Chọn biến dòng cho công tơ điện – Cách chọn tỷ số và cấp chính xác

Khi dòng điện của tải lớn hơn dòng điện cho phép ở ngõ vào công tơ, không nên đưa dây tải công suất lớn đi trực tiếp vào công tơ. Phương án thường dùng là lắp biến dòng cho công tơ điện, sau đó đưa dòng thứ cấp tiêu chuẩn 5A vào ngõ vào dòng của công tơ. Công tơ sẽ sử dụng tỷ số CT đã cài đặt để quy đổi dòng thứ cấp về dòng điện thực tế và tính công suất, điện năng tiêu thụ.

Chọn biến dòng cho công tơ điện không chỉ là chọn đủ số ampe. Tỷ số 50/5A, 100/5A, 300/5A, 600/5A hoặc 800/5A phải phù hợp với dòng làm việc; cấp chính xác và VA phải phù hợp với công tơ. Bài viết tập trung vào đo điện năng trong tủ điện, máy phát và đầu ra máy biến áp.

Công tơ điện dùng biến dòng trong trường hợp nào?

Công tơ điện có thể đo trực tiếp hoặc đo gián tiếp qua biến dòng. Với kiểu đo trực tiếp, toàn bộ dòng tải đi qua các đầu dòng của công tơ. Cách này chỉ phù hợp với công tơ có dòng định mức và khả năng chịu quá tải tương ứng với mạch cần đo. Khi dòng tải lớn, dây dẫn lớn hoặc cần lắp công tơ trong ngăn đo lường riêng, dùng CT 5A sẽ thuận tiện và an toàn hơn cho mạch đo.

Các tình huống thường cần biến dòng cho công tơ

• Tủ điện MSB và tủ phân phối: đo điện năng tổng hoặc điện năng từng nhánh có dòng từ vài chục đến hàng trăm ampe.
• Máy phát điện: lấy dòng của từng pha qua CT rồi đưa về công tơ hoặc bộ phân tích điện năng.
• Đầu ra máy biến áp hạ thế: đo điện năng phía hạ thế mà không đưa dòng lớn trực tiếp qua thiết bị đo.
• Công tơ có ngõ vào 5A: công tơ nhận dòng thứ cấp của CT thay vì nhận trực tiếp dòng sơ cấp của tải.

Trong hệ thống ba pha, thông thường mỗi pha sử dụng một CT. Vì vậy, việc chọn biến dòng cho công tơ điện phải xét đồng thời số pha, cách đấu, chiều dòng và tỷ số CT; không nên chỉ nhìn vào dòng tổng ghi trên nhãn tủ.

Nguyên lý đấu biến dòng vào công tơ điện

Biến dòng có cuộn sơ cấp đặt trên dây hoặc thanh cái cần đo và cuộn thứ cấp đưa ra dòng nhỏ hơn, phổ biến là 5A. Ví dụ, CT 300/5A nghĩa là khi dòng sơ cấp đạt 300A thì dòng thứ cấp danh định là 5A. Công tơ đọc dòng thứ cấp, sau đó dùng tỷ số 300/5 để tính lại dòng sơ cấp và điện năng.

Chuỗi đo cơ bản có thể hình dung như sau:

Dây tải hoặc thanh cái → CT 5A → S1/S2 → ngõ vào dòng công tơ → hiển thị và tính điện năng

Ở phía sơ cấp, luồn đúng một dây pha hoặc thanh cái cần đo qua cửa sổ CT. Ở phía thứ cấp, nối S1 và S2 đến hai đầu vào dòng tương ứng của công tơ, thường được ký hiệu I1/I2, k hoặc l tùy nhà sản xuất. Khi thi công, cần đối chiếu đúng sơ đồ của công tơ vì thứ tự chân có thể khác nhau giữa các model.

Công thức quy đổi nhanh

Với CT có tỷ số I_p/5A, dòng thứ cấp gần đúng được tính:

I_s = I_p × 5 / I_CT

I_p là dòng sơ cấp, I_s là dòng vào công tơ và I_CT là dòng sơ cấp danh định. Với tải 180A và CT 300/5A, dòng vào công tơ xấp xỉ 3A; cài đúng tỷ số giúp công tơ quy đổi giá trị này về khoảng 180A.

Cách chọn tỷ số biến dòng cho công tơ điện

Nguyên tắc chọn là tỷ số CT phải đủ lớn để không bị quá dòng khi tải đạt mức cao nhất, nhưng không nên chọn quá lớn so với dòng làm việc thông thường. Nếu CT quá lớn, dòng thứ cấp ở chế độ tải thấp sẽ nhỏ, làm giảm khả năng khai thác vùng đo và có thể làm sai số tương đối đáng kể hơn.

Trước khi chọn, cần xác định dòng làm việc, dòng cực đại, dòng khởi động hoặc quá tải ngắn hạn; sau đó kiểm tra cửa sổ CT và khả năng cài tỷ số của công tơ.

