第3节 互感器

一、概述

在电力系统中，高电压和大电流是不能直接测量的，一般只能借助于类似变压器的电压互感器或电流互感器，把高电压、大电流变换成低电压、小电流，再供给测量仪表及继电器的线圈使用。这样，就可以使测量仪表与高压电路绝缘，保证工作人员的人身安全，扩大仪表量程。

互感器和变压器原理完全一样，如图8－7所示。电流互感器匝数少的原绕组与待测电路串联，匝数多的副绕组与电流表相连。当铁心未饱和时，互感器的电流比和电压比可以用下式来计算：

（一般电流互感器的I₂＝5A）　　　　　（8－1）

（一般电压互感器的U₂＝100V）　　　　（8－2）

图8－7　互感器作用原理示意图

由此可见，我们只需要一只考虑放大K_I或K_U倍值刻度的电流表或电压表同一个专用的电流互感器或电压互感器配套使用，即可直接读出大电流或高电压值，即

　　　　　　　　　　　　　　（8－3）

　　　　　　　　　　　　　（8－4）

互感器虽与变压器相似，但从两者的用途来看，变压器除了用来变压和有时变相外，主要用于传输电能，而互感器则是把原边电路的电压、电流准确地反映给副边电路。所以，电力机车上的互感器在结构和要求上都与电力变压器有所区别。其主要特点如下：

(1)电流互感器的原绕组同主电路串联，通过原边的电流就是主电路的负载电流I_l，与副边电流I₂无关；而电力变压器的原边电流却是随副边电流的改变而改变的。

(2)由于串接在电流互感器副边的测量仪表或继电器电流线圈的阻抗都很小，所以，电流互感器的正常工作状态接近于短路状态，这也是同变压器不同的。

电流互感器原边额定电流I_1e与副边额定电流I_2e(一般均为5A)之比称为互感器的额定电流比，即：

　　　　　　　　　　　　（8－5）

式中  K_e－－额定电流比，注明在铭牌上；

 　　W1、W2－－原、副边绕组匝数。

电流互感器在运行中由于励磁和铁心损耗，需要很小一部分励磁电流，因而实测的原、副边电流比K就不能在各种负载下都等于额定电流比K_e。如果实测的副边电流为I₂，原边电流仍用K_e·I₂来计算，则计算结果与实际的原边电流I₁间就会存在误差，这个误差通常用百分比表示为：

　　　　　　（8－6）

除了比差外，励磁电流还会引起原、副边电流的相角差。相角差是指实测的原边电流相量与反转180°后的副边电流相量间的夹角，用“分”来表示。

作为测量用的电流互感器，其比差和角差直接影响到测量结果的正确程度，因此，比差和角差是这种互感器的最主要特性。比差和角差不但随原边电流的变化而略有改变，而且还随副边电路的负载阻抗Z₂的增大而增加。因此，同一电流互感器可能以几种不同的准确度级工作。为了限制误差范围，对每一个电流互感器都规定了一个额定的负载，并标注在铭牌上。所谓额定负载是指电流互感器误差不超过某一范围的副边最大负载，以“Ω”表示。

用于短路保护的电流互感器，由于短路时原边绕组中流过的电流大大超过额定电流，致使磁路饱和，误差大大增加。所以，这种用途的互感器的主要特性是饱和倍数，而不是角差。所谓饱和倍数，就是当原边电流超过额定值并继续增加到使比差恰等于负的10％的原边电流同额定电流之比，用额定原边电流的倍数来表示。

 如果由于某种原因，电流互感器的副边未接入仪表或继电器，必须将互感器副边绕组短接，也就是说，电流互感器在使用时，其副边只能短路而不能开路。因为在正常运行时，电流互感器的励磁安匝仅为原边安匝的很小部分，其绝大部分用于与副边的安匝平衡。如果副边开路，则抵消一次侧线圈的安匝I₂·W₂为零，此时，原边安匝全部用于激磁，使磁通增加，便会造成以下后果：

