一、概述

在電力系統(tǒng)中，高電壓和大電流是不能直接測量的，一般只能借助于類似變壓器的電壓互感器或電流互感器，把高電壓、大電流變換成低電壓、小電流，再供給測量儀表及繼電器的線圈使用。這樣，就可以使測量儀表與高壓電路絕緣，保證工作人員的人身安全，擴(kuò)大儀表量程。

互感器和變壓器原理完全一樣，如圖8－7所示。電流互感器匝數(shù)少的原繞組與待測電路串聯(lián)，匝數(shù)多的副繞組與電流表相連。當(dāng)鐵心未飽和時，互感器的電流比和電壓比可以用下式來計(jì)算：

（一般電流互感器的I₂＝5A）　　　　　（8－1）

（一般電壓互感器的U₂＝100V）　　　?。?－2）

圖8－7　互感器作用原理示意圖

由此可見，我們只需要一只考慮放大K_I或K_U倍值刻度的電流表或電壓表同一個專用的電流互感器或電壓互感器配套使用，即可直接讀出大電流或高電壓值，即

　　　　　　　　　　　　　?。?－3）

　　　　　　　　　　　　　（8－4）

互感器雖與變壓器相似，但從兩者的用途來看，變壓器除了用來變壓和有時變相外，主要用于傳輸電能，而互感器則是把原邊電路的電壓、電流準(zhǔn)確地反映給副邊電路。所以，電力機(jī)車上的互感器在結(jié)構(gòu)和要求上都與電力變壓器有所區(qū)別。其主要特點(diǎn)如下：

(1)電流互感器的原繞組同主電路串聯(lián)，通過原邊的電流就是主電路的負(fù)載電流I_l，與副邊電流I₂無關(guān)；而電力變壓器的原邊電流卻是隨副邊電流的改變而改變的。

(2)由于串接在電流互感器副邊的測量儀表或繼電器電流線圈的阻抗都很小，所以，電流互感器的正常工作狀態(tài)接近于短路狀態(tài)，這也是同變壓器不同的。

電流互感器原邊額定電流I_1e與副邊額定電流I_2e(一般均為5A)之比稱為互感器的額定電流比，即：

　　　　　　　　　　　?。?－5）

式中  K_e－－額定電流比，注明在銘牌上；

 　　W1、W2－－原、副邊繞組匝數(shù)。

電流互感器在運(yùn)行中由于勵磁和鐵心損耗，需要很小一部分勵磁電流，因而實(shí)測的原、副邊電流比K就不能在各種負(fù)載下都等于額定電流比K_e。如果實(shí)測的副邊電流為I₂，原邊電流仍用K_e·I₂來計(jì)算，則計(jì)算結(jié)果與實(shí)際的原邊電流I₁間就會存在誤差，這個誤差通常用百分比表示為：

　　　　　?。?－6）

除了比差外，勵磁電流還會引起原、副邊電流的相角差。相角差是指實(shí)測的原邊電流相量與反轉(zhuǎn)180°后的副邊電流相量間的夾角，用“分”來表示。

作為測量用的電流互感器，其比差和角差直接影響到測量結(jié)果的正確程度，因此，比差和角差是這種互感器的最主要特性。比差和角差不但隨原邊電流的變化而略有改變，而且還隨副邊電路的負(fù)載阻抗Z₂的增大而增加。因此，同一電流互感器可能以幾種不同的準(zhǔn)確度級工作。為了限制誤差范圍，對每一個電流互感器都規(guī)定了一個額定的負(fù)載，并標(biāo)注在銘牌上。所謂額定負(fù)載是指電流互感器誤差不超過某一范圍的副邊最大負(fù)載，以“Ω”表示。

用于短路保護(hù)的電流互感器，由于短路時原邊繞組中流過的電流大大超過額定電流，致使磁路飽和，誤差大大增加。所以，這種用途的互感器的主要特性是飽和倍數(shù)，而不是角差。所謂飽和倍數(shù)，就是當(dāng)原邊電流超過額定值并繼續(xù)增加到使比差恰等于負(fù)的10％的原邊電流同額定電流之比，用額定原邊電流的倍數(shù)來表示。

