..

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP DUY TRÌ VÀ DẪN XUẤT
BIẾN DỊNG ĐO LƯỜNG CHUẨN

TRẦN BÁ MINH

Ngành : Kỹ Thuật Điều Khiển Và Tự Động Hóa
Giảng viên hướng dẫn : PGS.TS. Nguyễn Thị Lan Hương
Bộ môn

: Kỹ thuật đo và tin học công nghiệp

Viện

: Điện

HÀ NỘI-2019


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

TRẦN BÁ MINH

NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP DUY TRÌ VÀ DẪN XUẤT

BIẾN DÒNG ĐO LƯỜNG CHUẨN

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

PGS.TS Nguyễn Thị Lan Hương

HÀ NỘI-2019



CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên tác giả luận văn : Trần Bá Minh
Đề tài luận văn: Nghiên cứu phương pháp duy trì và dẫn xuất biến
dịng đo lường chuẩn.
Chun ngành: Đo lường và các hệ thống điều khiển
Mã số SV: CB170282
Tác giả, Người hướng dẫn khoa học và Hội đồng chấm luận văn xác nhận
tác giả đã sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên bản họp Hội đồng ngày 31-102019 với các nội dung sau:
- Chỉnh sửa lỗi chính tả, nội dung, form luận văn theo form mới của trường.
- Chỉnh sửa, bổ sung trích dẫn các trang 10; 20; 23; 28; 36; 38.
- Bổ sung mục : Danh mục Thuật ngữ- từ viết tắt trang 8.
- Bổ sung ký hiệu E1; E’2 vào hình vẽ 1.2 trang 14.
- Chỉnh sửa cách viết công thức và ký hiệu công thức cũng như bảng, biểu.
- Chỉnh sửa các hình vẽ bị mờ, khó nhìn. Vẽ lại các hình vẽ có ký hiệu

khơng đồng nhất.
- Bỏ phần phân tích chi tiết về biến dòng hai giai đoạn (two-stage current
transformer) từ trang 20 đến trang 27.
- Bổ sung việc phân tích ưu nhược điểm các phương pháp đang được áp
dụng tại một số nước trang 36 và 48;
- Giải thích, làm rõ hình vẽ 2.1 trang 29 ( trang 32 cũ) để nhìn rõ hơn điện
trở r.
- Bổ sung, giải thích các công thức 2.2 đến 2.27 và 2.28 đến 2.31 cũng như
hình vẽ đi kèm ( các cơng thức 2.1 đến 2.5 và 2.11 đến 2.15 trang 35 và 36 cũ)

SĐH.QT9.BM11

Ban hành lần 1 ngày 11/11/2014


- Bổ sung giải nghĩa các bảng 2.1 đến 2.4 cũng như các bảng còn lại.
Ngày 28 tháng 11 năm 2019
Giáo viên hướng dẫn

Tác giả luận văn

PGS.TS Nguyễn Thị Lan Hương

Trần Bá Minh

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

PGS.TS Hoàng Sĩ Hồng

SĐH.QT9.BM11


Ban hành lần 1 ngày 11/11/2014


LỜI CAM ĐOAN
Họ và tên tác giả : Trần Bá Minh.
Sinh ngày 19 tháng 05 năm 1987.
Học viên lớp cao học chuyên ngành Đo lường và các hệ thống điều khiển 2017B
– Trường đại học Bách khoa Hà Nội.
Tôi xin cam đoan : đề tài “ Nghiên cứu phương pháp duy trì và dẫn chuẩn biến
dịng đo lường chuẩn” do thầy giáo PGS.TS. Nguyễn Thị Lan Hương hướng dẫn
là của riêng tôi.
“ Tôi xin cam đoan rằng, ngoại trừ các kết quả tham khảo từ các cơng trình như đã
ghi rõ trong luận văn, các cơng việc trình bày trong luận văn này là do tác giả thực
hiện và chưa có phần nội dung nào của luận văn này được nộp để lấy bằng cấp ở
trường này hoặc trường khác”.
Hà Nội, ngày 31 tháng 10 năm 2019
Học viên