Các khoảng dòng trong bảng chỉ là hướng chọn ban đầu. Tải thường xuyên quá thấp so với tỷ số CT có thể làm giảm chất lượng đo; tải có thể vượt tỷ số định mức thì cần chọn CT lớn hơn hoặc kiểm tra khả năng quá tải.

Cài tỷ số CT trên công tơ

Sau khi lắp CT, phải cài đúng tỷ số trên công tơ. Nếu lắp CT 600/5A nhưng công tơ vẫn giữ cài đặt 300/5A, giá trị dòng và điện năng hiển thị sẽ sai theo hệ số 2. Đây là lỗi phổ biến khi thay CT hoặc thay công tơ nhưng không cập nhật thông số cấu hình.

Nên ghi trên sơ đồ tủ model CT, tỷ số, cấp chính xác, VA và tỷ số đã cài trên công tơ. Với hệ thống ba pha, ba CT phải được gán đúng pha tương ứng.

Chọn cấp chính xác của biến dòng đo điện năng

Cấp chính xác cho biết giới hạn sai số của CT trong điều kiện tải và tải thứ cấp mà nhà sản xuất quy định. Đo điện năng cần quan tâm cấp chính xác vì sai số CT có thể tích lũy vào giá trị kWh theo thời gian.

Cấp 0.5 dùng trong trường hợp nào?

Với giám sát điện năng nội bộ, phân bổ tiêu thụ hoặc theo dõi máy phát, CT cấp 0.5 thường là điểm bắt đầu phù hợp. Với Seneca, TAA được công bố Class 0.5; TAC-3010 là Class 1, còn TAC-4010 có các order code Class 0.5. Vì vậy không nên gọi chung mọi mã TAC là Class 0.5; khi chốt mã phải đối chiếu đúng catalogue và yêu cầu của công tơ.

Nếu số liệu dùng cho thanh toán hoặc đo đếm với đơn vị điện lực, không nên tự suy ra rằng CT cấp 0.5 là đủ. Cần kiểm tra yêu cầu của công tơ và đơn vị quản lý đo đếm.

Công suất VA của CT có ý nghĩa gì?

VA là khả năng cung cấp tải cho mạch thứ cấp mà vẫn duy trì cấp chính xác. Tải thứ cấp gồm ngõ vào dòng công tơ, điện trở dây đi và về, cầu đấu cùng các thiết bị nối trong mạch.

Có thể ước tính tải dây theo công thức S_dây = I_s² × R. Với mạch 5A, điện trở vòng dây tạo ra tải VA đáng kể; dây càng dài và tiết diện càng nhỏ thì burden càng tăng.

Tổng VA của công tơ, dây và phụ kiện phải nằm trong khả năng VA của CT và có dự phòng. Nếu công tơ đặt xa tủ, nên tăng tiết diện dây, rút ngắn đường dây hoặc chọn CT có VA phù hợp theo catalogue.

Chọn Seneca TAC hay TAA cho công tơ điện?

TAA và TAC đều có thể được chọn làm CT thứ cấp 5A cho công tơ nếu tỷ số, cửa sổ, cấp chính xác, VA và sơ đồ đấu phù hợp. TAA thường dùng cho các tỷ số từ 100/5A trở lên; tỷ số 50/5A trong nhóm Seneca TAC thuộc TAC-3010. Khác biệt chính giữa hai dòng là cách lắp cơ khí.

TAC phù hợp cho tủ mới vì có thể bố trí CT ngay từ giai đoạn thiết kế, luồn thanh cái hoặc dây pha qua cửa sổ rồi hoàn thiện đấu nối.

TAA phù hợp cho dây hiện hữu khi cáp không thuận tiện tháo ra. Người thi công mở lõi theo hướng dẫn, đặt CT quanh một dây pha, khóa lại rồi đấu S1/S2 vào công tơ. Việc này vẫn phải tuân thủ quy trình an toàn mạch thứ cấp.

Trong cả hai trường hợp, cửa sổ CT chỉ bao quanh một dây dẫn hoặc một thanh cái thuộc đúng mạch cần đo. Không luồn đồng thời dây đi và dây về qua cùng một CT vì từ trường có thể triệt tiêu.

Cách đấu S1/S2 từ CT vào công tơ

Đấu một pha

Với mạch một pha, luồn dây pha qua cửa sổ CT. Đầu S1 nối về đầu K/I1, S2 nối về đầu L/I2 hoặc ký hiệu tương đương trên công tơ. Luôn đối chiếu sơ đồ chân của đúng model.

Đấu ba pha

Với công tơ ba pha, mỗi pha L1, L2, L3 dùng một CT tương ứng. S1/S2 của từng CT đưa vào đúng kênh dòng; các đầu điện áp cũng phải đúng thứ tự pha. Đấu sai tương quan giữa dòng và áp có thể làm công suất và điện năng không đúng.