(1)铁心因强烈磁化而产生剩磁，增加测量误差；

(2)副边绕组出现很高的尖峰电压，危及工作人员的安全和测量仪表的绝缘；

(3)使铁心的铁耗猛增而过热，甚至烧坏互感器。

为保证工作人员安全，还必须将电流互感器的外壳和副边绕组的一端可靠接地，以防原、副边绕组间绝缘一旦损坏，原边的高压窜入低压的副边，引起触电和仪表损坏。

电流互感器有以下几种分类方式：

(1)按原边绕组所用电流种类分，有交流电流互感器和直流电流互感器。

(2)按原边绕组电压等级分，有高压电流互感器和低压电流互感器。

(3)按用途分，有保护级电流互感器和测量级电流互感器。

各种互感器在SS4G型、SS8型电力机车上的使用情况如表8－4所示，现分别介绍如下。

表8－4　互感器在SS4G型、SS8型电力机车上的使用情况

 

序号	机型	电路代号	名    称	型    号	规    格	数量
1	SS4G	6TV	高压电压互感器	TBYl－25	25 000V/100 V	1
2		7TA	高压电流互感器	TBLl－25	200 A/5 A	l
3		9TA	低压电流互感器	LQG－0.5	300 A/5 A	1
4		100TV	PFC用电压互感器		100 V/10 V	1
5		109TV	PFC主变压器原边电流测量用电压互感器	LMZJ－0.5(Y)	300 A/2 V	1
6		118TA、128TA 158TA、168TA	PFC过流保护用 电压互感器	LMZJ－0.5(Y)	800 A/2 V	4
7		176TA、177TA 186TA、187TA	主变压器次边短路保护用电流互感器	LMZJ－0.5(Y)	3 000 A/10 V	4
1	SS8	1TV	高压电压互感器	TBYl－25		1
2		1TA	高压电流互感器	TBLl－25	200 A/5 A	1
3		2TA	低压电流互感器	LQGS－0.5	300 A/5 A	1
4		3TA、4TA 5TA、6TA	交流电流互感器	LMZJS－0.5	500 V，3 000 A/10 V	4
5		7TA	电流互感器			1
6		8TA	电流互感器			1

二、TBL1－25型高压电流互感器

TBL1－25型高压电流互感器与JL14－20J型交流电流继电器配合，作机车主电路原边短路保护。它是一种穿墙式电流互感器，位于机车车顶，处于主变压器原边绕组的进线端。其原绕组(一次线圈)与主变压器原边绕组A端串联，将车外高压电引入车内，副绕组(二次线圈)接JL14－20J型交流电流继电器。TBLl－25型高压电流互感器属保护级电流互感器，要求它具有良好的过电流工作特性和较大的饱和倍数。其型号意义为：

T――铁路机车用；

B――互感器（变换器）；

L――电流；

1――设计序号；

25――原边绕组额定电压（单位：kV）。

图8－8　TBL1－25型高压电流互感器

1－瓷套；2－环氧树脂；3－半法兰；4－二次线圈；

5－环形铁心；6－护罩；7－一次线圈（单匝）；8－接线座。

TBL1－25型高压电流互感器的结构如图8－8所示。它的一次线圈就是穿过瓷套管1的导电杆7(单匝)，用φ16 mm铜棒制成；杆7的两端有螺纹，可装螺母，用来连接载流导线；其户外端为L₁，接主断路器，户内端为L₂，接主变压器原边绕组的A端，将高压电从车顶外引入车内。二次线圈有40匝，用φ2.1 mm双玻璃丝包圆铜线均匀地绕在环形铁心5的圆周上，其抽头标记为K₁、K₂。铁心5用0.35 mm厚的QDl51－35冷轧钢片卷绕而成。二次线圈和铁心同装在由两个铝制半法兰3拼成的法兰盘中。两个半法兰是接地的，它们用螺栓连成一体，下部再用薄钢板制成的护罩6盖紧，使二次线圈在高电场下得到屏蔽。二次线圈与法兰盘、护罩间用绝缘纸圈来绝缘。在法兰盘内径与穿墙套管1的中部浇注了环氧树脂2，使成一体，然后再在瓷套浇注部位的外侧用铜丝加绕了一个短路匝，短路匝的两端固定在半法兰上，用以保证瓷瓶的浇注部分接地良好。最后，整个互感器通过法兰盘固定在主变压器上方的机车顶盖上。

