Những thông số phải đối chiếu khi chọn CT cho bảo vệ

Chọn máy biến dòng (CT) cho bảo vệ không thể dừng ở tỷ số 600/1 A hay nhãn 5P20. Một CT chỉ làm việc đúng khi tỷ số, dòng thứ cấp, cấp chính xác, tải thứ cấp, khả năng bão hòa, khả năng chịu ngắn mạch và giao diện với rơle đều phù hợp cùng một sơ đồ bảo vệ. Sai ở một dữ liệu có thể làm rơle nhìn thấy dòng nhỏ hơn thực tế trong lúc sự cố, tác động chậm, mất chọn lọc hoặc tác động nhầm khi sự cố ngoài vùng.

Bài viết đưa ra quy trình đối chiếu cho trạm và feeder 22–35 kV. Ví dụ dùng số giả định để kiểm đơn vị, không phải thông số mua hàng hoặc chỉnh định cho một dự án. Giá trị cuối cùng phải lấy từ tính toán ngắn mạch được duyệt, manual đúng mã rơle, bản dữ liệu CT của nhà sản xuất và triết lý bảo vệ đã thống nhất.

1. Trả lời ngắn: cần đối chiếu những thông số nào?

Danh sách trên phải được đọc cùng bộ dữ liệu đầu vào cho phối hợp bảo vệ trung thế. CT không phải thiết bị độc lập với rơle: điều cần chứng minh là toàn bộ chuỗi dòng sơ cấp → lõi CT → dây thứ cấp → test block → đầu vào rơle → thuật toán bảo vệ làm việc đúng trong các tình huống đã định.

2. Bắt đầu từ chức năng bảo vệ, không bắt đầu từ catalogue CT

Mỗi lõi phải có nhiệm vụ rõ ràng: quá dòng pha, chạm đất, so lệch máy biến áp, so lệch thanh cái, bảo vệ khoảng cách, đo lường hay ghi sự cố. Một tỷ số có thể phù hợp quá dòng nhưng chưa chắc phù hợp so lệch. Một lõi đo lường có thể cho sai số tốt quanh dòng tải nhưng chủ động bão hòa để bảo vệ công tơ; đặc tính đó không thể mặc nhiên dùng cho bảo vệ cần tái tạo dòng sự cố lớn.

Ma trận chức năng nên ghi: mã lõi; thiết bị được bảo vệ; rơle và input; phần tử 50/51, 50N/51N, 87T, 87B hoặc chức năng khác; vùng bảo vệ; dòng tải lớn nhất; dòng sự cố qua lớn nhất; dòng sự cố trong vùng nhỏ nhất; thời gian clearing; yêu cầu transient; và tài liệu OEM dùng để chọn CT. Nếu một lõi cấp nhiều thiết bị, phải cộng đúng burden và đánh giá ảnh hưởng khi một nhánh được tháo để thử.

Đối với sơ đồ so lệch, tỷ số, cực tính, kết nối, đặc tính từ hóa và sai số giữa các CT hai phía phải được phối hợp. Không chỉ “chọn cùng class” rồi coi là tương đương. Với bảo vệ chạm đất nhạy, cần phân biệt phép cộng dòng ba pha từ ba CT với core-balance CT; dòng từ hóa, sai số và cách đi cáp PE qua cửa sổ có thể quyết định độ nhạy thực tế.

3. Chọn tỷ số CT từ cả tải và sự cố

Dòng sơ cấp danh định nên cao hơn dòng vận hành liên tục lớn nhất với biên hợp lý cho quá tải dự kiến và tăng trưởng đã phê duyệt, nhưng không nên lớn đến mức dòng sự cố nhỏ chỉ còn là phần rất nhỏ của dòng thứ cấp. Tỷ số quá cao làm giảm độ phân giải và có thể khiến phần tử chạm đất/overcurrent không đạt độ nhạy mong muốn. Tỷ số quá thấp có thể làm CT mang dòng liên tục vượt mức, tăng nhiệt và thu hẹp khoảng vận hành.

Với máy biến áp, dòng định mức ba pha kiểm tra theo:

I = S/(√3·U).

Cần dùng đúng phía điện áp và công suất liên tục cho trường hợp đang xét. Bài tính dòng hai phía trạm 22/0,4 kV minh họa cách kiểm đơn vị trước khi đưa số vào bảng thiết bị. Dòng tải không phải dữ liệu duy nhất: CT bảo vệ còn phải nhìn đúng dòng ngắn mạch và đáp ứng triết lý bảo vệ.