Trần Bá Minh

1


LỜI CẢM ƠN

Trước hết, tôi xin gửi lời cám ơn sâu sắc tới các thầy cô giáo ở Bộ môn Kỹ
thuật đo và Tin học công nghiệp - ĐHBK Hà nội và đặc biệt là PGS. TS
NGUYỄN THỊ LAN HƯƠNG người đã giúp đỡ tơi rất nhiều trong q trình
nghiên cứu và thực hiện luận văn và đã cho tôi những ý kiến q báu trong q

trình thực hiện. Tơi xin gửi lời cám ơn sâu sắc đến TS Wang Wei, TS Wang Jiafu,
GS Lu Wen Jun – Viện Đo lường Trung Quốc (NIM), người đã hướng dẫn và
giúp đỡ tơi rất nhiệt tình trong thời gian đào tạo về chuẩn đo lường tại NIM.
Tôi cũng xin chân thành cảm ơn Ơng trưởng phịng Đo lường Điện – VMI
đã tạo điều kiện về mặt thời gian để tôi được theo học khố học 2017-2019 này.
Và cuối cùng tơi xin dành tất cả lịng biết ơn và kính trọng sâu sắc tới cha
mẹ, người đã sinh thành nuôi dưỡng tạo điều kiện cho tôi được học tập, nghiên
cứu. Xin cám ơn gia đình tơi, những người bạn ln sát cánh bên tôi, các đồng
nghiệp đã quan tâm giúp đỡ tôi thực hiện luận văn này.
Trong khoảng thời gian không dài tôi đã nỗ lực và cố gắng để hoàn thành
luận văn tốt nghiệp này, song chắc chắn không thể tránh khỏi những sai xót. Vì
vậy, tơi rất mong được sự chỉ bảo, dạy dỗ của các thày cơ giáo, sự góp ý của các
chuyên gia, các đồng nghiệp và bè bạn để luận văn này được hoàn thiện hơn.

2


MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................. 1
LỜI CẢM ƠN ....................................................................................................... 2
MỤC LỤC ............................................................................................................. 3
DANH MỤC HÌNH VẼ ....................................................................................... 5
DANH MỤC BẢNG BIỂU ................................................................................. 7
DANH MỤC THUẬT NGỮ- TỪ VIẾT TẮT .................................................... 8
MỞ ĐẦU ............................................................................................................... 9
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN .............................................................................. 13
1.1

1.2


Khái niệm cơ bản về biến dòng đo lường. ............................................... 13
1.1.1

Nhiệm vụ của máy biến dòng điện CT ..................................... 13

1.1.2

Nguyên lý hoạt động máy biến dòng - CT ................................ 13

1.1.3

Sơ đồ thay thế của máy biến dịng ............................................ 14

1.1.4

Phân loại và thơng số của máy biến dòng điện ......................... 15

1.1.5

Cấu tạo, cuộn dây và lõi từ ....................................................... 16

Các loại biến dòng đo lường chuẩn và các yếu tố gây sai số. .................. 19
1.2.1

Biến dòng đo lường chuẩn ........................................................ 19

1.2.2

Các loại biến dòng đo lường chuẩn........................................... 20


CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP DUY TRÌ, DẪN XUẤT HỆ THỐNG CHUẨN
BIẾN DÒNG ĐO LƯỜNG CỦA MỘT SỐ NƯỚC TRÊN THẾ GIỚI ........ 27
2.1

Nguyên tắc duy trì, dẫn xuất hệ thống chuẩn biến dòng đo lường. ......... 27

2.2

Phương pháp duy trì, dẫn xuất hệ thống chuẩn biến dịng đo lường của

NIST [3] [4]......................................................................................................... 28

2.3

2.2.1

Phương pháp thực hiện. ............................................................ 28

2.2.2

Ưu nhược điểm phương pháp của NIST ................................... 36

Phương pháp duy trì, dẫn xuất hệ thống chuẩn biến dịng đo lường của

NIM- Trung Quốc [6]........................................................................................... 38
2.3.1

Phương pháp thực hiện ............................................................. 38


2.3.2

Ưu nhược điểm phương pháp của NIM .................................... 48

3


CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU VÀ XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP DUY TRÌ,
DẪN XUẤT HỆ THỐNG CHUẨN BIẾN DỊNG ĐO LƯỜNG TẠI VMI .. 50
3.1

Đặt vấn đề. ............................................................................................... 50

3.2

Xây dựng phương pháp hiệu chuẩn , duy trì và dẫn xuất hệ thống chuẩn

biến dòng đo lường tại VMI ................................................................................. 59
3.2.1

Xây dựng phương pháp hiệu chuẩn: ......................................... 59

3.2.2

Xác định kết quả đo .................................................................. 60

3.2.3

Đánh giá độ không đảm bảo đo ................................................ 61


3.2.4

Phương pháp duy trì hệ thống chuẩn biến dịng đo lường. ....... 66

3.2.5

Phương pháp dẫn xuất hệ thống chuẩn biến dòng đo lường: .... 68

CHƯƠNG 4. ĐÁNH GIÁ, KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT.................................. 69
4.1

Đánh giá các nội dung đã thực hiện ......................................................... 69

