關(guan)鍵詞(ci)：電流傳(chuan)感器(qi)　電壓傳(chuan)感器(qi)  單向(xiang)導(dao)通裝置(zhi)

   現(xian)今(jin)各大(da)城(cheng)市(shi)的汽(qi)車擁(yong)有(you)量急劇增(zeng)加，雖然各地(di)政(zheng)府加(jia)大了道路的建設(she)，但(dan)交(jiao)通(tong)的擁擠(ji)狀況還(hai)是(shi)得(de)不(bu)到(dao)*，地鐵以便捷、的特點近(jin)年(nian)得到(dao)了各發(fa)達城市(shi)的大力建造(zao)，已(yi)成為(wei)城(cheng)市(shi)中重(zhong)要(yao)的交(jiao)通(tong)工具。單向(xiang)導(dao)通裝置(zhi)作(zuo)為(wei)地鐵系(xi)統中防(fang)止(zhi)雜(za)散(san)電流擴(kuo)散(san)的重要(yao)組成部分，在深(shen)圳(zhen)、廣州、上(shang)海、北(bei)京等城(cheng)市(shi)得到(dao)了的應用，其作(zuo)用在於(yu)減(jian)少雜散(san)電流對過(guo)江(jiang)隧道、架橋及其周(zhou)圍(wei)建築(zhu)中結(jie)構鋼(gang)筋(jin)的腐蝕(shi)，提隧道和(he)架橋的使用壽命(ming)。以下分析地鐵(tie)系統結(jie)構鋼(gang)筋(jin)中雜(za)散(san)電流的產生(sheng)與防護(hu)，並著重說明傳(chuan)感器(qi)在單向(xiang)導(dao)通裝置(zhi)中的應用。

   許多(duo)城市(shi)的地鐵(tie)牽(qian)引(yin)供電系統是(shi)直(zhi)流架空(kong)接觸網(wang)供電制式，以鋼軌作(zuo)為(wei)牽引(yin)回流的通道(dao)，在地(di)鐵(tie)系(xi)統中，鋼(gang)軌(gui)直(zhi)接安(an)裝在整(zheng)體(ti)道床(chuang)上(shang)，通(tong)過防(fang)震(zhen)絕(jue)緣(yuan)墊(dian)和(he)道(dao)床(chuang)結(jie)構鋼(gang)筋(jin)。在地(di)鐵(tie)長期的運(yun)營過(guo)程中，灰(hui)塵(chen)、汙(wu)水、道(dao)渣(zha)、金(jin)屬(shu)粉(fen)末(mo)等吸(xi)附(fu)在防(fang)震(zhen)絕(jue)緣(yuan)墊(dian)上(shang)，減(jian)小了(le)鋼(gang)軌(gui)和(he)整(zheng)體(ti)道床(chuang)之(zhi)間(jian)的泄(xie)漏(lou)阻(zu)抗(kang)，鋼(gang)軌(gui)中的電流通過這(zhe)些(xie)汙(wu)染物(wu)流入到(dao)整(zheng)體(ti)道床(chuang)中，從(cong)而產生(sheng)雜散(san)電流。地鐵整(zheng)體(ti)道床(chuang)、隧道、架橋內的結構鋼(gang)筋(jin)為雜散(san)電流的通路。雜散(san)電流進(jin)入金(jin)屬(shu)通(tong)路時，不(bu)對金(jin)屬(shu)產(chan)生(sheng)腐蝕(shi)，在離開(kai)金(jin)屬(shu)通(tong)路時通(tong)過(guo)與金(jin)屬(shu)周(zhou)圍(wei)的電解質發生(sheng)化(hua)學(xue)反應(ying)，對金(jin)屬(shu)造(zao)成腐蝕(shi)。如果(guo)雜散(san)電流腐蝕(shi)防護(hu)措施做(zuo)的不(bu)好，將(jiang)對地(di)鐵(tie)的結構鋼(gang)筋(jin)、周(zhou)圍(wei)建築(zhu)物(wu)鋼(gang)筋(jin)、金(jin)屬(shu)管(guan)道(dao)造(zao)成腐蝕(shi)，降低建築結(jie)構或(huo)地(di)下金(jin)屬(shu)管(guan)道(dao)網(wang)的使用壽命(ming)。

