CN203277074U - 一种电压互感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种电测量领域的电压互感器，包括一次绕组、二次绕组、绕线管、铁芯、绝缘材料等；其中绕线管套在铁芯上，二次绕组绕在绕线管上；在绕好的二次绕组上，绕制一次绕组；对于本实用新型中使用的铁芯开有气隙。利用开有气隙的铁芯组成的电压互感器，增加了磁阻，减小了磁导率；有效避免了电压互感器出现直流磁饱和状态以及在电分相无电区电压互感器因铁磁谐振产生较大的电流值，从而解决了电压互感器因过热而烧毁的问题。

Description

一种电压互感器

技术领域

本实用新型属于电测量技术领域，涉及一种电压互感器，尤其涉及一种用于电气化铁路车辆的电压互感器。 

背景技术

用于电气化铁路车辆的电压互感器起着用来给测量仪表和继电保护装置供电和测量接触网电压的作用，准确度不低于1级，世界上大多数国家包括中国大陆采用的额定电压是25kV。对于电气化铁路接触网使用单相交流电给铁路车辆提供动力，其中和谐号机车采用直流电机驱动，故需要使用整流装置把交流变换为直流；高速动车采用调频三相交流电机驱动，需要使用整流装置把交流变换为直流，再通过电子线路把直流逆变为频率可调的三相交流。 

因此，由于在车辆运行过程中整流装置的非线性，电机牵引功率的随机起伏，高压开关的频繁操作等都可以使供电变压器发生直流充磁与退磁过程，从而在接触网上产生最大达到4kV的直流电压。直流电压的存在对电压互感器危害极大，电压互感器铁芯被直流磁化后，一次电流会异常增加，造成电压互感器一次绕组过热。如果电压互感器的铁芯被直流电流磁化到饱和，一次交流电压将作用到一次绕组的电阻和漏电感上，产生0.1A量级的一次电流，在持续数分钟的交直流电流冲击下电压互感器就会因过热而烧毁。 

有时电压互感器的一次磁化电流还没有严重到危害电压互感器安全运行的程度，只是直流磁化使一次绕组呈现较小的感抗。但一旦铁道车辆进入接触网的电分相无电区，在接触网杂散电容的耦合下，接触网电源可以激发电压互感器产生频率为16.67Hz(三分频)的持续的铁磁谐振，电流足以达到0.1A 以上，电流只要持续数分钟就会使电压互感器因过热而烧毁。目前欧洲使用加大电压互感器一次回路电阻的措施抑制直流磁化电流，必要时还在外部串入50kΩ电阻。但是同样的措施对我国电气化铁路的效果并不理想，主要原因是我国电气化铁路的供电负荷远大于欧洲，牵引设备的运行环境更为严酷，接触网的电压畸变比欧洲要严重。虽然我国铁路车辆使用的电压互感器的绝缘标准高于欧洲标准，但烧损事故并没有显著减少。 

实用新型内容

为了有效避免因电压互感器的铁芯被直流电流磁化到饱和，防止一次交流电压作用到一次绕组的电阻和漏电感上，进而避免电压互感器因过热而烧毁；以及电压互感器在接触网电分相无电区因接触网杂散电容的影响下，发生铁磁谐振，进而引起一次绕组产生较大电流造成电压互感器因过热而烧毁。本实用新型提供了一种电压互感器。 

为解决上述问题，本实用新型电压互感器采用以下技术方案； 

一种电压互感器，包括一次绕组、二次绕组、绕线管、铁芯和绝缘材料； 

其中，电压互感器的铁芯开有气隙。 

进一步，所述气隙开口位于铁芯两侧，铁芯中非气隙部分的磁路处于铁芯截面的中部。 

进一步，切开的气隙面积与余下未切开的铁芯材料面积接近相等。 

以此，对于铁芯开有气隙的电压互感器，在接触网无直流分量的状态下，铁芯的磁路当然不会达到饱和状态，电压互感器能够正常运行；当接触网出现直流分量的状态下，一次绕组流过的直流电流虽能使铁芯中非气隙的部分磁路饱和；但对于有气隙的部分，由于气隙的存在增加了磁阻、减小磁导率从而有效的避免了磁路达到磁饱和状态；一次绕组漏感抗也保持在安全值范围。 这样也就有效的避免了电压互感器出现磁饱和状态，电压互感器也就不会因为磁饱和状态的存在过热而被烧毁。 

另一方面，对于铁芯开有气隙的电压互感器；因开气隙的原因，电压互感器的磁阻相应的增大，磁导率也相应减小。这样在进入接触网的电分相无电区，在接触网杂散电容的耦合下，虽接触网电源可以激发电压互感器产生持续的铁磁谐振，但对于开有气隙的铁芯的电压互感器因其磁阻增大和磁导率减小，就会使一次绕组产生的电流限制在一定的额度内。这样也就有效的防止了电压互感器因过热而被烧毁。 