在使用该型高压电流互感器时，应保持瓷瓶清洁、无裂纹，两个半法兰接缝处的密封良好，防止雨水渗进二次线圈，定期检查二次线圈对地绝缘电阻，如果二次线圈受潮或有进水现象，应进行干燥处理。

TBL1－25型高压电流互感器主要技术参数

额定电流比…………………………………………………………………………200／5

额定电压 …………………………………………………………………………25 000V

额定负载(cosφ=0.8)………………………………………………………………1.6Ω

准确级次……10级(即一次侧电流为额定值的50％一120％范围内，比差为±10％)

饱和倍数 …………………………………………………………………………………6

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

冷却方式…………………………………………………………………………空气自冷

质量………………………………………………………………………………约95 kg

三、LQG－0.5型低压电流互感器

图8－9　LQG－0.5型低压电流互感器

1－一次线圈；2－二次线圈；3－接地螺栓；4－铁心；5－铁心下夹件；6－磁分路。

LQG－0.5型低压电流互感器与电度表配合，用于测量机车所消耗的电量。它的一次线圈与主变压器原边绕组的接地端X端子串联后接地，即该互感器一次侧流过的电流为网侧绕组的电流；副边绕组接电度表。它是测量级电流互感器。其型号意义为：

L――电流互感器；

Q――线圈式；

G――改进设计；

0.5――准确度级。

低压电流互感器的结构如图8－9所示。铁心4由条形硅钢片迭成。二次线圈2分别套在两个铁心柱上，其线头接于胶木接线座上，出线端标记为K₁、K₂。一次线圈1由铜带绕成，外部用纱带扎紧后作浸漆处理，它布置在一个心柱的二次线圈以外，在其外侧有几片硅钢片并接在铁心上作为磁分路6，用以防止磁路饱和，补偿误差，其首末端标号为L₁、L₂。铁心下夹件5用钢板冲成，并作为安装底座，其上备有安装孔。上夹件中有一根稍长，在其凸出的一端装有接地螺栓3，另一夹件上装有接线座。

LQG－0.5型低压电流互感器主要技术参数

额定电流比…………………………………………………………………………300/5

额定负载(COSφ=0.8) ……………………………………………………………0.4Ω

准确级次………………………………………………………………………………0.5

原边电流为额定电流的100%～200%时：

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

角差 ………………………………………………………………………………±40分

质量………………………………………………………………………………约1.7kg

四、LMZJ系列电流互感器

LMZJ－0.5(Y)型电流互感器是在LMZJ－0.5型电流互感器的基础上加以改进而派生的，主要是将互感器的二次侧电流信号输出改为电压信号输出。技术参数见表8－5。

表8－5　LMZJ系列电流互感器主要技术参数

 

型    号	LMZJ－0.5	LMZJ－0.5（Y）
规格	3 000 A/1 A	3 000 A/10 V	800 A/2 V	300 A/2 V
一次侧额定电流(A)	3 000	3 000	800	300
二次侧额定电压(V)		10	2	2
准确级次	0.5	0.5	0.5	0.5
额定二次负荷	10 Ω	10 mA	10 mA	10 mA
饱和倍数	6	6	6	6

五、TBY1－25/100型高压电压互感器

TBY1－25/100型高压电压互感器是一种电力机车专用的高压电压互感器，用于监测电力机车行驶过程中接触网电压，装于车顶部，为户外式产品。一次绕组的A端子接高压，X端子接地，结构紧凑，并使用了绝缘性能优异的线圈和绝缘结构，在设计上充分考虑了耐振性。该互感器的保养、检修简单，能够常年发挥稳定的性能。

高压电压互感器是一种专门用作变换电压的特种变压器，是利用电磁感应原理工作的。

电压互感器的主要作用是：

（1）给测量仪器、仪表或继电保护、控制装置提供信息；

（2）使测量、保护和控制装置与高电压相隔离。

TBY1－25/100型电压互感器的一次绕组联接在车顶25kV高压线路上，X端子接地（轨道电路），二次绕组外部接有测量仪表、保护继电器等设备，为低压部分。电压互感器的一、二次绕组之间有足够的绝缘，从而保证所有低压回路与车顶高压线路的高电压相隔离。此电压互感器在多种韶山系列机车上安装。