   雜散(san)電流防護(hu)采取的措施，方(fang)面(mian)為減少雜散(san)電流泄(xie)漏(lou)總(zong)量，或(huo)減(jian)少雜散(san)電流對*層(ceng)結(jie)構鋼(gang)筋(jin)腐蝕(shi)的措施。另方面(mian)是(shi)從(cong)腐蝕(shi)程度(du)上(shang)加(jia)以緩解，采取內(nei)部鋼軌措施，如(ru)在地(di)下、地上(shang)鋼(gang)軌之(zhi)間(jian)加(jia)絕(jue)緣(yuan)結、過江(jiang)隧道兩(liang)端加絕(jue)緣(yuan)結、車輛(liang)段鋼(gang)軌(gui)與正線(xian)鋼軌(gui)間(jian)加(jia)絕(jue)緣(yuan)結等，防(fang)止(zhi)雜(za)散(san)電流進(jin)入地下、過江隧道等保(bao)護(hu)區域(yu)。在這(zhe)類(lei)措施中就(jiu)要(yao)用到(dao)單向(xiang)導(dao)通裝置(zhi)。

   單向(xiang)導(dao)通裝置(zhi)的主要(yao)器(qi)件(jian)為(wei)整(zheng)流(liu)二管(guan)，作(zuo)用是(shi)使鋼軌中電流只(zhi)流(liu)向(xiang)個(ge)方(fang)向，而(er)在另個(ge)方(fang)向截止(zhi)。當(dang)整(zheng)流(liu)管發(fa)生(sheng)反向(xiang)擊(ji)穿流過反向(xiang)電流時，串(chuan)接在該(gai)支路上(shang)的電流傳(chuan)感器(qi)可(ke)以到(dao)該(gai)電流，經監(jian)測單元(yuan)處(chu)理(li)後(hou)，報上(shang)位(wei)系(xi)統。圖(tu)1為單向(xiang)導(dao)通裝置(zhi)原理(li)及與軌道(dao)絕緣(yuan)結的安裝示意(yi)圖。
                       

 

圖1　單向(xiang)導(dao)通裝置(zhi)原理(li)及與軌道(dao)絕緣(yuan)結安裝示意(yi)圖

   以廣州地(di)鐵號(hao)線珠(zhu)江隧道沈管(guan)區段(duan)及上(shang)海地(di)鐵四號(hao)線黃(huang)浦江隧道沈管(guan)區段(duan)過(guo)江隧道處單向(xiang)導(dao)通裝置(zhi)的安裝為例(li)，對於(yu)處(chu)在水下的隧道，相對其他(ta)隧道區間(jian)的雜散(san)電流防護(hu)應采取加(jia)積的措施，為(wei)此采用了圖2所示(shi)的道鋼(gang)軌(gui)防護(hu)措施。
 

 

圖(tu)2　水下隧道鋼軌

   其基(ji)本原理(li)是(shi)將(jiang)水下隧道鋼軌與其它正線(xian)鋼軌(gui)，在絕(jue)緣(yuan)結上(shang)加(jia)單向(xiang)導(dao)通裝置(zhi)，這(zhe)樣(yang)，當列車在水下隧道沈管(guan)區段(duan)運(yun)行時，列(lie)車電流通過單向(xiang)導(dao)通裝置(zhi)回流至牽引(yin)所(suo)，而(er)當(dang)列車在水下隧道沈管(guan)以外(wai)區段(duan)運(yun)行時，列(lie)車電流通過與鋼軌(gui)平行(xing)的回流電纜(lan)。其效果是(shi)水下隧道沈管(guan)區段(duan)內(nei)的鋼軌(gui)電流將減少，鋼軌電位(wei)低，從(cong)而使該(gai)段鋼(gang)軌(gui)泄(xie)漏(lou)的雜散(san)電流減少，對該(gai)段的鋼軌(gui)及隧道鋼筋(jin)防腐蝕(shi)有利(li)。

   單向(xiang)導(dao)通裝置(zhi)主(zhu)回路由整(zheng)流(liu)二管(guan)、開(kai)關(guan)、保護(hu)單元(yuan)及自(zi)動(dong)消弧裝置(zhi)等組成。其中整(zheng)流(liu)二管(guan)為(wei)6個(ge)二(er)管支(zhi)路並聯，在每(mei)個(ge)支(zhi)路均串(chuan)有個(ge)熔(rong)斷(duan)器(qi)和(he)個(ge)電流傳(chuan)感器(qi)，以組成信號(hao)采集(ji)、分析和(he)輸出(chu)系統。主(zhu)回路原理(li)圖(tu)如(ru)圖3所示(shi)。
 