附图说明

图1是以铁芯为截面的视图。 

图2是以绕组为截面的视图。 

图3是图2中的铁芯气隙在A-A方向上的剖视图。 

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的实施方式作进一步的详细阐述。 

为此，对本实用新型提供两个实施例，实施例一对本实用新型的应用作出较宏观的说明；实施例二，结合附图及实验数据对本实用新型进行更加详尽的阐述与分析，以使对本实用新型的说明更加清楚与完整。 

实施例一： 

对于铁芯开有气隙的电压互感器；因开气隙的原因，电压互感器的磁阻相应的增大，磁导率也相应减小。 

对于铁芯开有气隙的电压互感器。当铁芯开有气隙的电压互感器进入接 触网无直流分量的环境下，铁芯的磁路当然不会达到饱和状态，电压互感器能够正常运行。当电压互感器所在接触网出现直流分量的情况下，一次绕组流过的直流电流虽能使铁芯中非气隙的部分磁路饱和；但对于有气隙的部分，由于气隙的存在增加了磁阻、减小磁导率从而有效的避免了磁路达到磁饱和状态。 

这样也就有效的避免了电压互感器出现磁饱和状态，电压互感器也就不会因为磁饱和状态的存在因过热而被烧毁。 

当铁芯开有气隙的电压互感器进入接触网的电分相无电区，在接触网杂散电容的耦合下，虽接触网电源可以激发电压互感器产生持续的铁磁谐振，但对于开有气隙的铁芯的电压互感器因其磁阻增大和磁导率减小，就会使一次绕组产生的电流限制在一定的额度内。 

这样也就有效的防止了电压互感器因过热而被烧毁。 

实施例二： 

图1是本实用新型以铁芯为截面的视图。 

图2是本实用新型以绕组为截面的视图。 

对于图1和图2，其中一次绕组1，二次绕组2，绝缘材料3，线圈管4，铁芯5，铁芯气隙6。 

在图1、图2中，线圈管4套在铁芯5的上部芯柱外面，二次绕组2绕在线圈管4上面。接着在绕好的二次绕组2外面绕制一次绕组1，一次绕组1有三段，分为三个阶梯绕制。绕制线圈前先在铁芯两侧芯柱的中部加工出铁芯气隙6，并使切开的气隙6面积与余下未切开的铁芯材料面积接近相等，如图3所示，完成后用环氧树脂作为绝缘材料整体浇注并固化。 

在图1中，耐直流磁化的电压互感器选用冷轧取向硅钢片卷制的R铁芯， 芯柱标称直径80mm，有效截面积42.6cm²，额定磁密设计值0.38T，折算到线圈匝数为3匝/V。二次绕组额定电压100V，匝数300匝，绕线宽度100mm，用Φ1.45漆包圆铜线绕制，绕组高10mm。一次绕组额定电压25kV，匝数70000匝，分三段用Φ0.12mm高强度漆包圆铜线绕制，各段绕线宽度依次是80mm、70mm和60mm，绕制完成后外径246mm。各层之间都要按设计要求放置层绝缘材料。在额定电压25KV下电压互感器的电气性能参数计算如下： 

当25kV接触网叠加有4kV直流电压时，对上述的电压互感器的电气参数计算如下： 

经对数据分析得出，当在额定电压25KV时接触网叠加有4KV的直流电压时，根据电压互感器的电性能参数计算得出铁芯磁饱和密度为1.9T，一次绕组电流为55mA。这样接触网在额定电压25KV时，虽存在直流分量，但因为电压互感器中铁芯有气隙的存在，也就有效的避免了在电压互感器中产生的磁路磁饱和状态，进而也就避免了一次交流电压作用到一次绕组的电阻和漏电感上。以此，电压互感器也就不会交直流电流冲击下因过热而烧毁电压互感器。 

以上介绍了在电压互感器未进入电分相无电区并未产生电磁谐振时的工作状态。根据上述介绍，现对电压互感器进入电分相无电区的工作状况进行分析，对于额定电压25KV下电压互感器的电气性能参数为： 

在开有气隙的电压互感器应用于电分相无电区并发生16.67Hz谐振（并联谐振）时，电压互感器的电气参数计算如下： 

谐振电压          25kV(有效值) 

谐振电流          29.4mA(有效值) 

通过以上数据计算表明图1设计的开有气隙切口的电压互感器可以把一次绕组由于直流磁化引起的交流电流限制在30mA以下，从而有效的限制了流经电压互感器的电流，进而有效的避免了电压互感器因过热而损害。 

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。 

Claims (3)

1.一种电压互感器，包括一次绕组、二次绕组、绕线管、铁芯和绝缘材料； 

其特征在于，电压互感器的铁芯开有气隙。 

2.如权利要求1所述的电压互感器，其特征在于，气隙开口位于铁芯两侧，铁芯中非气隙部分的磁路处于铁芯截面的中部。 

3.如权利要求1所述的电压互感器，其特征在于，切开的气隙面积与余下未切开的铁芯材料面积相等。 

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