Nếu CT có nhiều nấc, hồ sơ phải ghi nấc được sử dụng, terminal tương ứng và thông số class/burden ở nấc đó. Không giả định nameplate tại full ratio áp nguyên vẹn cho mọi tap. Bản vẽ, test sheet và cài đặt rơle phải cùng một tỷ số; việc đổi tap hiện trường mà không cập nhật setting là sai khác nghiêm trọng.

4. Dòng thứ cấp 1 A hay 5 A?

Cùng một điện trở mạch dây, burden do dây dẫn được tính bằng S = I²R. Vì vậy 5 A tạo burden lớn gấp 25 lần 1 A trên cùng điện trở. Với tuyến CT–rơle dài, 1 A thường giảm đáng kể burden và điện áp yêu cầu ở CT. Tuy nhiên không được đổi 5 A thành 1 A chỉ dựa trên phép so sánh này: input rơle, test block, thiết bị hiện hữu, phụ kiện và quy trình thử phải tương thích.

Cũng cần kiểm tra khả năng chịu hở mạch và cách thao tác test block. Thứ cấp CT đang mang dòng không được để hở; điện áp nguy hiểm có thể xuất hiện và từ dư có thể thay đổi. Quy trình cô lập, shorting link, nối đất một điểm và kiểm tra hết năng lượng phải được phê duyệt trước khi can thiệp.

5. Tính burden thực của mạch thứ cấp

Burden không chỉ là VA ghi trên rơle. Mạch thực gồm điện trở cuộn CT, dây đi và về theo sơ đồ đấu, terminal, test switch, đồng hồ/rơle dùng chung và các tiếp điểm. Với dây đồng tiết diện đều, có thể screening:

Rlead = ρ·L/A, trong đó L là tổng chiều dài dòng điện đi qua, không phải luôn bằng khoảng cách một chiều; A tính bằng mm² nếu ρ dùng Ω·mm²/m.

Ví dụ giả định: CT cách tủ rơle 35 m, mạch hai dây dùng 2,5 mm² đồng, lấy ρ ở 75 °C bằng 0,0216 Ω·mm²/m theo application note của ABB. Tổng chiều dài đi–về 70 m:

Rlead = 0,0216 × 70 / 2,5 = 0,6048 Ω.

Với thứ cấp 1 A, burden dây là 1² × 0,6048 = 0,605 VA. Nếu input rơle giả định 0,05 VA, bỏ qua terminal/test block để minh họa thì burden ngoài CT tối thiểu đã là 0,655 VA. Với 5 A và giữ nguyên dây, riêng burden dây thành 25 × 0,6048 = 15,12 VA. Đây là lý do phải tính bằng chiều dài, tiết diện và nhiệt độ thực; không lấy một con số “2,5 VA” truyền miệng.

Kiểm độc lập: 0,0216 × 70 = 1,512; chia 2,5 được 0,6048 Ω. Tỷ lệ burden 5 A/1 A là 25 vì bình phương tỷ số dòng. Ví dụ chưa tính điện trở tiếp điểm, sai số nhiệt độ ngoài giả định, đường về theo nối sao hoặc shared return, nên không dùng làm giá trị thiết kế.

6. Cấp 5P/10P và ALF nói điều gì?

Với lớp bảo vệ P, ký hiệu thường gắn sai số tổng hợp cho phép và accuracy limit factor tại burden định mức. Ví dụ 5P20 không có nghĩa CT luôn tái tạo mọi dòng bằng 20 lần dòng định mức trong mọi mạch thực. ALF danh định đi cùng burden định mức và điều kiện thử; burden thực, điện trở cuộn, từ dư, X/R và DC offset ảnh hưởng khả năng tái tạo dòng.

Giả sử tỷ số 600/1 A và dòng sự cố qua cực đại đối xứng 8 kA. Bội số sơ cấp là 8.000/600 = 13,33. So sánh sơ bộ với ALF 20 cho thấy bội số đối xứng nằm dưới giá trị danh định, nhưng chưa đủ để kết luận PASS. Cần kiểm burden thực so với burden định mức, thành phần không chu kỳ, thời gian rơle cần waveform đúng, từ dư và yêu cầu OEM. Một nhãn 5P20 có thể phù hợp cho overcurrent này nhưng không tự chứng minh phù hợp differential hoặc high-impedance.

