安科瑞开口式霍尔电流传感器在工厂改造配电系统中的应用-物联网解决方案频道-AIoT库

< >

安科瑞開口式霍爾電流傳感器在工廠改造配電系統中的應用

安科瑞電氣股份有限公司

應用場景:

智能制造智能零售司法監獄智慧工地智慧城市危化管理

主要技術:

電流變送器智能三表智能硬件

收藏
掃碼分享
分享到微信

開口式霍爾(er)電(dian)流傳感器在工廠改造配電(dian)系統中的應(ying)用

摘要：根據開口(kou)式(shi)霍(huo)爾電流傳(chuan)感器的原(yuan)理、特(te)點及安裝(zhuang)方式(shi)，分析開口(kou)式(shi)霍(huo)爾電流傳(chuan)感器在工廠改造配電系統(tong)中的應用，為用戶快(kuai)速(su)實(shi)現直(zhi)流系統(tong)智能配電提供解決方案。

關鍵詞：開口式霍爾(er)電流傳感(gan)器直流配電系統工作原理(li)  應(ying)用

直(zhi)(zhi)流配電(dian)系(xi)統(tong)通常由高(gao)頻開關電(dian)源和蓄電(dian)池組成，用(yong)于(yu)為直(zhi)(zhi)流系(xi)統(tong)中控(kong)制、信號、繼電(dian)保(bao)護及自動裝(zhuang)置、事故(gu)照明等提(ti)供(gong)(gong)可靠的(de)(de)(de)直(zhi)(zhi)流電(dian)源，對(dui)其供(gong)(gong)電(dian)的(de)(de)(de)可靠性(xing)、穩(wen)定性(xing)以及供(gong)(gong)電(dian)質量均有著很(hen)高(gao)的(de)(de)(de)要求。因此對(dui)某些(xie)服役已久(jiu)的(de)(de)(de)直(zhi)(zhi)流系(xi)統(tong)進行相應的(de)(de)(de)改造(zao)(zao)已顯的(de)(de)(de)十分迫切。且(qie)直(zhi)(zhi)流系(xi)統(tong)改造(zao)(zao)時不停電(dian)，工程改造(zao)(zao)難度(du)大，采用(yong)傳統(tong)的(de)(de)(de)閉(bi)口霍爾電(dian)流傳感器或者(zhe)分流器也無法解決，因此可采用(yong)開口式霍爾電(dian)流傳感器來(lai)解決改造(zao)(zao)項目中直(zhi)(zhi)流電(dian)流計量問題，確保(bao)改造(zao)(zao)過程不停電(dian)且(qie)安(an)全運(yun)行。

1 產品設計

1.1結構特點

開口式霍爾電(dian)流(liu)傳(chuan)感(gan)器(qi)(qi)在傳(chuan)統閉口霍爾電(dian)流(liu)傳(chuan)感(gan)器(qi)(qi)的(de)基礎(chu)上進(jin)行(xing)研發(fa)，結構(gou)新穎，外(wai)形(xing)美(mei)觀(guan)大方。整體由外(wai)殼、鐵(tie)芯(xin)(xin)、采樣(yang)線路板(ban)及(ji)固定樹脂(zhi)構(gou)成，外(wai)殼材料采用(yong)(yong)PC/ABS合(he)金，具有耐高(gao)(gao)溫、機械強度(du)高(gao)(gao)、環保等(deng)特點；鐵(tie)芯(xin)(xin)采用(yong)(yong)有取(qu)向冷扎(zha)硅鋼片，具有性能穩定，機械強度(du)高(gao)(gao)，導(dao)磁(ci)率極高(gao)(gao)等(deng)特點；線路板(ban)與(yu)外(wai)部接線采用(yong)(yong)綠色可插拔端子，現場接線方便、可靠。具體結構(gou)如(ru)圖(tu)(tu)(tu)1、2所示，產(chan)品(pin)外(wai)觀(guan)采用(yong)(yong)分體式設(she)計，圖(tu)(tu)(tu)1為(wei)圓孔(kong)(kong)型(xing)，適(shi)(shi)合(he)直流(liu)系統一(yi)次(ci)母線為(wei)電(dian)纜時(shi)穿(chuan)過。，圖(tu)(tu)(tu)2方孔(kong)(kong)型(xing)，適(shi)(shi)合(he)直流(liu)系統一(yi)次(ci)母線為(wei)銅排(pai)時(shi)穿(chuan)過。根據一(yi)次(ci)電(dian)流(liu)的(de)測量范圍及(ji)穿(chuan)孔(kong)(kong)要(yao)求，可選擇相應(ying)的(de)產(chan)品(pin)類型(xing)。該(gai)系列傳(chuan)感(gan)器(qi)(qi)電(dian)流(liu)可測范圍為(wei)20A～20000A，主(zhu)要(yao)外(wai)形(xing)有ф20、ф40、ф60、64*16、85*27、104*36、140*50等(deng)多種規(gui)格，如(ru)圖(tu)(tu)(tu)3所示，適(shi)(shi)用(yong)(yong)于不(bu)同應(ying)用(yong)(yong)場合(he)。