4.2

Đề xuất và khuyến nghị............................................................................ 72

4


DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Sơ đồ cấu tạo của một biến dịng đo lường. ......................................... 13
Hình 1.2 Sơ đồ thay thế của máy biến dịng đo lường. ........................................ 14
Hình 1.3 Cấu tạo một số loại biến dòng đo lường ............................................... 17
Hình 1.4 Cấu tạo một CT dạng Dead tank .......................................................... 18
Hình 1.5 Cấu tạo một CT dạng Live tank ............................................................ 19
Hình 1.6 Hình ảnh một biến dịng do lường chuẩn của EPRO ........................... 20
Hình 1.7 Mơ tả biến dịng đo lường kiểu two- stage của Brooks [2] ................... 21
Hình 1.8 Sơ đồ vector của biến dịng two-stage .................................................. 22

Hình 1.9 Cấu tạo cơ bản của một current-comparator [3] .................................. 23
Hình 1.10 Sơ đồ nguyên lý của current- comparator [3] .................................... 24
Hình 1.11 Current- comparator với kết cấu cuộn bù [3] ..................................... 25
Hình 1.12 Hình cắt thực tế của một current comparator với cuộn dây bù [3] .... 26
Hình 2.1 Bố trí màn chắn cho việc hiệu chuẩn current-comparator ở tần số cao 29
Hình 2.2 Sơ đồ tự hiệu chuẩn ở tỷ số 1:1 ............................................................ 30
Hình 2.3 Sơ đồ mạch hiệu chuẩn kiểu (n+1) ...................................................... 31
Hình 2.4 Sơ đồ mạch xác định β ......................................................................... 32
Hình 2.5 Sơ đồ mạch hiệu chuẩn kiểu ( m+n) .................................................... 33
Hình 2.6 Sơ đồ mạch hiệu chuẩn kiểu (m.n)....................................................... 35
Hình 2.7 Sơ đồ mạch hiệu chuẩn kiểu so sánh ................................................... 36
Hình 2.8 Cấu tạo current-comparator được sử dụng tại NIM [1] ....................... 38
Hình 2.9 Dịng rị ở điểm rị ................................................................................ 40
Hình 2.10 Sơ đồ của cuộn thứ cấp ...................................................................... 40
Hình 2.11 Sơ đồ phương pháp tự hiệu chuẩn ở tỷ lệ 1:1 ..................................... 41
Hình 2.12 Sơ đồ hiệu chuẩn từ tỷ lệ 1:1 đến 10:1............................................... 42
Hình 2.13 Sơ đồ hiệu chuẩn từ tỷ lệ 10:1 đến 100:1........................................... 43
Hình 2.14 Hệ thống Current-comparator được sử dụng làm chuẩn .................... 48
5


Hình 2.15 Bộ bù và hiển thị sai số ....................................................................... 48
Hình 3.1 Thơng số kỹ thuật của cầu so biến dịng đo lường kiểu WD-ST00 ...... 57
Hình 3.2 Hình ảnh của biến dịng đo lường chuẩn kiểu ITN0.5a ....................... 58
Hình 3.3 Hình ảnh của biến dịng lường chuẩn kiểu CTS5.2-02 ........................ 58
Hình 3.4 Hình ảnh của cầu so biến dịng đo lường kiểu WD-ST00 và hộp tải áp
.............................................................................................................................. 59
Hình 3.5 Sơ đồ hiệu chuẩn Biến dịng đo lường ................................................. 60
Hình 3.6 Sơ đồ thay thế mạch của biến dòng đo lường khi kết nối với nguồn dịng
và tải ..................................................................................................................... 65

Hình 3.7 Sơ đồ hiệu chuẩn sử dụng trong việc duy trì hệ thống chuẩn biến dịng
đo lường ............................................................................................................... 66
Hình 3.8 Sơ đồ dẫn xuất hệ thống chuẩn biến dòng đo lường. ........................... 68

6


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 So sánh biến dòng đo lường và biến dịng bảo vệ ................................ 16
Bảng 2.1 Tóm tắt các thành phần độ không đảm bảo đo [6] ............................... 45
Bảng 2.2 Sai số của các tỷ số từ 1:1 đến 10:1 [6] ............................................... 46
Bảng 2.3 Tính tốn sai số λ1-1 [6] ....................................................................... 46
Bảng 2.4 Sai số của các tỷ số từ 10:1 đến 100:1 [6] ........................................... 47
Bảng 3.1 Thơng số kỹ thuật của biến dịng đo lường chuẩn kiểu ITN0.5a ........ 54
Bảng 3.2 Thông số kỹ thuật của biến dòng đo lường chuẩn kiểu CTS5.2-02 .... 57
Bảng 3.3 Giá trị ước lượng một số đại lượng độ không đảm bảo đo.................. 64
Bảng 3.4 Các bước thực hiện việc duy trì hệ thống chuẩn biến dịng đo lường. 67
Bảng 4.1 Tóm tắt kết quả hiệu chuẩn biến dịng đo lường chuẩn ITN0.5a ........ 70
Bảng 4.2 Tóm tắt kết quả hiệu chuẩn biến dòng đo lường chuẩn kiểu CTS5.2-02
.............................................................................................................................. 71

