT bảo vệ có class P, với giới hạn sai số tổng hợp tương ứng của class tại Accuracy Limit Factor 20 theo điều kiện tiêu chuẩn. Hiểu đơn giản, relay cần CT vẫn truyền được thông tin dòng sự cố trong vùng cao hơn nhiều so với dòng định mức thay vì bão hòa quá sớm như một lõi chỉ tối ưu cho đo lường.

Accuracy Limit Factor không nên đọc tách khỏi burden. Schneider định nghĩa ALF là tỷ số giữa dòng sơ cấp giới hạn chính xác và dòng sơ cấp định mức; các giá trị tiêu chuẩn bao gồm 5, 10, 15, 20 và 30. Có thể tham khảo tài liệu hãng tại Schneider Electric – Accuracy Limit Factor.

Burden VA của CT là gì?

Burden là một trong những thông số dễ bị bỏ qua nhất khi chọn biến dòng trung thế. Burden của mạch thứ cấp không chỉ là relay hoặc đồng hồ mà còn bao gồm điện trở của dây dẫn và các thành phần nằm trong mạch CT.

Có thể hình dung:

CT → dây thứ cấp → terminal → relay / power meter

Với một mạch đơn giản, tổn hao trên dây có thể ước tính theo:

S_dây = I_s² × R_dây

Tổng burden cần xem xét sẽ gồm burden thiết bị cộng với burden dây và các thành phần liên quan theo thiết kế.

Cách đọc nameplate biến dòng trung thế

Giả sử một biến dòng trung thế có nameplate minh họa như sau:

Trong ví dụ này, không thể chỉ nhìn thấy “400/1A” rồi kết luận CT phù hợp. Kỹ sư phải đọc toàn bộ từng core của biến dòng trung thế, xác định core nào đi đến meter và core nào đi đến protection relay.

Thông số Ith và Idyn cũng đặc biệt quan trọng. CT phải chịu được điều kiện ngắn mạch của vị trí lắp trong khoảng thời gian bảo vệ yêu cầu. Đây là điểm khiến việc chọn CT trung thế khác rõ rệt so với chọn CT đo dòng đơn giản trong một tủ 0,4 kV.

CT hạ thế TAA/TAC ≠ CT trung thế

Việc cùng có tỷ số chẳng hạn 100/5A hoặc 400/5A không có nghĩa hai CT có thể thay thế cho nhau.

Nếu hệ thống cần CT cho MSB, MDB, công tơ hoặc thanh cái 0,4 kV, xem riêng bài biến dòng hạ thế. Nếu cần tìm CT thứ cấp 5A cho các thiết bị đo hạ thế, xem thêm biến dòng 5A.

Quy trình chọn biến dòng trung thế

Bước 1 – Xác định cấp điện áp và switchgear

Xác định điện áp danh nghĩa của hệ thống, điện áp cao nhất dành cho thiết bị, cấu trúc AIS/GIS/RMU, vị trí lắp và yêu cầu cách điện. Không chọn biến dòng trung thế riêng rẽ khỏi thiết kế của switchgear.

Bước 2 – Xác định dòng tải và tỷ số CT

Thu thập dòng định mức feeder, dòng vận hành dự kiến, khả năng quá tải và thông tin ngắn mạch để lựa chọn primary current phù hợp.

Bước 3 – Xác định số lượng core

Một hệ thống chỉ đo dòng có thể có yêu cầu khác với hệ thống vừa đo điện năng vừa chạy relay bảo vệ. Nếu cần hai chức năng độc lập, thường phải xác định rõ measuring core và protection core.

Bước 4 – Chọn 1A hoặc 5A

Kiểm tra input của relay, power meter và chiều dài mạch thứ cấp. Với dây đi xa, 1A thường có lợi về burden dây; với hệ thống hiện hữu sử dụng thiết bị 5A, phải đánh giá khả năng tương thích trước khi thay đổi.

Bước 5 – Chọn accuracy class và burden

Core đo lường và core bảo vệ phải được tính riêng. Không lấy Class 0.5 của measuring core để đánh giá khả năng bảo vệ và cũng không lấy 5P20 làm tiêu chí cho độ chính xác đo điện năng.

Bước 6 – Kiểm tra Ith, Idyn và điều kiện ngắn mạch

Đây là bước bắt buộc đối với biến dòng trung thế. Rating của CT phải phù hợp fault level của hệ thống và thời gian tồn tại dòng sự cố theo thiết kế bảo vệ.