圖1 圓孔型     圖2 方孔型

  圖3 AHKC系列開口式霍爾電流傳感器、

、

1.2工作原理

霍(huo)爾(er)(er)電(dian)流傳(chuan)(chuan)感器是(shi)根據(ju)霍(huo)爾(er)(er)效應(ying)、電(dian)磁感應(ying)原理設(she)計(ji)的(de)(de)一(yi)種傳(chuan)(chuan)感器，按原理可分(fen)為開環(huan)(huan)方式(shi)（直放式(shi)）和(he)閉環(huan)(huan)方式(shi)（磁平(ping)衡(heng)式(shi)），開口式(shi)霍(huo)爾(er)(er)電(dian)流傳(chuan)(chuan)感器是(shi)在傳(chuan)(chuan)統(tong)開環(huan)(huan)（直放式(shi)）霍(huo)爾(er)(er)傳(chuan)(chuan)感器的(de)(de)基(ji)礎上加以(yi)改進，與(yu)傳(chuan)(chuan)統(tong)單(dan)鐵(tie)芯(xin)(xin)、單(dan)霍(huo)爾(er)(er)芯(xin)(xin)片設(she)計(ji)不同，為了設(she)計(ji)為分(fen)體式(shi)結(jie)構，將鐵(tie)芯(xin)(xin)分(fen)離對稱安(an)裝，硬件(jian)采用雙霍(huo)爾(er)(er)芯(xin)(xin)片并聯(lian)互補差分(fen)輸入(ru)，開口式(shi)霍(huo)爾(er)(er)傳(chuan)(chuan)感器原理如圖4所(suo)示(shi)：

圖4 開口式(shi)霍爾傳(chuan)感器原理圖

當(dang)原(yuan)邊電(dian)(dian)流(liu)IP流(liu)過(guo)一根長導線(xian)時，在(zai)導線(xian)周(zhou)圍將產生磁(ci)(ci)場(chang)，磁(ci)(ci)場(chang)的大(da)小與(yu)流(liu)過(guo)導線(xian)的電(dian)(dian)流(liu)成(cheng)正(zheng)比，產生的磁(ci)(ci)場(chang)聚(ju)集(ji)在(zai)磁(ci)(ci)環內，通(tong)過(guo)磁(ci)(ci)環氣隙中兩個霍爾元件(jian)進行測量，兩霍爾元件(jian)標志(zhi)面相(xiang)反(fan)置于同(tong)一磁(ci)(ci)場(chang)內，輸(shu)(shu)出(chu)信號具(ju)有互補特征，輸(shu)(shu)出(chu)電(dian)(dian)壓通(tong)過(guo)差分放大(da)輸(shu)(shu)出(chu)，不但可(ke)(ke)抑制(zhi)共模干擾，也可(ke)(ke)溫(wen)度漂移的影響，輸(shu)(shu)出(chu)電(dian)(dian)壓VS精確的反(fan)映原(yuan)邊電(dian)(dian)流(liu)IP。一般的額定輸(shu)(shu)出(chu)標定為DC±5V或DC4-20mA。

1.3產品安裝

以方孔產品(pin)為例，如圖5所(suo)示(shi)，將(jiang)(jiang)開(kai)(kai)口式(shi)霍爾(er)電流傳(chuan)(chuan)(chuan)感(gan)(gan)(gan)(gan)器(qi)(qi)的(de)(de)(de)安裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)螺絲打開(kai)(kai)，卸(xie)下(xia)傳(chuan)(chuan)(chuan)感(gan)(gan)(gan)(gan)器(qi)(qi)的(de)(de)(de)下(xia)體(ti)；將(jiang)(jiang)開(kai)(kai)口式(shi)霍爾(er)電流傳(chuan)(chuan)(chuan)感(gan)(gan)(gan)(gan)器(qi)(qi)的(de)(de)(de)上體(ti)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)入配電系(xi)統的(de)(de)(de)一次母(mu)排(pai)，合上傳(chuan)(chuan)(chuan)感(gan)(gan)(gan)(gan)器(qi)(qi)的(de)(de)(de)下(xia)體(ti)，將(jiang)(jiang)傳(chuan)(chuan)(chuan)感(gan)(gan)(gan)(gan)器(qi)(qi)的(de)(de)(de)安裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)螺絲、墊(dian)片穿過(guo)上、下(xia)體(ti)的(de)(de)(de)固(gu)定(ding)孔，將(jiang)(jiang)傳(chuan)(chuan)(chuan)感(gan)(gan)(gan)(gan)器(qi)(qi)的(de)(de)(de)上、下(xia)體(ti)固(gu)定(ding)在(zai)(zai)(zai)一起。如果現(xian)(xian)場(chang)可斷電安裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)，可在(zai)(zai)(zai)銅牌上按傳(chuan)(chuan)(chuan)感(gan)(gan)(gan)(gan)器(qi)(qi)間距(ju)要(yao)求(qiu)開(kai)(kai)兩個對(dui)應螺紋(wen)孔，將(jiang)(jiang)傳(chuan)(chuan)(chuan)感(gan)(gan)(gan)(gan)器(qi)(qi)通過(guo)后側的(de)(de)(de)安裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)固(gu)定(ding)孔固(gu)定(ding)在(zai)(zai)(zai)母(mu)排(pai)螺紋(wen)孔上，完成傳(chuan)(chuan)(chuan)感(gan)(gan)(gan)(gan)器(qi)(qi)的(de)(de)(de)安裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)；如現(xian)(xian)場(chang)要(yao)求(qiu)不斷電安裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)，可采用(yong)配套橡膠墊(dian)塊內嵌(qian)于外殼與銅牌之(zhi)間固(gu)定(ding)，確保傳(chuan)(chuan)(chuan)感(gan)(gan)(gan)(gan)器(qi)(qi)能(neng)在(zai)(zai)(zai)振動條件下(xia)也能(neng)可靠工作，整個安裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)過(guo)程比較快(kuai)速(su)簡單(dan)。