 如果由于某種原因，電流互感器的副邊未接入儀表或繼電器，必須將互感器副邊繞組短接，也就是說，電流互感器在使用時，其副邊只能短路而不能開路。因?yàn)樵谡＿\(yùn)行時，電流互感器的勵磁安匝僅為原邊安匝的很小部分，其絕大部分用于與副邊的安匝平衡。如果副邊開路，則抵消一次側(cè)線圈的安匝I₂·W₂為零，此時，原邊安匝全部用于激磁，使磁通增加，便會造成以下后果：

(1)鐵心因強(qiáng)烈磁化而產(chǎn)生剩磁，增加測量誤差；

(2)副邊繞組出現(xiàn)很高的尖峰電壓，危及工作人員的安全和測量儀表的絕緣；

(3)使鐵心的鐵耗猛增而過熱，甚至燒壞互感器。

為保證工作人員安全，還必須將電流互感器的外殼和副邊繞組的一端可靠接地，以防原、副邊繞組間絕緣一旦損壞，原邊的高壓竄入低壓的副邊，引起觸電和儀表損壞。

電流互感器有以下幾種分類方式：

(1)按原邊繞組所用電流種類分，有交流電流互感器和直流電流互感器。

(2)按原邊繞組電壓等級分，有高壓電流互感器和低壓電流互感器。

(3)按用途分，有保護(hù)級電流互感器和測量級電流互感器。

各種互感器在SS4G型、SS8型電力機(jī)車上的使用情況如表8－4所示，現(xiàn)分別介紹如下。

表8－4　互感器在SS4G型、SS8型電力機(jī)車上的使用情況

 

序號	機(jī)型	電路代號	名    稱	型    號	規(guī)    格	數(shù)量
1	SS4G	6TV	高壓電壓互感器	TBYl－25	25 000V/100 V	1
2		7TA	高壓電流互感器	TBLl－25	200 A/5 A	l
3		9TA	低壓電流互感器	LQG－0.5	300 A/5 A	1
4		100TV	PFC用電壓互感器		100 V/10 V	1
5		109TV	PFC主變壓器原邊電流測量用電壓互感器	LMZJ－0.5(Y)	300 A/2 V	1
6		118TA、128TA 158TA、168TA	PFC過流保護(hù)用 電壓互感器	LMZJ－0.5(Y)	800 A/2 V	4
7		176TA、177TA 186TA、187TA	主變壓器次邊短路保護(hù)用電流互感器	LMZJ－0.5(Y)	3 000 A/10 V	4
1	SS8	1TV	高壓電壓互感器	TBYl－25		1
2		1TA	高壓電流互感器	TBLl－25	200 A/5 A	1
3		2TA	低壓電流互感器	LQGS－0.5	300 A/5 A	1
4		3TA、4TA 5TA、6TA	交流電流互感器	LMZJS－0.5	500 V，3 000 A/10 V	4
5		7TA	電流互感器			1
6		8TA	電流互感器			1

二、TBL1－25型高壓電流互感器

TBL1－25型高壓電流互感器與JL14－20J型交流電流繼電器配合，作機(jī)車主電路原邊短路保護(hù)。它是一種穿墻式電流互感器，位于機(jī)車車頂，處于主變壓器原邊繞組的進(jìn)線端。其原繞組(一次線圈)與主變壓器原邊繞組A端串聯(lián)，將車外高壓電引入車內(nèi)，副繞組(二次線圈)接JL14－20J型交流電流繼電器。TBLl－25型高壓電流互感器屬保護(hù)級電流互感器，要求它具有良好的過電流工作特性和較大的飽和倍數(shù)。其型號意義為：