7


DANH MỤC THUẬT NGỮ- TỪ VIẾT TẮT
STT

Ý NGHĨA

THUẬT NGỮ/ TỪ VIẾT TẮT


1

ĐLVN

Văn bản kỹ thật đo lường

2

TCVN

Tiêu chuẩn quốc gia

3

ISO

Tổ chức tiêu chuẩn hóa quốc tế

4

IEC

Ủy ban kỹ thuật điện quốc tế

5

CT; TI; BI

Biến dòng


6

Two-stage current transformer

Biến dòng hai giai đoạn

7

Current- Comparator; CC

Biến dòng kiểu so sánh

8

Build- up

Dẫn xuất lên

9

NIST

Viện Đo lường Mỹ

10 NIM

Viện Đo lường Trung Quốc

11 VMI


Viện Đo lường Việt Nam

12 Bootstrap

Tên của một phương pháp

8


MỞ ĐẦU
Đo lường với tư cách của một khoa học đa ngành và liên ngành đã, đang và
sẽ tiếp tục có những ảnh hưởng sâu sắc đến nhiều mặt của xã hội. Đo lường được
hình thành và phát triển từ những u cầu có tính khoa học, xã hội và thương mại.
Các phương pháp đo lường với độ chính xác cao góp phần đảm bảo tính lành mạnh
trong thương mại địa phương và quốc tế, và bảo vệ quyền lợi đa bên của cộng đồng
nhà sản xuất và người tiêu dùng. Bên cạnh đó, các địi hỏi khoa học khắt khe thúc
đẩy vai trị của đo lường trên mọi khía cạnh phục vụ sự phát triển của nhân loại và
đóng góp mạnh mẽ vào cơng cuộc tìm hiểu, khám phá thế giới tự nhiên của lồi
người. Rõ ràng khơng có sự đòi hỏi cao nhất khả dĩ về đo lường thì cơng nghiệp
vi điện tử sẽ khơng thể tiếp tục thu nhỏ kích thước của các “chip”, tương tự, cơng
nghệ dẫn đường tốt hơn và đo áp lực tốt hơn dẫn tới quyết định các đường bay
quốc tế trở nên tốt hơn, và giúp các động cơ hoạt động hiệu quả hơn, qua đó tiết
kiệm được nhiên liệu và cải thiện chi phí cơng nghiệp. Cơng nghiệp với cơng nghệ
nano đòi hỏi kỹ thuật đo lường bề mặt tốt hơn và chính xác hơn trên các khoảng
cách cỡ nano. Steven Chu, người nhận giải Nobel đã nói: “Đo lường chính xác
nằm ở trái tim của vật lý, và theo kinh nghiệm của tôi, vật lý hiện đại bắt đầu từ
những số thập phân tiếp theo”.
Từ cuối thế kỷ XIX, các nước công nghiệp đã xây dựng viện đo lường Quốc
gia, nói chung dựa trên mơ hình của Viện vật lý kỹ thuật Hoàng gia Đức được xây

dựng năm 1887. Lợi ích kinh tế của một Viện quốc gia như vậy hầu như ngay lập
tức đã được thừa nhận. Ở Anh, hội vì sự tiến bộ của khoa học nước Anh đã khẳng
định rằng nếu khơng có một viện quốc gia tập trung vào đo lường thì khả năng
cạnh tranh của công nghiệp nước Anh sẽ trở nên yếu kém, ngay sau đó Anh đã
thành lập Phịng thí nghiệm Vật lý quốc gia (NPL) năm 1900, tiếp theo sau Mỹ
cũng thành lập Cục tiêu chuẩn quốc gia (NBS) năm 1901.
Cho đến ngày nay, hầu hết các quốc gia trên thế giới đều có Viện đo lường
hoặc một cơ quan chuyên trách về đo lường, với hai nhiệm vụ chính trong sứ mệnh
của mình là: thỏa mãn các nhu cầu của cơng nghiệp về đo lường chính xác qua
việc tiêu chuẩn hóa và hiệu chuẩn- kiểm định các phương tiện đo; đồng thời xác
định các hằng số vật lý để cải thiện và phát triển hệ SI. Hệ SI ra đời năm 1960 với
9


