CN203433981U - 一种用于电气化铁路车辆的电压互感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于电气化铁路车辆的电压互感器，包括铁芯，并且，所述铁芯的芯柱的中部开设有气隙切口。本实用新型通过使用带有部分气隙切口的铁芯，在接触网出现直流分量的状态下使一次绕组感抗保持在安全值范围，避免铁路车辆使用的电压互感器在现有运行工况下发生饱和直流磁化，减少电压互感器过热烧毁事故。

Description

一种用于电气化铁路车辆的电压互感器

技术领域

本实用新型涉及电测量技术领域，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

电压互感器是一个带铁芯的变压器，主要通过变换线路上的电压，用来给测量仪表和继电保护装置供电，或者用来测量线路的电压、功率和电能，或者用来在线路发生故障时保护线路中的贵重设备、电机和变压器，因此电压互感器的容量很小，一般都只有几伏安、几十伏安，最大也不超过一千伏安。它主要由一、二次线圈、铁芯和绝缘组成。当在一次绕组上施加一个电压U1时，在铁芯中就产生一个磁通φ，根据电磁感应定律，则在二次绕组中就产生一个二次电压U2。改变一次或二次绕组的匝数，可以产生不同的一次电压与二次电压比，由此组成不同比的电压互感器。电压互感器将高电压按比例转换成低电压，电压互感器一次绕组侧接在一次系统，二次绕组侧接测量仪表、继电保护等，可以确保操作人员和二次设备的安全。 

用于电气化铁路车辆的电压互感器起着测量接触网（即电力机车上方用的高压线）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。电气化铁路接触网使用单相交流给铁路车辆提供动力，其中和谐号机车采用直流电机驱动，需要通过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，需要通过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。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，或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过热烧毁。即使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，如仅是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，只要持续数分钟电压互感器也会过热烧毁。 

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。但是这种方法并不适合我国电气化铁路，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，但烧损事故仍然较多。 

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种用于电气化铁路车辆的电压互感器，避免铁路车辆使用的电压互感器发生饱和直流磁化，减少电压互感器过热烧毁事故。 

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案： 

一种用于电气化铁路车辆的电压互感器，包括铁芯（5），其中，所述铁芯（5）的芯柱中部开设有气隙切口（6），以使在电气化铁路车辆的接触网无直流分量的状态下，铁芯（5）的磁路不饱和，在所述接触网出现直流分量的状态 下，铁芯（5）中非气隙切口的部分磁路饱和、铁芯（5）中气隙切口（6）的部分磁路不饱和。 

其中，所述铁芯（5）为冷轧取向硅钢片卷制而成的R型铁芯； 

所述铁芯（5）的两侧芯柱（51）的中部分别开设有两个气隙切口（6），且每侧芯柱（51）上的两个气隙切口（6）分别设置在该侧芯柱（51）的上表面和下表面并同时向内延伸，且以铁芯（5）的中截面对称分布，并且所有气隙切口（6）均处于同一平面上。 

其中，还包括：一次绕组（1）、二次绕组（2）、绕圈管（4）和绝缘材料（3），其中，所述线圈管（4）套在所述铁芯（5）上部芯柱外面，所述二次绕组（2）绕在所述线圈管（4）上，所述一次绕组（1）绕在二次绕组（2）外面，所述一次绕组（1）、二次绕组（2）、绕圈管（4）、铁芯（5）通过绝缘材料（3）浇注固化。 

其中，所述铁芯（5）的芯柱（51）标称直径为80毫米，有效截面积42.6平方厘米，额定磁密设计值0.38T。 

其中，所述一次绕组（1）分三层，且绕线由内自外宽度依次减小。 

其中，所述绝缘材料（3）为环氧树脂。 

其中，所述二次绕组（2）绕线宽度100mm，用Φ1.45漆包圆铜线绕制，高10mm。 

其中，所述一次绕组（1）分三层绕制，由内自外层绕线宽度依次是80mm、70mm和60mm，且各层之间都设置层绝缘材料（3），所述一次绕组（1）的外径246mm。 

其中，所述气隙切口（6）的切口面积满足条件：在接触网无直流分量的状态下，铁芯（5）的磁路不饱和；在接触网的直流分量达到4kV的状态下，一次 绕组（1）流过的直流电流能使铁芯（5）中非气隙切口的部分磁路饱和，气隙切口（6）的部分磁路不饱和。 