T――鐵路機(jī)車用；

B――互感器（變換器）；

L――電流；

1――設(shè)計(jì)序號；

25――原邊繞組額定電壓（單位：kV）。

圖8－8　TBL1－25型高壓電流互感器

1－瓷套；2－環(huán)氧樹脂；3－半法蘭；4－二次線圈；

5－環(huán)形鐵心；6－護(hù)罩；7－一次線圈（單匝）；8－接線座。

TBL1－25型高壓電流互感器的結(jié)構(gòu)如圖8－8所示。它的一次線圈就是穿過瓷套管1的導(dǎo)電桿7(單匝)，用φ16 mm銅棒制成；桿7的兩端有螺紋，可裝螺母，用來連接載流導(dǎo)線；其戶外端為L₁，接主斷路器，戶內(nèi)端為L₂，接主變壓器原邊繞組的A端，將高壓電從車頂外引入車內(nèi)。二次線圈有40匝，用φ2.1 mm雙玻璃絲包圓銅線均勻地繞在環(huán)形鐵心5的圓周上，其抽頭標(biāo)記為K₁、K₂。鐵心5用0.35 mm厚的QDl51－35冷軋鋼片卷繞而成。二次線圈和鐵心同裝在由兩個鋁制半法蘭3拼成的法蘭盤中。兩個半法蘭是接地的，它們用螺栓連成一體，下部再用薄鋼板制成的護(hù)罩6蓋緊，使二次線圈在高電場下得到屏蔽。二次線圈與法蘭盤、護(hù)罩間用絕緣紙圈來絕緣。在法蘭盤內(nèi)徑與穿墻套管1的中部澆注了環(huán)氧樹脂2，使成一體，然后再在瓷套澆注部位的外側(cè)用銅絲加繞了一個短路匝，短路匝的兩端固定在半法蘭上，用以保證瓷瓶的澆注部分接地良好。最后，整個互感器通過法蘭盤固定在主變壓器上方的機(jī)車頂蓋上。

在使用該型高壓電流互感器時，應(yīng)保持瓷瓶清潔、無裂紋，兩個半法蘭接縫處的密封良好，防止雨水滲進(jìn)二次線圈，定期檢查二次線圈對地絕緣電阻，如果二次線圈受潮或有進(jìn)水現(xiàn)象，應(yīng)進(jìn)行干燥處理。

TBL1－25型高壓電流互感器主要技術(shù)參數(shù)

額定電流比…………………………………………………………………………200／5

額定電壓 …………………………………………………………………………25 000V

額定負(fù)載(cosφ=0.8)………………………………………………………………1.6Ω

準(zhǔn)確級次……10級(即一次側(cè)電流為額定值的50％一120％范圍內(nèi)，比差為±10％)

飽和倍數(shù) …………………………………………………………………………………6

瓷套管型號…………………………………………………………………CWB－35／400

冷卻方式…………………………………………………………………………空氣自冷

質(zhì)量………………………………………………………………………………約95 kg

三、LQG－0.5型低壓電流互感器

圖8－9　LQG－0.5型低壓電流互感器

1－一次線圈；2－二次線圈；3－接地螺栓；4－鐵心；5－鐵心下夾件；6－磁分路。

LQG－0.5型低壓電流互感器與電度表配合，用于測量機(jī)車所消耗的電量。它的一次線圈與主變壓器原邊繞組的接地端X端子串聯(lián)后接地，即該互感器一次側(cè)流過的電流為網(wǎng)側(cè)繞組的電流；副邊繞組接電度表。它是測量級電流互感器。其型號意義為：

L――電流互感器；

Q――線圈式；

G――改進(jìn)設(shè)計(jì)；

0.5――準(zhǔn)確度級。

低壓電流互感器的結(jié)構(gòu)如圖8－9所示。鐵心4由條形硅鋼片迭成。二次線圈2分別套在兩個鐵心柱上，其線頭接于膠木接線座上，出線端標(biāo)記為K₁、K₂。一次線圈1由銅帶繞成，外部用紗帶扎緊后作浸漆處理，它布置在一個心柱的二次線圈以外，在其外側(cè)有幾片硅鋼片并接在鐵心上作為磁分路6，用以防止磁路飽和，補(bǔ)償誤差，其首末端標(biāo)號為L₁、L₂。鐵心下夾件5用鋼板沖成，并作為安裝底座，其上備有安裝孔。上夾件中有一根稍長，在其凸出的一端裝有接地螺栓3，另一夾件上裝有接線座。