 

圖(tu)3 單向(xiang)導(dao)通裝置(zhi)主(zhu)回路原理(li)圖(tu)

   單向(xiang)導(dao)通裝置(zhi)的保護(hu)分為逆流(liu)保護(hu)、短(duan)路保護(hu)及過(guo)壓(ya)保護(hu)。

逆流保(bao)護(hu)由電流傳(chuan)感器(qi)來(lai)完成，電流傳(chuan)感器(qi)串(chuan)接在每(mei)個(ge)二(er)管支(zhi)路上(shang)，其方(fang)向(xiang)與支路電流方向致(zhi)。正常情況下電流傳(chuan)感器(qi)流(liu)過的是(shi)正(zheng)向電流，當設備(bei)在關(guan)斷(duan)情(qing)況(kuang)下其反向(xiang)電壓過二管(guan)所(suo)能承受的zui大反向(xiang)電壓值時，某(mou)個(ge)支(zhi)路的二管(guan)可(ke)能發生擊穿，使其失(shi)去(qu)單向(xiang)導(dao)通功能而流過反向(xiang)電流，該(gai)支路上(shang)的電流傳(chuan)感器(qi)即(ji)時到(dao)該(gai)反向(xiang)電流，經由(you)系(xi)統處(chu)理後(hou)，向(xiang)上(shang)位(wei)監(jian)測系(xi)統發(fa)出(chu)二管故障信號(hao)。

   本系(xi)統正(zheng)常情況下，流過電流傳(chuan)感器(qi)的zui大正(zheng)向(xiang)電流為直(zhi)流750A，當(dang)支二(er)管(guan)發生(sheng)短(duan)路擊穿時，流(liu)過(guo)傳(chuan)感器(qi)的zui大反向(xiang)電流不(bu)會過(guo)1000A，考慮(lv)到(dao)出(chu)現(xian)大(da)電流時傳(chuan)感器(qi)要(yao)能正常，不(bu)至於傳(chuan)感器(qi)飽(bao)和(he)，所(suo)以選取LEM公司(si)的BLFK1500-S3型電流傳(chuan)感器(qi)，其原邊(bian)額(e)定(ding)值電流為1500A，測量(liang)範(fan)圍(wei)可達2000A，副邊額(e)定(ding)輸出(chu)為4V電壓信號(hao)，省(sheng)去(qu)了設(she)置(zhi)副邊采樣(yang)電阻(zu)的麻(ma)煩，應用十分方便。該(gai)型傳(chuan)感器(qi)具(ju)有很的，線度(du)ε_L小(xiao)於±1%，響(xiang)應(ying)時間(jian)t_r小(xiao)於20μS，使用±12～15供電，耗電低，采用對開(kai)式結構，原邊(bian)與副邊之(zhi)間(jian)度絕緣(yuan)，安裝、換均十(shi)分方便，免(mian)去(qu)了拆(chai)卸銅母(mu)排(pai)的麻(ma)煩。傳(chuan)感器(qi)輸出(chu)信號(hao)接收處(chu)理(li)的電路模型(xing)如(ru)圖(tu)4所示(shi)。
 

 

圖4　電流傳(chuan)感器(qi)輸出(chu)信號(hao)接收處(chu)理(li)示意(yi)圖(tu)

   上(shang)圖(tu)中的U1A、U1B為LM124運(yun)算(suan)放(fang)大器(qi)，組成傳(chuan)感器(qi)輸出(chu)信號(hao)的接收、比(bi)較電路，電源采用±15V供電，REF為保護(hu)設定值(zhi)-2.7V，U2為(wei)ULN2804A達林頓晶(jing)體管陣(zhen)列，作(zuo)為(wei)繼電器(qi)K1（G2R-1A/12VDC）的驅動回路。

   當某(mou)支路二管(guan)發(fa)生(sheng)反向(xiang)擊(ji)穿而流過的反向(xiang)電流過設定(ding)值(zhi)（為(wei)1000A）時，根(gen)據計(ji)算(suan)，電流傳(chuan)感器(qi)副邊輸出(chu)個(ge)小(xiao)於-2.7V的電壓信號(hao)U1，U1經過(guo)LM124組成的電壓跟(gen)隨器(qi)，與REF比(bi)較，這(zhe)時U1＜REF，則(ze)運(yun)放(fang)輸出(chu)為+15V，使U2導(dao)通，繼電器(qi)K1線(xian)圈得電，觸點閉合，從(cong)上(shang)位(wei)監(jian)控系(xi)統來(lai)的信號(hao)通過(guo)K1觸點回復回去(qu)，完成二(er)管(guan)反向(xiang)擊(ji)穿故障的信號(hao)過程。