Bước 7 – Kiểm tra terminal và polarity

P1/P2 thể hiện chiều phía sơ cấp, trong khi S1/S2 hoặc các ký hiệu tương ứng xác định cực tính phía thứ cấp. Với CT nhiều core, từng nhóm terminal phải được xác định đúng theo sơ đồ và nameplate của nhà sản xuất.

Lưu ý an toàn khi làm việc với biến dòng trung thế

Biến dòng trung thế làm việc trong hệ thống có mức năng lượng rất lớn. Việc lắp đặt, thí nghiệm hoặc can thiệp vào switchgear phải được thực hiện bởi nhân sự đủ chuyên môn theo quy trình an toàn điện của đơn vị vận hành.

Đặc biệt, không được để hở mạch thứ cấp CT khi phía sơ cấp đang có dòng. Khi cần tháo relay hoặc thiết bị đo khỏi mạch CT, phải sử dụng phương án shorting phù hợp theo thiết kế và hướng dẫn của nhà sản xuất.

Không tự ý chạm vào terminal thứ cấp chỉ vì cho rằng “CT chỉ ra 1A hoặc 5A”. Khi secondary bị hở trong lúc primary mang dòng, CT có thể sinh điện áp nguy hiểm và gây rủi ro cho người, cách điện cũng như thiết bị.

Ngoài ra cần kiểm tra nối đất mạch thứ cấp theo sơ đồ dự án, giữ đúng polarity, không nối nhầm hai core với nhau và không thay đổi tỷ số CT hoặc terminal tap nếu chưa xác nhận lại setting relay.

Câu hỏi thường gặp về biến dòng trung thế

Biến dòng trung thế 22 kV nên chọn tỷ số bao nhiêu?

Không thể xác định tỷ số chỉ từ điện áp 22 kV. Cần biết dòng tải của feeder, công suất hệ thống, dòng tối đa, thiết bị nhận và yêu cầu bảo vệ. Một feeder 22 kV có thể dùng 100/1A trong khi feeder khác cần 400/1A hoặc 600/1A.

CT trung thế dùng 1A hay 5A tốt hơn?

Không có lựa chọn tốt hơn cho mọi trường hợp. CT 1A có lợi khi dây thứ cấp dài vì giảm tổn hao, trong khi 5A vẫn phổ biến với nhiều hệ thống và thiết bị truyền thống. Phải chọn theo relay, meter và burden thực tế.

5P20 trên CT nghĩa là gì?

5P20 là một class dành cho CT bảo vệ. Con số 20 liên quan đến Accuracy Limit Factor. Tuy nhiên phải đọc đồng thời tỷ số CT, burden VA và các thông số thiết kế khác thay vì chỉ nhìn riêng ký hiệu 5P20.

Một biến dòng trung thế có thể vừa đo lường vừa bảo vệ không?

Có thể sử dụng một assembly CT có nhiều core độc lập, trong đó một core dành cho measuring và core khác dành cho protection. Mỗi core có terminal, accuracy class và burden riêng. Không nên dùng chung một core cho các chức năng khác nhau nếu thiết kế không cho phép.

TAA hoặc TAC có lắp vào cáp 22 kV được không?

Không sử dụng Seneca TAA/TAC như biến dòng trung thế. Đây là CT thuộc nhóm ứng dụng hạ thế. CT cho switchgear trung thế phải được lựa chọn theo insulation level, khả năng chịu ngắn mạch, cấu trúc tủ và các yêu cầu liên quan của hệ thống.

Kết luận

Chọn đúng biến dòng trung thế không thể chỉ dựa vào một thông số như 400/1A hay 5P20. Một bộ CT hoàn chỉnh phải được đánh giá đồng thời theo cấp điện áp của switchgear, tỷ số dòng, số core, 1A hoặc 5A, accuracy class, burden, Ith, Idyn, fault level và thiết bị được kết nối ở phía thứ cấp.

Đối với measuring core, trọng tâm là độ chính xác trong vùng dòng vận hành. Đối với protection core, CT phải tiếp tục cung cấp tín hiệu phù hợp cho relay khi dòng sự cố tăng cao. Đây cũng là lý do CT đo lường và CT bảo vệ không nên được xem là hai thiết bị có thể thay thế tùy ý.

Quan trọng hơn, CT hạ thế TAA/TAC không phải CT trung thế. Nếu nhu cầu thực tế nằm ở tủ 0,4 kV, hãy chuyển sang bài biến dòng hạ thế. Nếu đang thiết kế relay cho switchgear, xem tiếp bài biến dòng bảo vệ để đi sâu vào PCT, ALF và yêu cầu bảo vệ.

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