LQG－0.5型低壓電流互感器主要技術(shù)參數(shù)

額定電流比…………………………………………………………………………300/5

額定負(fù)載(COSφ=0.8) ……………………………………………………………0.4Ω

準(zhǔn)確級次………………………………………………………………………………0.5

原邊電流為額定電流的100%～200%時：

比差 ………………………………………………………………………………±0.5%

角差 ………………………………………………………………………………±40分

質(zhì)量………………………………………………………………………………約1.7kg

四、LMZJ系列電流互感器

LMZJ－0.5(Y)型電流互感器是在LMZJ－0.5型電流互感器的基礎(chǔ)上加以改進(jìn)而派生的，主要是將互感器的二次側(cè)電流信號輸出改為電壓信號輸出。技術(shù)參數(shù)見表8－5。

表8－5　LMZJ系列電流互感器主要技術(shù)參數(shù)

 

型    號	LMZJ－0.5	LMZJ－0.5（Y）
規(guī)格	3 000 A/1 A	3 000 A/10 V	800 A/2 V	300 A/2 V
一次側(cè)額定電流(A)	3 000	3 000	800	300
二次側(cè)額定電壓(V)		10	2	2
準(zhǔn)確級次	0.5	0.5	0.5	0.5
額定二次負(fù)荷	10 Ω	10 mA	10 mA	10 mA
飽和倍數(shù)	6	6	6	6

五、TBY1－25/100型高壓電壓互感器

TBY1－25/100型高壓電壓互感器是一種電力機(jī)車專用的高壓電壓互感器，用于監(jiān)測電力機(jī)車行駛過程中接觸網(wǎng)電壓，裝于車頂部，為戶外式產(chǎn)品。一次繞組的A端子接高壓，X端子接地，結(jié)構(gòu)緊湊，并使用了絕緣性能優(yōu)異的線圈和絕緣結(jié)構(gòu)，在設(shè)計(jì)上充分考慮了耐振性。該互感器的保養(yǎng)、檢修簡單，能夠常年發(fā)揮穩(wěn)定的性能。

高壓電壓互感器是一種專門用作變換電壓的特種變壓器，是利用電磁感應(yīng)原理工作的。

電壓互感器的主要作用是：

（1）給測量儀器、儀表或繼電保護(hù)、控制裝置提供信息；

（2）使測量、保護(hù)和控制裝置與高電壓相隔離。

TBY1－25/100型電壓互感器的一次繞組聯(lián)接在車頂25kV高壓線路上，X端子接地（軌道電路），二次繞組外部接有測量儀表、保護(hù)繼電器等設(shè)備，為低壓部分。電壓互感器的一、二次繞組之間有足夠的絕緣，從而保證所有低壓回路與車頂高壓線路的高電壓相隔離。此電壓互感器在多種韶山系列機(jī)車上安裝。

（一）型號及意義

T――鐵路機(jī)車用；

B――變換器；

Y――電壓互感器；

1――設(shè)計(jì)序號；

25――額定電壓25kV；

100――輸出電壓。

（二）主要參數(shù)

額定一次電壓………………………………………………………………………25kV

額定二次電壓………………………………………………………………………100V

額定電壓比 …………………………………………………………………………250

準(zhǔn)確級次 …………………………………………………………………………0.5級

額定輸出(COSφ=0.8)…………………………………………………………20 V·A

誤差極限：比值差………………………………………………………………±0.5%

角差………………………………………………………………±20分

相數(shù)…………………………………………………………………………………單相

頻率…………………………………………………………………………………50Hz

冷卻方式………………………………………………………………………油浸自冷

絕緣等級……………………………………………………………………………A級

功率因數(shù) ……………………………………………………………………0.8(滯后)