   當列車在線(xian)路上(shang)正(zheng)常運(yun)行或(huo)處於(yu)再(zai)生制動運(yun)行狀態時，絕(jue)緣(yuan)結兩(liang)端都可能產生電位(wei)差(cha)。鋼軌(gui)絕緣(yuan)結處的絕緣(yuan)間隙(xi)只(zhi)有(you)5mm多(duo)，中間(jian)設(she)置(zhi)塊(kuai)5mm的絕緣(yuan)墊(dian)。弓網(wang)、輪(lun)軌(gui)磨擦(ca)產(chan)生金(jin)屬(shu)粉(fen)塵(chen)吸(xi)附(fu)在絕(jue)緣(yuan)墊(dian)上(shang)，減(jian)小了(le)絕(jue)緣(yuan)電阻(zu)。當(dang)絕(jue)緣(yuan)結兩(liang)端的電位(wei)差(cha)達到(dao)值時，沿(yan)面(mian)放(fang)電，並產生火(huo)花(hua)。為(wei)了(le)避(bi)免(mian)絕緣(yuan)結處軌(gui)道(dao)由於(yu)沿(yan)面(mian)放(fang)電而燒損(sun)，設(she)置(zhi)了(le)自(zi)動(dong)消弧裝置(zhi)，其電路原理(li)圖(tu)見(jian)圖5。
 

 

圖5　自(zi)動(dong)消弧裝置(zhi)原理(li)圖(tu)

   該(gai)自(zi)動(dong)消弧裝置(zhi)有(you)二個(ge)輸入端M、N，分別(bie)與正線(xian)軌道(dao)和(he)車庫(ku)端軌道(dao)連接(jie)，使用電壓傳(chuan)感器(qi)絕(jue)緣(yuan)結兩(liang)端的電位(wei)差(cha)，並傳(chuan)入到(dao)可控矽觸發(fa)裝置(zhi)，當(dang)觸發(fa)裝置(zhi)到(dao)該(gai)電位(wei)差(cha)過設(she)定值(zhi)時，發(fa)送(song)觸發(fa)信號(hao)使可控矽導(dao)通，可控(kong)矽導(dao)通後(hou)消(xiao)除(chu)了絕緣(yuan)結兩(liang)端的電位(wei)差(cha)而不(bu)再產(chan)生電弧，避(bi)免(mian)了燒毀(hui)軌(gui)道。

   絕緣(yuan)結兩(liang)端的電位(wei)差(cha)正常情況下不(bu)會過(guo)110V，在選擇傳(chuan)感器(qi)時充(chong)分考慮(lv)到(dao)過電壓，所以選取LEM公司(si)的AV100-125電流輸出(chu)型電壓傳(chuan)感器(qi)，其原邊(bian)電壓測量(liang)範(fan)圍(wei)V_Pmax可達±187.5V，當原邊(bian)額(e)定(ding)值電壓V_PN為125V時，副邊額(e)定(ding)值電流為50mA，該(gai)型傳(chuan)感器(qi)具(ju)有很的，線度(du)ε_L小(xiao)於0.1%，響(xiang)應(ying)時間(jian)t_r為(wei)10～13μS，使用±12～15供電，耗電低，可在-40 ~ +85℃的工作(zuo)環(huan)境中應(ying)用。傳(chuan)感器(qi)輸出(chu)信號(hao)接收處(chu)理(li)的電路模型(xing)如(ru)下圖所示。
 

 