mong muốn tạo thành một hệ thống các đơn vị đo lường và đại lượng; định nghĩa
các đơn vị; hình thành bội số và ước số. Việc thực hiện các đơn vị của hệ phải đảm
bảo được các yếu tố: Đảm bảo các đơn vị không thay đổi theo thời gian và có thể
tái tạo lại được; Được tái tạo ở mọi nơi trên thế giới; và có thể chuyển giao cho
người sử dụng mà sai số không đáng kể. hệ SI ban đầu dựa trên 6 đại lượng (khối
lượng, độ dài, thời gian, dòng điện, nhiệt độ nhiệt động lực và cường độ sáng), sau
đó “lượng chất”- mole được bổ xung vào năm 1971. Ưu thế của hệ SI là gần như
tất cả các đại lượng vật lý và hóa học có thể diễn đạt trong một tổ hợp các đơn vị
cơ bản của SI.
Để phép đo được thực hiện đúng, trước tiên phương tiện đo phải được đảm
bảo chính xác và tin cậy. Hiệu chuẩn và kiểm định phương tiện đo là những hoạt
động đo lường quan trọng nhất đồng thời cũng là hữu hiệu nhất để đạt được tiêu
chí đó. Trong đo lường cơng nghiệp là cơng tác hiệu chuẩn thường xuyên các
phương tiện đo, trong đo lường pháp định là công tác kiểm định định kỳ các
phương tiện đo theo quy định. [1]
VIM:2007 định nghĩa về hiệu chuẩn như sau: Hiệu chuẩn là hoạt động trong

những điều kiện quy định, bước thứ nhất là thiết lập mối quan hệ giữa các giá trị
của đại lượng có độ không đảm bảo đo do chuẩn đo lường cung cấp và các số chỉ
tương ứng với độ không đảm bảo đo kèm theo, và bước thứ hai là sử dụng thông
tin này thiết lập mối liên hệ để nhận được kết quả đo từ số chỉ. Như vậy phép hiệu
chuẩn được thực hiện để có thể đưa ra tuyên bố về sự đúng đắn của kết quả đo
được thực hiện bởi phương tiện đo đã được dẫn xuất đo lường từ chuẩn đo lường
có độ chính xác cao hơn. Nói một cách đơn giản hơn, hiệu chuẩn là một tập hợp
thao tác trong điều kiện quy định để thiết lập mối quan hệ giữa giá trị của đại lượng
được chỉ bởi phương tiện đo và các giá trị tương ứng thể hiện bằng chuẩn đo lường.
Giấy chứng nhận hiệu chuẩn của phương tiện đo đưa ra sai lệch hoặc số hiệu chính
của số đo cùng với độ khơng đảm bảo đo. Tập hợp những giá trị đó đặc trưng cho
mối liên hệ giữa kết quả đo với đơn vị đo tương ứng.
Theo ISO/IEC Guide 99:2007 thì: Chuẩn đo lường (measurement
standards) là sự thể hiện định nghĩa của đại lượng đã cho, với giá trị đại lượng
được công bố và độ không đảm bảo đo kèm theo, dùng làm mốc quy chiếu. Chuẩn
đo lường chính là sự thể hiện cụ thể độ lớn của đơn vị đo lường theo định nghĩa
10


của đơn vị; và Chuẩn đo lường quốc gia (national measurement standards) là
chuẩn được cơng nhận bởi cơ quan có thẩm quyền quốc gia để dùng trong một
nước hoặc nền kinh tế như là cơ sở cho việc ấn định giá trị đại lượng cho các
chuẩn đo lường khác của loại đại lượng có liên quan”. Như vậy, trong phạm vi
một nước, chuẩn đo lường quốc gia ở vị trí cao nhất, là xuất phát điểm cho độ
chính xác của tất cả các phép đo trong từng lĩnh vực đo lường.
Theo nội dung Quyết định số 1361/QĐ-TTg của Thủ tướng Chính phủ về
phê duyệt Quy hoạch phát triển chuẩn đo lường quốc gia đến năm 2020, với mục
tiêu phát triển chuẩn đo lường quốc gia theo hướng hiện đại, đạt trình độ các nước
tiên tiến trong khu vực, đáp ứng yêu cầu phát triển kinh tế- xã hội, đảm bảo an ninh
quốc phòng và hội nhập quốc tế, trong giai đoạn từ 2013-2015 sẽ phát triển, mở