IEC TR 61869-100 cung cấp hướng dẫn ứng dụng CT cảm ứng cho bảo vệ và phân tích phản ứng với tín hiệu ngắn mạch đơn giản/chuẩn hóa. Hồ sơ nên ghi rõ phương pháp và mức trừu tượng được dùng; không sao chép một công thức của thiết bị khác thành quy tắc chung.

7. Khi nào cần class PX và dữ liệu điểm gối?

Các sơ đồ yêu cầu đặc tính từ hóa xác định, điển hình một số ứng dụng so lệch hoặc high-impedance, có thể cần class PX hoặc yêu cầu tương đương do nhà chế tạo rơle nêu. Khi đó các dữ liệu như tỷ số vòng dây, điện trở thứ cấp Rct, điện áp điểm gối Vk và dòng từ hóa tại các điện áp quy định trở thành đầu vào chính.

Không được thay một yêu cầu PX bằng 5P20 chỉ vì cùng có chữ “protection”. Ngược lại, không yêu cầu Vk rất cao theo thói quen nếu manual rơle và nghiên cứu hệ thống không cần; CT lớn hơn làm tăng kích thước, chi phí và có thể tạo khó khăn cho tủ. Công thức chọn Vk hoặc stabilizing resistor phải lấy từ đúng sơ đồ, đúng manual và đúng cấu hình dây.

Với differential hai phía, cần kiểm matching, tỷ số quy đổi, vector group, CT connection, bias/slope, inrush restraint và maximum through-fault. Với high-impedance, điện áp ổn định và thermal rating của resistor/Metrosil nếu có phải được tính theo manual. Không đưa trị số ví dụ vào hồ sơ mua hàng khi chưa khóa rơle.

8. Chịu nhiệt và chịu động khi ngắn mạch

CT phải chịu được dòng ngắn mạch về nhiệt trong thời gian clearing và lực điện động đỉnh. Đầu vào gồm dòng ngắn mạch tại vị trí CT, thời gian bảo vệ chính và dự phòng, khả năng breaker failure, X/R và đỉnh bất đối xứng. Nameplate/datasheet cần nêu rated short-time thermal current và rated dynamic current theo tiêu chuẩn áp dụng.

Không dùng dòng breaking của máy cắt làm thay dòng chịu nhiệt CT. Cũng không chỉ kiểm bảo vệ chính 100 ms nếu breaker-failure hoặc backup có thể kéo dài lâu hơn. Nếu dòng ngắn mạch thay đổi do tăng công suất nguồn hoặc song song máy biến áp, phải cập nhật cả protection study và CT duty.

9. Cách điện, cơ khí và điều kiện môi trường

CT trong tủ trung thế, CT bushing và CT ngoài trời có yêu cầu khác nhau. Hồ sơ mua hàng cần khóa Um, mức chịu xung/sóng tần số công nghiệp theo insulation coordination, khoảng cách rò theo môi trường, indoor/outdoor, nhiệt độ, độ cao, độ ẩm/ngưng tụ, cấp bảo vệ, rung và giới hạn kích thước.

Với CT cửa sổ hoặc core-balance, kiểm đường kính ngoài cáp, số cáp qua cửa sổ, bán kính uốn và cách đi PE/màn chắn. Sai cách luồn dây PE có thể tạo dòng dư giả hoặc làm mất dòng cần đo. GA tủ phải thể hiện hướng P1/P2, vị trí terminal và không gian cho test block/shorting link.

10. Đấu dây, cực tính và nối đất thứ cấp

• Đánh dấu P1/P2 và S1/S2 nhất quán với sơ đồ dòng công suất và convention của rơle.
• Chỉ nối đất mạch thứ cấp CT tại điểm đã thiết kế để tránh vòng dòng không mong muốn.
• Dùng terminal có chức năng shorting và test phù hợp; dán nhãn lõi, pha, tỷ số, terminal và thiết bị nhận.
• Không dùng chung lõi bảo vệ/đo lường nếu specification và burden study chưa cho phép.
• Đo thông mạch và cực tính trước khi cấp dòng; kiểm phase mapping từ primary tới relay display.

Sai cực tính ở overcurrent có thể khó thấy khi tải cân bằng, nhưng trở thành lỗi rõ trong residual/differential. Vì vậy SAT không chỉ “bơm từng pha thấy rơle có dòng”; cần kiểm vector, magnitude, phase association và logic trip theo test plan.