   該(gai)電路模型(xing)與圖的類似(si)，這(zhe)裏只(zhi)說明傳(chuan)感器(qi)輸出(chu)信號(hao)處理(li)的不(bu)同(tong)之處(chu)。AV100-125為(wei)電流輸出(chu)型，因此必須設(she)置(zhi)采樣(yang)電阻(zu)，將(jiang)電流信號(hao)轉變(bian)為(wei)電壓信號(hao)。絕緣(yuan)結的起弧(hu)電壓在10～15V，根(gen)據計(ji)算(suan)，電壓傳(chuan)感器(qi)的副邊輸出(chu)電流為4～6mA，REF為保(bao)護(hu)設定值(zhi)5V，所(suo)以采樣(yang)電阻(zu)可(ke)在833～1.25kΩ之(zhi)間(jian)選取，上(shang)圖(tu)中的采樣(yang)電阻(zu)R3選擇zui大阻(zu)值(zhi)為(wei)2k的可調(tiao)電位(wei)器(qi)，型(xing)號(hao)為3362P-1-102。當(dang)傳(chuan)感器(qi)的輸出(chu)VDCLEM大於REF時，觸發(fa)U2，使K1線圈得(de)電，觸點閉合，這時可(ke)給可控矽門施加5V的觸發(fa)信號(hao)，使可控矽導(dao)通，從(cong)而短(duan)接絕(jue)緣(yuan)結，消除(chu)打火(huo)隱患。

   在單向(xiang)導(dao)通裝置(zhi)中選用LEM公司(si)的BLFK1500-S3型電流傳(chuan)感器(qi)及AV100-125型(xing)電壓傳(chuan)感器(qi)，相(xiang)對其它的產品(pin)，具有：（1）、響應(ying)時間(jian)短(duan)；（2）電流傳(chuan)感器(qi)副邊輸出(chu)為電壓信號(hao)，後(hou)續(xu)電路簡單；（3）采用對開(kai)式結構，維(wei)護(hu)方便；（4）適(shi)應(ying)-40 ~ +85℃的工作(zuo)環(huan)境；（5）原副邊等優(you)點，地(di)鐵行(xing)業(ye)寬廣的溫度範(fan)圍(wei)、惡(e)劣(lie)的噪(zao)聲(sheng)、強(qiang)烈(lie)的沖擊、振(zhen)動這(zhe)些(xie)對傳(chuan)感器(qi)產(chan)品(pin)的的要求(qiu)。

   LEM 是(shi)電量傳(chuan)感器(qi)的制造者(zhe)，也(ye)是(shi)電量傳(chuan)感器(qi)領(ling)域的。LEM的產品(pin)線豐富，測量(liang)電流、電壓範(fan)圍(wei)寬，對於(yu)不(bu)同(tong)的應用，幾(ji)乎都可以找到(dao)對應(ying)的產品(pin)。LEM以“為客戶提(ti)升(sheng)綜(zong)合價值(zhi)，了(le)解和(he)預(yu)見(jian)客戶的需求(qiu)，和(he)越他(ta)們(men)的期望(wang)，提供5年(nian)質量”的價值(zhi)觀和(he)原則(ze)，越來(lai)越得(de)到(dao)客戶的依賴。

   LEM的電量傳(chuan)感器(qi)大(da)量應用於AC/DC整(zheng)流(liu)、UPS以及新能源領(ling)域，如(ru)：風能、太(tai)陽(yang)能和(he)微(wei)型渦輪(lun)機(ji)等環(huan)保型(xing)產(chan)品(pin)。現(xian)今(jin)能源和(he)自(zi)然資(zi)源日益(yi)短(duan)缺，這(zhe)就(jiu)要(yao)求(qiu)我們提能源開(kai)發、生(sheng)產(chan)、加工環(huan)節的效率、減(jian)少浪費(fei)，要采用、降耗、節水、環(huan)保的設備(bei)和(he)產(chan)品(pin)，改造或淘(tao)汰消(xiao)耗、汙(wu)染大(da)的落(luo)後(hou)生(sheng)產能力、工藝和(he)產(chan)品(pin)，促進(jin)可再(zai)生(sheng)能源的發展。LEM傳(chuan)感器(qi)在單向(xiang)導(dao)通裝置(zhi)中的應用正是(shi)為(wei)了節約電能、減少浪費(fei)，促進(jin)能源的再利(li)用。目(mu)前(qian)我公司(si)已為(wei)四(si)個(ge)城(cheng)市(shi)地鐵(tie)線路提供了38臺(tai)單向(xiang)導(dao)通裝置(zhi)，使用電流傳(chuan)感器(qi)228個(ge)，電壓傳(chuan)感器(qi)10個(ge)，其運(yun)行狀態穩(wen)定(ding)，數據傳(chuan)輸可靠，充分體現(xian)了(le)LEM傳(chuan)感器(qi)、能、的優(you)勢(shi)。