rộng phạm vi đo lường của 13 chuẩn đo lường quốc gia đã được phê duyệt và đầu
tư mới 12 chuẩn đo lường quốc gia. Với nhiệm vụ được giao đó, phịng Đo lường
điện viện đo lường Việt Nam đã đầu tư nghiên cứu xây dựng hệ thống chuẩn đo
lường về lĩnh vực biến dịng đo lường với mục tiêu hồn thành tốt các yêu cầu
được giao. Đây cũng là nội dung chính trong luận văn tốt nghiệp này của tôi. Luận
văn bao gồm 4 chương.
Chương 1: Tổng quan
Trình bày về các khái niệm cơ bản về biến dịng đo lường, phân tích các
ngun nhân gây ra sai số của biến dòng. Giới thiệu các loại biến dòng đo lường
chuẩn, và chuẩn đã được Viện đo lường Việt Nam trang bị.
Chương 2: Phương pháp duy trì, dẫn xuất hệ thống chuẩn biến dịng đo
lường của các nước trên thế giới
Chương này trình bày các phương pháp hiệu chuẩn, duy trì và dẫn xuất hệ
thống chuẩn biến dòng đo lường đang được các nước trên thế giới áp dụng, phân
tích các ưu nhược điểm của từng phương pháp. Để có được cái nhìn tổng quan về
tình hình, đường hướng phát triển làm tiền đề đưa ra phương pháp hiệu chuẩn phù
hợp với thực trạng tại Việt Nam hiện nay
Chương 3: Nghiên cứu và xây dựng phương pháp duy trì, dẫn xuất hệ thống
chuẩn biến dịng đo lường tại VMI

11


Chương này đưa ra các phương pháp hiệu chuẩn, duy trì và dẫn xuất hệ
thống chuẩn biến dịng đo lường tại Viện Đo lường Việt Nam. Cũng như áp dụng
vào việc hiệu chuẩn các biến dòng đo lường chuẩn cho các đơn vị trong cả nước
Chương 4: Đánh giá, kết luận và đề xuất
Trình bày các kết quả của việc nghiên cứu, xây dựng và đánh giá các
phương pháp, đưa ra hướng phát triển tiếp theo của đề tài; đồng thời cũng đưa ra
các kiến nghị cụ thể cho định hướng phát triển hệ thống chuẩn biến dòng đo lường

tại Viện Đo lường Việt Nam.

12


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1 Khái niệm cơ bản về biến dòng đo lường.
Dòng điện cũng như điện áp của các phần tử trong hệ thống điện thường có
trị số rất lớn, không thể đưa trực tiếp vào dụng cụ đo hoặc relay và các thiết bị tự
động khác, vì vậy các dụng cụ và thiết bị này thường được đấu nối qua máy biến
dòng và máy biến điện áp. Sau đây ta sẽ đi khái quát về máy biến dòng điện.
Tên thường gọi: BI, TI, CT - Current transformer.
1.1.1

Nhiệm vụ của máy biến dòng điện CT

- Biến đổi tỷ lệ dòng điện sơ cấp > thứ cấp (5A hoặc 1 A) theo tỷ số cho
trước.
- Cách ly mạch sơ cấp và thứ cấp.
- Tạo sự phối hợp dòng điện giữa các pha.
1.1.2

Nguyên lý hoạt động máy biến dòng - CT

Trái ngược với máy biến áp, máy biến dòng hoạt động ở chế độ ngắn mạch.
Dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ, thông qua mạch từ lõi thép biến đổi dịng
điện lớn phía sơ cấp sang dịng điện nhỏ cung cấp cho các phụ tải thứ cấp. Tổng
trở mạch ngoài của CT rất bé nên có thể xem CT ln làm việc trong trạng thái
ngắn mạch.


Hình 1.1 Sơ đồ cấu tạo của một biến dòng đo lường.

13


1.1.3

Sơ đồ thay thế của máy biến dòng

- Để thuận tiện cho việc nghiên cứu, người ta sử dụng sơ đồ thay thể của
một CT hoàn toàn tương tự với một máy biến áp như hình 1.2. ( Máy điện 1- Vũ
Gia Hanh)
- Do số vịng dây phía sơ cấp nhỏ, thường là 1 vịng nên có thể bỏ qua tổng trở
phía sơ cấp.

Hình 1.2 Sơ đồ thay thế của máy biến dòng đo lường.