本实用新型的有益效果为：通过使用有气隙切口的铁芯，在接触网出现直流分量的状态下，电压互感器的一次绕组流过的直流电流使铁芯中非气隙切口的部分磁路饱和，气隙切口的部分磁路不饱和，使一次绕组感抗保持在安全值范围，避免铁路车辆使用的电压互感器在现有运行工况下发生饱和直流磁化，减少电压互感器过热烧毁事故。 

附图说明

图1是本实用新型一种用于电气化铁路车辆的电压互感器的第一结构示意图。 

图2是本实用新型一种用于电气化铁路车辆的电压互感器的第二结构示意图。 

图3是图2中A-A的剖面示意图。 

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。 

请参阅图1和图2，本实施例的一种用于电气化铁路车辆的电压互感器包括：一次绕组1、二次绕组2、绕圈管4、铁芯5和绝缘材料3，其中，所述线圈管4套在所述铁芯5上部芯柱外面，所述二次绕组2绕在所述线圈管4上，所述一次绕组1绕在二次绕组2外面；并且，所述铁芯5的芯柱中部开设有气隙切口6，以使在电气化铁路车辆的接触网无直流分量的状态下，铁芯的磁路不饱和，在接触网出现直流分量的状态下，铁芯中非气隙切口的部分磁路饱和、铁芯中气隙切口的部分磁路不饱和。所述一次绕组、二次绕组、绕圈管、铁芯通过绝缘材料3浇注固化。 

较佳地，本实施中所述铁芯选用冷轧取向硅钢片卷制而成的R型铁芯，R型铁芯是用一根由窄到宽，再由宽到窄卷绕而成，中间无切割，卷绕接近一个圆形，用R型铁芯制成的电压互感器具有噪音小，温升低，效率高等优点。R型铁芯材料采用损耗极小的高磁通密度的冷扎硅钢带，铁芯成长方形，由一条窄变宽再变窄的、光滑连续变化的硅钢带卷绕而成。铁芯柱的横截面成圆形。铁芯柱不再切割分开，R型铁芯的线圈骨架也呈圆筒状，采用分离式骨架，保证了优良的绝缘耐压性能。 

本实施例中，所述气隙切口的切口面积满足条件：在接触网无直流分量的状态下，铁芯的磁路不饱和；在接触网的直流分量达到4kV的状态下，一次绕组流过的直流电流能使得铁芯中非气隙切口的部分磁路饱和、气隙切口的部分磁路不饱和；具体为：所述铁芯5的两侧芯柱51的中部分别开设有两个气隙切口6，且每侧芯柱51上的两个气隙切口6分别设置在该侧芯柱51的上表面和下表面并同时向内延伸，且以铁芯5的中截面对称分布，即位于同一侧芯柱上的两个气隙切口6对称分布在所述侧芯柱的两侧，侧芯柱的非气隙切口的部分（即图3中的S1）磁路处于该侧芯柱51截面的中部，两侧为气隙切口（即图3中的S2和S3），并且所有气隙切口6均处于同一平面上。本实施例中，位于同一侧芯柱上的所述气隙切口6的切口面积（即图2中的S2+S3）与同平面的非气隙切口的部分铁芯材料面积（即图3中的S1）相等或者接近相等。 

较佳地，所述绝缘材料为环氧树脂。其介电性能良好，变定收缩率小，制品尺寸稳定性好，硬度高，柔韧性较好，对碱及大部分溶剂稳定，利于保护电压互感器。 

本实施例中，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，折算到铁芯线圈上则为3匝/V。二次绕组额定电压100V，匝数300 匝，绕线宽度100mm，用磁通量Φ1.45漆包圆铜线绕制，绕制后的二次绕组高10mm。本实施例中所述一次绕组分三层，且绕线宽度由内自外宽度依次减小，具体为：一次绕组额定电压25kV，匝数70000匝，分三段用磁通量Φ0.12mm高强度漆包圆铜线分三层绕制，由内自外各层绕线宽度依次是80mm、70mm和60mm，并且所述各层之间都要按设计要求放置层绝缘材料，绕制完成后所述一次绕组的外径246mm。 

