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Application of LEM Electrical Isolated Transducers in a Leaking Current Device of Metro
李 鋒 李寶恩 路春蓮
（中國北車集團永濟電機廠 陜西西安 710016）
摘 要 簡要介紹了排流柜在城市軌道交通系統中的應用，并結合排流柜工作原理重點闡述了北京LEM電子有限公司的幾款電量隔離傳感器在該裝置中的應用。
關鍵詞 排流柜 雜散電流 電量隔離傳感器 應用
1 前言
隨著城市軌道交通事業的發展，國內的城軌線路越來越多。目前已建成或在建的城市已達到16座。預計到2010年，我國城市軌道交通的通車里程將達到1500km,投資規模將達到5000多億。為了節省地面空間，大多數城軌線路采用地下鐵路的形式。排流柜作為地鐵雜散電流監測系統中的一個設備，對保障城軌線路的安全運行有著不可或缺的作用。以下結合排流柜在地鐵中的應用簡要介紹設置排流柜的必要性及排流柜的工作原理，最后重點分析LEM電量傳感器在排流柜中的應用。
2 雜散電流
目前，世界各國的城市軌道交通普遍采用直流供電制式，對其牽引供電系統而言，牽引電回路為：牽引變電所整流器正極à饋電線à架空式接觸網或接觸軌式接觸網à動車車輛à鋼軌à牽引變電所整流器負極。在這一回路中，電流通過走行鋼軌回流至牽引變電所整流器負極。由于鋼軌與大地之間不是完全絕緣的，加上運行過程中弓網及輪軌摩擦產生的金屬粉塵，在地下潮濕的環境中導致軌道與大地之間的絕緣電阻不斷降低。這樣由鋼軌回流至牽引變電所的電流就有一部分經由大地流回牽引變電所。這部分電流因大地土壤的導電性質、地下金屬管道或結構鋼筋位置的不同，可以分布很廣，故稱之為“雜散電流”，有的資料上也稱之為“迷流”。
泄漏地下的雜散電流會對沿線的建筑物鋼筋、金屬管道等造成腐蝕，降低建筑結構或地下金屬管道的使用壽命，同時對地鐵隧道的結構造成很大威脅。因此如何有效地避免或減小這種危害是城軌直流牽引供電系統所亟待解決的一個課題。
在長期的工程實踐中，人們找到了解決辦法，即在地鐵土建施工時，在軌道道床下設置鋼筋，把每一個供電區間的鋼筋網延軌道縱向焊接成網，在牽引變電所附近引出接線端子。把這張鋼筋網通常叫“排流網”，按圖一所示進行電氣連接，從而為迷流提供了一條低阻值的回流通道。當叢軌道上泄漏的雜散電流電荷在泄漏到地下時，即被這一電氣通道俘獲，因為電流總是走阻值低的路徑回流，所以泄漏到地下的雜散電流必然通過此路徑最終回到整流器負極。從而減小了這部分有害電流向地下泄漏而造成的危害。  圖一：雜散電流排流原理圖
3 排流柜簡介
目前應用在地鐵線路的排流柜分為兩種，一種為手動排流柜，另一種為智能排流柜（自動排流柜）。圖二為智能排流柜原理框圖。智能排流柜主要器件為排流二極管D、限流電阻R1、IGBT、斬波電阻R2、電流傳感器、電壓傳感器、快速熔斷器和負荷開關。二極管用來保證雜散電流單方向回流，負荷開關完成排流柜的投切。應用電流和電壓傳感器是對排流柜運行狀態進行檢測，裝置將這些檢測數據通過RS485通信接口上傳至雜散電流監測系統，監測系統根據全線雜散電流的分布和嚴重程度為地鐵運營提供維修保養依據。
4 LEM傳感器在手動排流柜中的應用
目前，我廠研制生產的排流柜有兩種型號，分別為手動排流柜和智能排流柜。兩種產品上均選用了LEM傳感器。其中供深圳地鐵一號線的手動排流柜已連續運行近兩年。目前運行狀況良好，選用的兩種傳感器也經受了考驗。
該裝置選用的電流傳感器型號為BLFK-400S4,該傳感器為應用霍爾效應的開環電流傳感器，原邊電流Ip產生的磁通量聚集在磁路中，并由霍爾器件檢測出霍爾電壓信號，經過放大器放大，該電壓信號能精確地反映原邊電流。
該傳感器能在電隔離條件下測量直流、交流，脈沖以及各種不規則波形的電流。其主要電參數如下：
原邊額定有效值電流 400 A
原邊電流測量范圍 700A
副邊額定電壓 4V
電流消耗 25mA
絕緣耐壓 6kV，1分鐘
其線性度、零點失調電壓、響應時間等動態參數均達到排流柜對傳感器的要求。之所以選用該傳感器，重點考慮了以下幾點。
（1）該傳感器輸出為電壓信號，可直接驅動數字表頭顯示。裝置中將電流傳感器輸出信號分為兩路，一路去裝置的檢測系統，完成數據采集。另一路去在數字表頭，實時顯示排流電流大小，其副邊電壓輸出的形式和幅值與數字顯示表頭的輸入完全匹配，省去了采樣電阻和信號處理的中間環節。方便了產品設計。
（2）該型傳感器采用了對開式結構，體積小，重量輕、方便安裝和維護。在排流柜中，主回路電器之間的連接全部是銅母線，傳感器采用穿孔方式安裝在銅母線上。當進行維護時，對開式結構可以免去拆下銅母線的麻煩，使產品調試和維護減少了不小的工作量。
（3）工作環境溫度范圍寬，且在高濕度環境條件能可靠工作。經過近兩年的工業運行，傳感器經受住了深圳濕熱的氣候環境。
該裝置選用的電壓傳感器型號為AV100-250，該型傳感器測量精度高，特別是在小電壓范圍內表現出色。在滿足精度、線性度等性能的同時，由于其具有出色的絕緣性能，經受住了交流絕緣耐壓3kV的1分鐘的考驗。使主回路和輔助回路徹底的絕緣。
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