Từ sơ đồ thay thế ta có:
𝑈̇1 =−𝐸̇1 + 𝐼1̇ 𝑍1

PT 1.1

𝑈′̇2 =𝐸′̇2 − 𝐼′̇2 (𝑍 ′ 2 + 𝑍 ′ 𝑡 )

PT 1.2

𝐼1̇ = 𝐼0̇ + (−𝐼′̇ 2 )

PT 1.3


Với 𝐸1̇ ; 𝑈1̇ ; 𝐼1̇ ; 𝑍1 tương ứng là sức điện động cảm ứng, điện áp, dòng điện
và tổng trở mạch sơ cấp.
𝐸′̇ 2 ; 𝑈′̇ 2 ; 𝐼′2̇ ; 𝑍′2 ; 𝑍′𝑡 tương ứng là sức điện động cảm ứng, điện áp, dòng
điện, tổng trở cuộn dây và tải mạch thứ cấp quy đổi.
𝐼0̇ là dịng điện từ hóa.
Với một biến dịng lý tưởng ta có:
𝐼2 = 𝐼1

𝐼𝑛2
𝐼𝑛1

PT 1.4

Trong đó
I2: Dịng điện thứ cấp của CT;
14


I1: Dòng điện sơ cấp của CT;
In2: Dòng điện thứ cấp danh định của CT;
In1: Dòng điện sơ cấp danh định của CT;
𝐼𝑛1
𝐼𝑛2
𝐼1
𝐼2

1.1.4

: Tỷ số biến đổi danh định của CT;


: Tỷ số biến đổi thực tế của CT.

Phân loại và thơng số của máy biến dịng điện

Máy biến dịng nói chung được phân chia thành nhiều chủng loại, vì vậy phải
nắm được chủng loại, thông số kỹ thuật của chúng là một việc hết sức quan trọng
trong thiết kế và sử dụng.
1.1.4.1. Phân loại:
Máy biến dòng được chia thành các loại chính dựa vào các đặc điểm như
sau:
-

Theo cấp điện áp: máy biến dòng cao thế, máy biến dòng trung thế, máy

biến dòng hạ thế.
-

Theo vật liệu cách điện: máy biến dịng khơ, máy biến dịng sử dụng dầu

cách điện, máy biến dịng cách điện khí.
-

Theo kết cấu: máy biến dòng một pha, máy biến dòng ba pha.

-

Theo chức năng: máy biến dòng đo lường, máy biến dòng bảo vệ, máy biến

dịng chuẩn…
1.1.4.2. Thơng số kỹ thuật:

Máy biến dịng có các thơng số chính như sau:
-

Cấp điện áp làm việc

-

Dòng điện sơ cấp danh định

-

Dòng điện thứ cấp danh định

-

Dung lượng danh định

-

Cấp chính xác…
Bảng 1.1 dưới đây trình bày một số so sánh giữa biến dòng đo lường và bảo

vệ để thấy sự khác nhau giữa các loại máy biến dòng.

15


Hạng mục so sánh

CT dùng cho đo lường


CT dùng cho bảo vệ

Phạm vi hoạt động

(0,05÷1,2)x In

tới (10-20-30…)x In

chính xác

(Đo dịng tải bình thường

(Đảm bảo đo được dịng

hoặc q tải cho phép)

sự cố)

Bão hòa nhanh để bảo vệ

Điện áp bão hòa (VK)

các dụng cụ đo khi sự cố,

cao hơn (khó bị bão

dịng điện tăng cao

hịa) để đảm bảo đo


Lõi từ

chính xác dịng điện
sự cố.
Độ chính xác

Độ chính xác cao

Độ chính các thấp hơn



0.2 hoặc 0.5 với chuẩn IEC

5P hoặc 10P theo



0.15 hoặc 0.3 hoặc 0.6

chuẩn IEC

với chuẩn IEEE
Thiết bị nối tới

kW, KVar, A,

Rơle, bộ ghi sự cố


kWh, kVArh…
Bảng 1.1 So sánh biến dòng đo lường và biến dòng bảo vệ
1.1.5

Cấu tạo, cuộn dây và lõi từ

Cấu tạo của CT rất khác nhau, tùy theo từng nhà sản xuất. Nhưng chúng có
chung những đặc điểm như sau:
-

Có thể thiết kế theo loại một tỷ số duy nhất, dùng cho một mục đích duy

nhất là bảo vệ hoặc đo lường.
-

Có thể thiết kế theo kiểu tổng hợp với nhiều tỷ số, nhiều cuộn dây thứ cấp

cho cả mục đích đo lường và bảo vệ.