所述电压互感器的组装过程具体可为：将二次绕组2绕在套在所述铁芯5上部芯柱（没有气隙切口的芯柱）外面的线圈管4上，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分三层，三层的绕线宽度由内自外宽度依次减小，呈阶梯形式。完成后用环氧树脂作为绝缘材料整体浇注并固化。 

基于上述实施例所述的电压互感器，在额定电压下的电气性能参数计算值如下： 

当25kV接触网叠加有4kV直流电压时，所述电压互感器的电气参数计算值如下： 

当电气化铁路车辆进入电分相无电区并发生16.67Hz的并联谐振时，所述电压互感器的电气参数计算值如下： 

谐振电压           25kV(有效值) 

谐振电流           29.4mA(有效值) 

由上述实施例可见，本实用新型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，有利于减少电压互感器由于直流磁化引起的烧损事故。 

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本实用新型所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。 

Claims (9)

1.一种用于电气化铁路车辆的电压互感器，包括铁芯（5），其特征在于，所述铁芯（5）的芯柱中部开设有气隙切口（6），以使在电气化铁路车辆的接触网无直流分量的状态下，铁芯（5）的磁路不饱和，在所述接触网出现直流分量的状态下，铁芯（5）中非气隙切口的部分磁路饱和、铁芯（5）中气隙切口（6）的部分磁路不饱和。

2.根据权利要求1所述的一种用于电气化铁路车辆的电压互感器，其特征在于，所述铁芯（5）为冷轧取向硅钢片卷制而成的R型铁芯；

所述铁芯（5）的两侧芯柱（51）的中部分别开设有两个气隙切口（6），且每侧芯柱（51）上的两个气隙切口（6）分别设置在该侧芯柱（51）的上表面和下表面并同时向内延伸，且以铁芯（5）的中截面对称分布，并且所有气隙切口（6）均处于同一平面上。

3.根据权利要求1所述的一种用于电气化铁路车辆的电压互感器，其特征在于，还包括：一次绕组（1）、二次绕组（2）、绕圈管（4）和绝缘材料（3），其中，所述线圈管（4）套在所述铁芯（5）上部芯柱外面，所述二次绕组（2）绕在所述线圈管（4）上，所述一次绕组（1）绕在二次绕组（2）外面，所述一次绕组（1）、二次绕组（2）、绕圈管（4）、铁芯（5）通过绝缘材料（3）浇注固化。

4.根据权利要求3所述的一种用于电气化铁路车辆的电压互感器，其特征在于，所述铁芯（5）的芯柱（51）标称直径为80毫米，有效截面积42.6平方厘米，额定磁密设计值0.38T。

5.根据权利要求3所述的一种用于电气化铁路车辆的电压互感器，其特征在于，所述一次绕组（1）分三层，且绕线由内自外宽度依次减小。

6.根据权利要求3所述的一种用于电气化铁路车辆的电压互感器，其特征在于，所述绝缘材料（3）为环氧树脂。

7.根据权利要求4所述的一种用于电气化铁路车辆的电压互感器，其特征在于，所述二次绕组（2）绕线宽度100mm，用Φ1.45漆包圆铜线绕制，高10mm。

8.根据权利要求5所述的一种用于电气化铁路车辆的电压互感器，其特征在于，所述一次绕组（1）分三层绕制，由内自外层绕线宽度依次是80mm、70mm和60mm，且各层之间都设置层绝缘材料（3），所述一次绕组（1）的外径246mm。

9.根据权利要去3所述的一种用于电气化铁路车辆的电压互感器，其特征在于，所述气隙切口（6）的切口面积满足条件：在接触网无直流分量的状态下，铁芯（5）的磁路不饱和；在接触网的直流分量达到4kV的状态下，一次绕组（1）流过的直流电流能使铁芯（5）中非气隙切口的部分磁路饱和，气隙切口（6）的部分磁路不饱和。

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