Đặt P1/P2 hoặc mũi tên trên CT theo chiều từ nguồn đến tải. Khi nghiệm thu, kiểm tra chiều dòng, thứ tự pha và giá trị công suất.

Cảnh báo an toàn: không để hở mạch thứ cấp CT

Khi mạch sơ cấp đang có điện, không được tháo dây S1/S2 để mạch thứ cấp bị hở. CT có thể tạo điện áp cao ở phía thứ cấp khi cố duy trì dòng từ hóa, gây nguy hiểm cho người thao tác và có thể làm hỏng cách điện hoặc chính biến dòng.

Trước khi tháo công tơ hoặc kiểm tra mạch đo, phải dùng cầu đấu ngắn mạch chuyên dụng để short mạch thứ cấp. Chỉ tháo đấu nối sau khi đã cô lập nguồn hoặc xác nhận mạch được nối tắt an toàn.

Đối với TAA, việc mở lõi cũng phải thực hiện theo quy trình của thiết bị và quy định an toàn điện tại công trường. TAA giúp giảm thao tác tháo dây hiện hữu, nhưng không loại bỏ yêu cầu cô lập mạch, short thứ cấp và sử dụng thiết bị bảo hộ.

Các lỗi khiến công tơ đo sai điện năng

• Cài sai tỷ số: CT 600/5A nhưng công tơ cài 300/5A hoặc ngược lại.
• Chọn cửa sổ không đủ: cố ép cáp hoặc thanh cái qua CT, làm hỏng cách điện hoặc không thể đóng kín TAA/TAC.
• Đảo S1/S2 hoặc P1/P2: chiều dòng không đồng nhất với chiều điện áp của công tơ.
• Để hở thứ cấp: nguy hiểm khi sơ cấp còn điện và có thể làm hỏng CT.
• Vượt tải VA: dây S1/S2 quá dài hoặc có nhiều thiết bị nối tiếp khiến tổng burden vượt khả năng CT.
• Luồn cả dây đi và dây về: từ trường triệt tiêu, CT không còn đo đúng dòng của tải.

Quy trình chọn biến dòng cho công tơ điện

1. Xác định công tơ nhận dòng trực tiếp, 1A hay 5A. Nếu công tơ nhận 1A thì không tự đấu CT 5A vào ngõ vào dòng.
2. Ghi lại dòng làm việc, dòng cực đại, số pha và vị trí cần đo.
3. Chọn tỷ số gần với dòng vận hành nhưng vẫn đủ dự phòng: 50/5A, 100/5A, 300/5A, 600/5A hoặc 800/5A.
4. Đo đường kính cáp, kích thước thanh cái và khoảng trống xung quanh CT.
5. Chọn cấp chính xác, VA và kiểu CT phù hợp với công tơ và chiều dài dây S1/S2.
6. Chọn TAC cho tủ mới hoặc TAA cho dây hiện hữu nếu điều kiện lắp đặt phù hợp.
7. Đấu đúng pha, đúng chiều S1/S2, cài đúng tỷ số trên công tơ và kiểm tra khi có tải.

Nếu cần so sánh tổng quan các loại CT và tỷ số, có thể xem thêm bài Biến dòng 5A. Với tủ điện 0,4kV, máy phát hoặc đầu ra máy biến áp, bài Biến dòng hạ thế sẽ phù hợp hơn cho phần lựa chọn theo dòng và kích thước lắp đặt. Còn bài này tập trung vào cách đưa tín hiệu CT vào công tơ để đo điện năng.

Giải pháp Seneca cho mạch công tơ 5A

Seneca có nhóm TAA và TAC cho ứng dụng biến dòng đo lường. TAA có dòng thứ cấp 5A, Class 0.5 và burden 1.5 VA; TAC-3010 có burden 1 VA, còn TAC-4010 có burden 2 VA. Với công tơ ngõ vào 5A, xem xét TAA/TAC theo tỷ số, kiểu lõi, cửa sổ, cấp chính xác và VA.

Thông tin dòng sản phẩm có thể đối chiếu trên trang TAA và TAC – Current Transformers của Seneca. Khi gửi yêu cầu tư vấn, nên kèm ảnh mặt trước tủ, ảnh dây hoặc thanh cái, dòng định mức aptomat, dòng máy phát/máy biến áp, loại công tơ và chiều dài dự kiến của dây S1/S2.

Câu hỏi thường gặp

Có thể dùng CT 100/5A cho tải 50A không?

Có thể về mặt kết nối nếu công tơ cài được tỷ số 100/5A, nhưng cần xem dòng 50A có nằm trong vùng đo phù hợp và mục tiêu sai số hay không. Nếu tải thường xuyên gần 50A, CT 50/5A có thể khai thác tín hiệu tốt hơn; nếu tải có thể tăng cao, 100/5A tạo thêm dự phòng.

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