16


Hình 1.3 Cấu tạo một số loại biến dịng đo lường
Các cuộn dây thứ cấp thường được quấn dạng dây quấn một lớp dải đều
trên lõi từ, lõi thép thường được sử dụng loại lõi thép hình xuyến để đảm sự đồng
đều từ thông, giảm tổn hao lõi thép.
CT thường có các dạng kết cấu như sau:
- Lõi từ và cuộn dây nằm trong thùng chứa thấp gần với đất (Dead tank
type), dây sơ cấp chạy uốn theo hình chữ U
- Lõi từ và cuộn dây nằm trong thùng chứa ở phía trên đỉnh (Live tank type),

dây thứ cấp thường chạy thẳng qua lõi từ.
- Loại hỗn hợp
Sau đây là chi tiết về từng loại
CT loại thùng chứa bên dưới (Dead tank)
- Trọng tâm thấp, ổn định về mặt cơ khí
- Có thể chế tạo với lõi từ loại to mà khơng gây q tải về mặt cơ khí đối
với sứ cách điện
- Dây sơ cấp có chiều dài lớn nên gây phát nóng nhiều hơn > hạn chế về
dịng ổn định nhiệt (lớn nhất 63kA/1 giây)
- Hình ảnh:

17


Hình 1.4 Cấu tạo một CT dạng Dead tank
CT loại thùng chứa bên trên (Live tank)
- Dây dẫn sơ cấp ngắn, giảm phát nhiệt
- Có dịng định mức và dịng ổn định nhiệt cao hơn
- Trọng tâm cao hơn, kém ổn định về mặt cơ khí so với loại thùng chứa dưới
(dead tank)
- Khi chế tạo với lõi từ lớn có thể gây tải trọng lớn về mặt cơ khí đối với sứ
cách điện.
- Khó làm mát các cuộn thứ cấp.
- Hình ảnh:

18


Hình 1.5 Cấu tạo một CT dạng Live tank
1.2 Các loại biến dòng đo lường chuẩn và các yếu tố gây sai số.

1.2.1

Biến dòng đo lường chuẩn

Tất cả các loại biến dịng, dù được sử dụng với mục đích đo lường hay bảo
vệ, đều cần phải làm việc ổn định, tin cậy và đặc biệt là đảm bảo độ chính xác.
Một trong những thông số quan trọng nhất của biến dịng là cấp chính xác.
Cấp chính xác nói lên khả năng gây ảnh hưởng của biến dòng đến kết quả của phép
đo dịng điện phía sơ cấp.
Để có thể kiểm tra, xác định sai số của biến dòng, theo IEC 60044-1 (đã
được thay thế bởi IEC 61869-1); TCVN 7699-1; ĐLVN 18: 2009… việc xác định
sai số của biến dòng được thực hiện bằng việc so sánh với biến dòng đo lường
chuẩn (mẫu).
Biến dòng đo lường chuẩn (mẫu) là một loại máy biến dịng đặc biệt, có cấp
(độ) chính xác cao hơn nhiều lần so với các loại biến dịng thơng thường, dùng để
hiệu chuẩn, kiểm định, thử nghiệm hay xác định sai số của các loại máy biến dòng
khác. Cấp (độ) chính xác của biến dịng đo lường chuẩn thường được sử dụng tại
Việt Nam hiện nay là từ 0,1 đến 0.02S.

19


Hình 1.6 Hình ảnh một biến dịng do lường chuẩn của EPRO
1.2.2

Các loại biến dịng đo lường chuẩn.

Từ cơng thức PT 1.1; PT 1.2; PT 1.3, ta nhận thấy rằng những nguyên nhân
chính gây nên sai số cho một biến dòng là tải ở mạch thứ cấp Z’t và nội trở của
cuộn dây thứ cấp Z’2, cùng với đó là dịng điện từ hóa.

Chính ảnh hưởng và cách loại trừ ảnh hưởng từ các yếu tố này đã dẫn đến
các loại biến dòng đo lường chuẩn khác nhau.
1.2.2.1. Biến dòng đo lường chuẩn cơ bản.
Đặc trưng của loại biến dòng đo lường chuẩn này là cấp (độ) chính xác thấp,
thường đến 0,1 hoặc tối đa là 0,05.
Được áp dụng các biện pháp thiết kế nhằm giảm thiểu nội trở của cuộn dây
thứ cấp, giảm tổn hao lõi thép bằng các q trình cơng nghệ ủ, sử dụng với tải thứ
cấp nhỏ.
Thường thấy ở các loại biến dòng đo lường chuẩn của Liên Xơ cũ.
1.2.2.2. Biến dịng đo lường dạng two- stage [2].
Được mô tả lần đầu bởi H.B Brooks năm 1922, biến dòng đo lường dạng
two- stage đem lại những hiệu quả vượt quá mong đợi. Khi đem lại độ chính xác
cao vượt trội cho các biến dịng đo lường chuẩn so với các loại thông thường.

20