Dòng điện khởi động trong máy biến áp là gì và nguyên nhân gây ra nó?

1. Dòng điện khởi động là gì?
Dòng điện khởi động, còn được gọi là dòng điện từ hóa, đề cập đến dòng điện tăng vọt nhất thời xảy ra trong cuộn sơ cấp của máy biến áp tại thời điểm máy biến áp được cấp điện mà không tải (nghĩa là khi một cuộn dây được nối với nguồn điện và cuộn dây còn lại mở). Đỉnh hiện tại này ban đầu rất cao nhưng phân rã nhanh chóng.
Độ lớn của dòng điện này lớn hơn nhiều so với dòng điện định mức của máy biến áp, có khi đạt tới gấp 5 đến 15 lần dòng điện định mức (đối với máy biến áp lớn thậm chí có thể đạt tới 20 lần). Tuy nhiên, thời lượng của nó rất ngắn, thường giảm dần về dòng không-tải thông thường (thường chỉ bằng 0,5% đến 2% dòng định mức) trong vòng hàng chục đến hàng trăm mili giây.
Nói một cách đơn giản, nó giống như việc đột ngột mở van nước của một hồ nước trống rỗng khổng lồ: lúc đầu, có một lượng nước dâng trào lớn, nhưng nó nhanh chóng ổn định lại. Dòng nước tràn vào chính là 'nước dâng trào lớn'.

2. Nguyên nhân gây ra dòng điện khởi động?
Nguyên nhân cơ bản của dòng điện khởi động liên quan đến sự tương tác của hai yếu tố chính:

• - Độ bão hòa từ của lõi máy biến áp
• - Tính ngẫu nhiên của mômen chuyển mạch (pha điện áp)

3. Đặc điểm chính của dòng điện khởi động

• - Cường độ rất lớn: Có thể đạt tới 5-15 lần dòng định mức.
• - Chứa một lượng lớn các thành phần không-định kỳ (DC) và sóng hài cao hơn: Dạng sóng lệch đáng kể so với sóng hình sin, lệch về phía trục thời gian, với hàm lượng sóng hài bậc hai cao. Đặc tính này thường được sử dụng trong bảo vệ rơle để phân biệt giữa dòng khởi động và dòng sự cố.
• - Suy giảm nhanh: Do điện trở trong cuộn dây, thành phần DC nhất thời suy giảm theo cấp số nhân. Dòng điện khởi động thường phân rã trong vòng 0,1-0,5 giây. Công suất máy biến áp càng lớn thì thời gian phân rã càng lâu.
• - Độ không chắc chắn: Độ lớn của dòng điện khởi động phụ thuộc vào pha điện áp và từ tính dư của lõi tại thời điểm đóng, cả hai đều là ngẫu nhiên. Do đó, cường độ và dạng sóng của dòng khởi động có thể thay đổi sau mỗi lần đóng.

4. Ảnh hưởng của dòng điện xâm nhập và biện pháp đối phó
Các hiệu ứng:

• - Có thể kích hoạt hoạt động sai của bảo vệ vi sai máy biến áp hoặc bảo vệ quá dòng, dẫn đến lỗi đóng.
• - Tạo ra lực điện động lớn, có thể làm biến dạng hoặc làm hỏng cuộn dây.
• - Gây sụt áp trong lưới điện, ảnh hưởng đến hoạt động của các thiết bị khác trên cùng một bus.

Biện pháp đối phó:
- Công nghệ nhận dạng rơ-le: Sử dụng tính năng dòng điện khởi động có chứa một lượng lớn sóng hài thứ hai, 'hạn chế sóng hài thứ hai' có thể được đặt trong bảo vệ vi sai để ngăn chặn sự ngắt sai.
- Điều khiển pha đóng (công nghệ chuyển mạch đồng bộ hóa): Bằng cách đóng công tắc ở mức điện áp cao nhất bằng công tắc thông minh, thông lượng ở trạng thái ổn định ban đầu-bằng 0, có thể giảm thiểu dòng điện khởi động.
- Đóng bằng điện trở nối tiếp: Đầu tiên, nối mạch thông qua một điện trở để hạn chế dòng điện khởi động, sau đó làm ngắn mạch-điện trở đó bằng cầu dao.

Dòng điện khởi động máy biến áp xảy ra khi mạch đóng ở những thời điểm không thuận lợi, chẳng hạn như tại điểm giao nhau-điện áp bằng 0, kết hợp với từ tính dư trong lõi, dẫn đến từ thông nhất thời vượt xa giá trị bình thường, gây bão hòa sâu trong lõi và tạo ra dòng điện tức thời cực lớn. Đó là hiện tượng điện từ cố hữu của máy biến áp chứ không phải lỗi.