11. Hồ sơ FAT, SAT và commissioning cần giữ

Tiêu chí nghiệm thu phải truy được về IEC áp dụng, specification và manual đúng model. Không bịa điện áp thử, dòng từ hóa, sai số, mô-men hoặc thời gian giữ. Trước khi test, áp dụng permit, LOTO, rào chắn và đánh giá nguồn năng lượng; thứ cấp CT đang mang dòng phải được short an toàn trước khi tháo rơle.

12. Quy trình rà soát kỹ thuật trước phát hành mua hàng

1. Khóa SLD, vị trí CT, chức năng từng lõi và ranh giới bảo vệ.
2. Nhận short-circuit study có dòng cực đại/cực tiểu, X/R và clearing time.
3. Khóa load current, overload và tăng trưởng đã được duyệt.
4. Chọn ratio sơ bộ; kiểm độ nhạy bảo vệ và phạm vi input rơle.
5. Chọn 1 A/5 A theo hệ thống hiện hữu và burden study.
6. Tính toàn bộ burden theo chiều dài, tiết diện, nhiệt độ và thiết bị.
7. Áp tiêu chí P/PX/transient đúng chức năng và manual rơle.
8. Kiểm thermal/dynamic short-circuit duty và insulation/environment.
9. Đồng bộ GA, schematic, terminal plan, cable schedule, setting file và test plan.
10. Phát hành datasheet có giả định/open points; không cho mua hàng khi đầu vào quyết định còn UNKNOWN.

13. Những lỗi cần bắt trong review

• Chọn CT theo dòng tải nhưng không kiểm fault multiple.
• Dùng burden nameplate rơle mà bỏ điện trở dây và test block.
• Ghi 5P20 nhưng không ghi burden định mức hoặc lõi áp dụng.
• Dùng cùng một lõi cho đo đếm và bảo vệ mà không có study.
• Không phân biệt 1 A và 5 A trong setting/rating.
• Đảo P1/P2 hoặc S1/S2 giữa bản vẽ và hiện trường.
• Để thứ cấp hở khi primary đang mang dòng.
• Chọn class PX mà thiếu Vk, Rct, Ie và turns ratio requirement.
• Chỉ thử secondary injection, không kiểm primary-to-relay mapping.
• Thay relay/đường dây nhưng không tính lại burden và CT adequacy.

14. Câu hỏi thường gặp

CT 5P20 có luôn tốt hơn 5P10 không?

Không thể kết luận chỉ từ ALF lớn hơn. Phải xét burden định mức/thực, ratio, kích thước, transient, chức năng bảo vệ và yêu cầu rơle.

Có thể dùng lõi đo lường cho bảo vệ không?

Chỉ khi thiết kế, tiêu chuẩn và OEM chứng minh phù hợp. Lõi đo lường thường có mục tiêu sai số và bão hòa khác lõi bảo vệ.

Burden rơle rất nhỏ thì có thể bỏ tính dây không?

Không. Với tuyến dài hoặc thứ cấp 5 A, burden dây có thể lớn hơn input rơle nhiều lần.

Khi thay rơle số mới có cần kiểm lại CT?

Có. Input impedance có thể giảm nhưng chức năng, sampling, transient, setting và yêu cầu class có thể khác. Phải kiểm toàn chuỗi.

Primary injection có thay mọi thử nghiệm khác không?

Không. Nó kiểm tốt đường primary-to-relay nhưng vẫn cần test theo phạm vi: cực tính, tỷ số, insulation, secondary circuit, logic, trip path và setting.

15. Kết luận cho chủ đầu tư và kỹ sư

Một CT phù hợp là kết quả của ma trận hệ thống–bảo vệ–rơle–dây dẫn–thiết bị, không phải dòng mô tả ngắn trên BOQ. Hồ sơ tốt phải cho người review truy ngược được từ class/tỷ số về chức năng bảo vệ, dòng sự cố, burden, transient, khả năng chịu ngắn mạch và kế hoạch thử.

Nếu QuangAnhcons được cung cấp SLD, short-circuit study, datasheet rơle, chiều dài/tiết diện dây và yêu cầu đấu nối, đội kỹ thuật có thể lập bảng đối chiếu CT, terminal plan, ITP và test pack ở mức hồ sơ dự án. Không nên phát hành mua hàng khi ratio, class hoặc burden vẫn dựa trên giả định chưa có chủ sở hữu xác nhận.