質(zhì)量 ………………………………………………………………………………145kg

（三）結(jié)構(gòu)簡介

TBY1－25/100型高壓電壓互感器由線圈和鐵心組成互感器的器身，線圈和鐵心套裝后經(jīng)干燥處理，吊入油箱內(nèi)，其主要部件有：繞組、鐵心、油箱、瓷套、出線裝置等，結(jié)構(gòu)圖見圖8－10。

圖8－10　TBY1－25/100型高壓電壓互感器結(jié)構(gòu)圖

1－油箱；2－油樣活門；3－觀察窗；4－二次側(cè)套管；5－壓力釋放閥；

6－油位表；7－箱蓋；8－吸濕器；9－25kV套管。

線圈在油箱內(nèi)臥式放置，浸于45號或25號變壓器油中。高壓一次側(cè)A端由高壓瓷套引出，低壓二次線圈出頭a₁、x₁及高壓一次線圈X端子、接地屏出線端子經(jīng)0.2kV套管引出?；ジ衅饔拖渫獠拷?jīng)過接地螺栓可靠接地，避免由于懸浮電位造成放電現(xiàn)象。箱蓋上有油位表，并用紅色油漆在顯著位置標(biāo)明＋40℃、＋25℃、－25℃溫度下的油位。箱體上有注油裝置，箱蓋上有補(bǔ)油裝置?；ジ衅鲀?nèi)裝有一個呼吸器，以保證油箱內(nèi)氣壓與外界大氣壓強(qiáng)相等。同時，為了保持因環(huán)境溫度及油溫變化時呼入或排出空氣的干燥，呼吸器內(nèi)裝有1.5kg硅膠。在箱蓋上還裝有壓力釋放閥一個，其開啟壓力為(35±5)kPa，關(guān)閉壓力為19kPa，以防互感器內(nèi)部短路或其他原因而引起互感器爆炸。

TBYl－25/100型電壓互感器有高壓線圈和低壓線圈兩部分，在高、低壓線圈之間放有靜電屏，如圖8－11所示。

1．一次線圈

TBY1－25/100型高壓電壓互感器的一次線圈為高壓線圈，線圈分A、B、C、D、E五段，為多層圓筒式，呈寶塔狀。

2．二次線圈

由于高壓線圈對低壓線圈及地之間存在分布電容，在原邊發(fā)生故障時二次線圈會產(chǎn)生很高的靜電感應(yīng)電壓，造成一、二次線圈之間擊穿，危及測量儀表或人身安全。為此，在高壓一次線圈與低壓二次線圈之間設(shè)置靜電屏。靜電屏為一塊0.5mm厚的紫銅板圍成，然后引出一根接地線，與接地端子相連，在油箱外部接地。

3．鐵心

鐵心為殼式結(jié)構(gòu)，線圈套裝于心柱周圍，心柱為五根梯形結(jié)構(gòu)，外接圓直徑80mm，有效截面積42.4cm²。整個鐵心通過夾件夾緊，鐵心與夾件之間安裝接地片。

圖8－11　線圈

1－低壓線圈；2－高壓線圈；3－靜電屏；4－絕緣筒；5－壓板；6－角環(huán)。

（四）使用注意事項(xiàng)

（1）高壓電壓互感器一次側(cè)繞組要與被測負(fù)荷并聯(lián)，其二次側(cè)所有測量儀表的電壓線圈要與二次側(cè)繞組并聯(lián)。使用中，若不接儀表時，應(yīng)使二次側(cè)繞組處于開路狀態(tài)，要絕對避免二次側(cè)短路。因此，在電壓互感器二次電路中接有保護(hù)用自動開關(guān)。

（2）電壓互感器在使用中，二次側(cè)繞組的一端和外殼要可靠接地，以防一次側(cè)繞組放電或擊穿時，高電壓進(jìn)入二次側(cè)測量電路，危及儀表和人身安全。