（一）型号及意义

T――铁路机车用；

B――变换器；

Y――电压互感器；

1――设计序号；

25――额定电压25kV；

100――输出电压。

（二）主要参数

额定一次电压………………………………………………………………………25kV

额定二次电压………………………………………………………………………100V

额定电压比 …………………………………………………………………………250

准确级次 …………………………………………………………………………0.5级

额定输出(COSφ=0.8)…………………………………………………………20 V·A

误差极限：比值差………………………………………………………………±0.5%

角差………………………………………………………………±20分

相数…………………………………………………………………………………单相

频率…………………………………………………………………………………50Hz

冷却方式………………………………………………………………………油浸自冷

绝缘等级……………………………………………………………………………A级

功率因数 ……………………………………………………………………0.8(滞后)

质量 ………………………………………………………………………………145kg

（三）结构简介

TBY1－25/100型高压电压互感器由线圈和铁心组成互感器的器身，线圈和铁心套装后经干燥处理，吊入油箱内，其主要部件有：绕组、铁心、油箱、瓷套、出线装置等，结构图见图8－10。

图8－10　TBY1－25/100型高压电压互感器结构图

1－油箱；2－油样活门；3－观察窗；4－二次侧套管；5－压力释放阀；

6－油位表；7－箱盖；8－吸湿器；9－25kV套管。

线圈在油箱内卧式放置，浸于45号或25号变压器油中。高压一次侧A端由高压瓷套引出，低压二次线圈出头a₁、x₁及高压一次线圈X端子、接地屏出线端子经0.2kV套管引出。互感器油箱外部经过接地螺栓可靠接地，避免由于悬浮电位造成放电现象。箱盖上有油位表，并用红色油漆在显著位置标明＋40℃、＋25℃、－25℃温度下的油位。箱体上有注油装置，箱盖上有补油装置。互感器内装有一个呼吸器，以保证油箱内气压与外界大气压强相等。同时，为了保持因环境温度及油温变化时呼入或排出空气的干燥，呼吸器内装有1.5kg硅胶。在箱盖上还装有压力释放阀一个，其开启压力为(35±5)kPa，关闭压力为19kPa，以防互感器内部短路或其他原因而引起互感器爆炸。

TBYl－25/100型电压互感器有高压线圈和低压线圈两部分，在高、低压线圈之间放有静电屏，如图8－11所示。

1．一次线圈

TBY1－25/100型高压电压互感器的一次线圈为高压线圈，线圈分A、B、C、D、E五段，为多层圆筒式，呈宝塔状。

2．二次线圈

由于高压线圈对低压线圈及地之间存在分布电容，在原边发生故障时二次线圈会产生很高的静电感应电压，造成一、二次线圈之间击穿，危及测量仪表或人身安全。为此，在高压一次线圈与低压二次线圈之间设置静电屏。静电屏为一块0.5mm厚的紫铜板围成，然后引出一根接地线，与接地端子相连，在油箱外部接地。

3．铁心

铁心为壳式结构，线圈套装于心柱周围，心柱为五根梯形结构，外接圆直径80mm，有效截面积42.4cm²。整个铁心通过夹件夹紧，铁心与夹件之间安装接地片。

图8－11　线圈

1－低压线圈；2－高压线圈；3－静电屏；4－绝缘筒；5－压板；6－角环。

（四）使用注意事项

（1）高压电压互感器一次侧绕组要与被测负荷并联，其二次侧所有测量仪表的电压线圈要与二次侧绕组并联。使用中，若不接仪表时，应使二次侧绕组处于开路状态，要绝对避免二次侧短路。因此，在电压互感器二次电路中接有保护用自动开关。

（2）电压互感器在使用中，二次侧绕组的一端和外壳要可靠接地，以防一次侧绕组放电或击穿时，高电压进入二次侧测量电路，危及仪表和人身安全。