Hiện tượng bão hòa biến dòng và điểm gối: Những điều kỹ sư bảo vệ cần biết

Hiện tượng bão hòa biến dòng và điểm gối: Những điều kỹ sư bảo vệ cần biết

Trong các hệ thống bảo vệ, biến dòng (CT) không chỉ là một thiết bị đo lường. Trong trường hợp sự cố, hiệu suất của CT có thể quyết định việc rơ-le có tác động đúng hay không. Rủi ro chính là Bão hòa biến dòng , khi lõi từ của CT không còn có khả năng tái tạo chính xác dạng sóng dòng điện sơ cấp trong mạch thứ cấp.

Bài viết này giải thích hiện tượng bão hòa, khái niệm 'điểm đầu gối' (knee point), cũng như các bước thực tế nhằm giảm thiểu các hoạt động sai.

Bão hòa biến dòng là gì?

Hiện tượng bão hòa biến dòng xảy ra khi lõi từ đạt đến mức mà việc tăng thêm dòng điện sơ cấp sẽ không còn dẫn đến sự gia tăng tương ứng của dòng điện thứ cấp. Lúc này, CT đòi hỏi dòng điện từ hóa lớn hơn, gây méo dạng sóng dòng điện thứ cấp và làm giảm biên độ của nó.

Khi dòng điện thứ cấp bị méo dạng hoặc giảm biên độ, các rơ-le bảo vệ có thể 'nhận thấy' dòng sự cố nhỏ hơn giá trị thực tế đang tồn tại.

Tại sao hiện tượng bão hòa biến dòng lại quan trọng đối với rơ-le bảo vệ?

Trong trường hợp ngắn mạch, dòng điện sơ cấp có thể tăng lên nhiều lần so với dòng định mức. Nếu biến dòng bị bão hòa sớm:

• Rơ le quá dòng rơ-le có thể tác động chậm hơn hoặc không tác động tại ngưỡng dự kiến.
• Bảo vệ so lệch có thể hoạt động sai do độ bão hòa không đồng đều giữa các biến dòng (CT).
• Bảo vệ chống chạm đất có thể trở nên không đáng tin cậy nếu dòng dư bị méo dạng.

Hậu quả có thể là hư hỏng thiết bị nghiêm trọng hơn, thời gian ngừng vận hành kéo dài hơn và việc phân tích sự cố sau đó trở nên phức tạp hơn.

Điểm gối: Một khái niệm thực tiễn

Bộ điểm gối thường được dùng để mô tả điểm trên đường cong kích thích của biến dòng (CT), tại đó một sự gia tăng nhỏ về điện áp thứ cấp đòi hỏi một sự gia tăng lớn về dòng từ hóa. Về mặt thực tiễn, điểm này cho biết điện áp thứ cấp tối đa mà biến dòng có thể tạo ra trước khi lõi sắt rơi vào trạng thái bão hòa mạnh.

Khả năng điểm gối cao hơn thường hỗ trợ hiệu suất bảo vệ tốt hơn trong các sơ đồ yêu cầu khắt khe, đặc biệt khi tải mạch thứ cấp cao.

Các yếu tố đẩy biến dòng (CT) tiến tới trạng thái bão hòa

• Dòng ngắn mạch lớn: mức độ lỗi hệ thống cao hơn đòi hỏi hiệu suất biến dòng (CT) mạnh hơn.
• Tải cao: chiều dài dây dẫn lớn và đầu vào rơ-le yêu cầu điện áp thứ cấp cao hơn.
• Thành phần một chiều (DC offset): dòng ngắn mạch không đối xứng làm tăng nguy cơ bão hòa.
• Lựa chọn tỷ số không đúng: tỷ số quá cao làm giảm hiệu suất sử dụng được trong một số tình huống.

Cách giảm nguy cơ bão hòa (Các bước thực tế)

• Chọn biến dòng (CT) loại bảo vệ phù hợp với mức độ ngắn mạch và sơ đồ rơ-le.
• Gánh nặng điều khiển: rút ngắn chiều dài dây dẫn, sử dụng tiết diện dây dẫn phù hợp và tính toán đầy đủ tất cả các thiết bị.
• Cân nhắc sử dụng cuộn thứ cấp 1A khi chiều dài dây dẫn lớn nhằm giảm gánh nặng.
• Xác định chính xác hiệu suất của biến dòng (CT) đối với các sơ đồ bảo vệ so lệch và bảo vệ tốc độ cao.

Phương pháp tốt nhất là phối hợp lựa chọn biến dòng (CT) cùng kỹ sư bảo vệ – người thiết lập thông số rơ-le và xem xét các nghiên cứu sự cố.

Các gợi ý về vận hành thử nghiệm và xử lý sự cố

Nếu hiệu suất bảo vệ không ổn định, cần kiểm tra:

• Gánh nặng bất thường: các thiết bị được thêm vào hoặc dây dẫn dài hơn so với giả định.
• Các kết nối thứ cấp lỏng lẻo: làm tăng điện trở và gây ra tín hiệu bất ổn.
• Lỗi cực tính biến dòng (CT): có thể gây ra các hoạt động sai lệch của rơ-le vi sai.
• Loại hoặc tỷ số biến dòng (CT) không đúng so sánh với tài liệu thiết kế.

Các liên kết nội bộ

Các danh mục sản phẩm biến dòng (CT): Máy biến đổi dòng .

Đối với tủ phân phối trung thế (MV) tích hợp biến dòng (CT) và bảo vệ: Máy chuyển đổi .

Kết luận

Hiện tượng bão hòa biến dòng (CT) là một trong những nguyên nhân ẩn phổ biến nhất gây ra sự cố hệ thống bảo vệ. Nếu bạn lựa chọn biến dòng (CT) phù hợp với mức độ ngắn mạch và tải, đồng thời kiểm tra chất lượng lắp đặt, bạn sẽ giảm đáng kể nguy cơ rơ-le ghi nhận sai giá trị sự cố hoặc hoạt động sai trong các điều kiện nhiễu.

Gợi ý hình ảnh

• Hình ảnh: https://www.enweielectric.com/products/current-transformers
• ALT: máy biến dòng điện lớp bảo vệ được thiết kế nhằm giảm bão hòa
• Hình ảnh: https://www.enweielectric.com/products/switchgear
• ALT: tủ bảo vệ trạm đóng cắt trung thế sử dụng tín hiệu từ máy biến dòng điện cho rơ-le