  圖(tu)5 產品安(an)裝示意(yi)圖(tu)

1.4開口式霍爾傳感器優點

與傳(chuan)統直(zhi)流電流計(ji)量一(yi)般采用分流器或互感器測量方法相(xiang)比，開口式霍爾(er)傳(chuan)感器具有以下優(you)點：

  1）原邊(bian)副邊(bian)絕緣強(qiang)度高(gao)，最高(gao)可達AC 12kV隔離(li)；

2）無插入損耗；

3）動態性能好：響(xiang)應時間小于20us跟蹤速度di/dt高于20A/us

4) 安裝時無需拆卸(xie)原邊電纜或母(mu)排，特別適用于不(bu)允許斷電設備的(de)改(gai)造施工(gong)。

2.產品應用

開口式霍爾電流傳感器主要應用在工廠(chang)改(gai)造(zao)(zao)(zao)(zao)直(zhi)流配(pei)電系(xi)(xi)統(tong)中，如電廠(chang)直(zhi)流電源系(xi)(xi)統(tong)改(gai)造(zao)(zao)(zao)(zao)、變電站直(zhi)流系(xi)(xi)統(tong)改(gai)造(zao)(zao)(zao)(zao)改(gai)造(zao)(zao)(zao)(zao)、通訊(xun)機房改(gai)造(zao)(zao)(zao)(zao)、鐵路機車改(gai)造(zao)(zao)(zao)(zao)等項目，它能將系(xi)(xi)統(tong)中原邊直(zhi)流電流信號轉換成(cheng)為標準DC± 5V或(huo)(huo)4-20mA輸出(chu)，起(qi)到了監測和電氣隔離作用，可與多回路監控儀(yi)表或(huo)(huo)其他電氣測量(liang)儀(yi)表配(pei)套(tao)使用。

2.1 應(ying)用(yong)實例(li)

從改造成本(ben)方面考(kao)慮，如采(cai)用傳統閉口(kou)式(shi)霍爾(er)傳感器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)或者分流(liu)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)方案，施(shi)(shi)工時(shi)，必(bi)須先拆卸直(zhi)流(liu)母(mu)線(xian)銅排，然后(hou)安裝(zhuang)傳感器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)，再將(jiang)母(mu)排重(zhong)新安裝(zhuang)恢復，而(er)整(zheng)個安裝(zhuang)過(guo)程(cheng)中，至少(shao)需要(yao)兩名施(shi)(shi)工人員配合施(shi)(shi)工，同時(shi)整(zheng)改線(xian)路必(bi)須停(ting)電(dian)配合；而(er)如采(cai)用開口(kou)式(shi)霍爾(er)傳感器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)方案，以1.3所述安裝(zhuang)方法安裝(zhuang)，僅(jin)(jin)需一名施(shi)(shi)工人員，同時(shi)施(shi)(shi)工時(shi)間(jian)預計僅(jin)(jin)需傳統方案1/20時(shi)間(jian)，工廠停(ting)電(dian)時(shi)間(jian)也可相應減少(shao)，甚至某些場合不斷電(dian)施(shi)(shi)工安裝(zhuang)，采(cai)用此(ci)方案明顯省(sheng)時(shi)、省(sheng)力、省(sheng)人工。從傳感器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)采(cai)購(gou)價(jia)格對比，同種開孔(kong)外形開口(kou)式(shi)霍爾(er)傳感器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)較閉口(kou)式(shi)霍爾(er)傳感器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)采(cai)購(gou)價(jia)略高了10%左右。而(er)從測試(shi)性能方面分析，只(zhi)要(yao)安裝(zhuang)時(shi)傳感器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)的(de)上、下(xia)體螺絲固定(ding)緊(jin)密，開口(kou)式(shi)傳感器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)與閉口(kou)式(shi)傳感器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)的(de)精(jing)度、穩定(ding)性基本(ben)一致。

綜(zong)上對(dui)比，無(wu)(wu)論是(shi)從(cong)現場施工的優越(yue)性還是(shi)從(cong)項目改(gai)造(zao)整體采(cai)購、施工等(deng)方(fang)(fang)面的綜(zong)合成本考慮(lv)，使用開口(kou)式霍爾電(dian)流傳(chuan)感器(qi)無(wu)(wu)疑(yi)是(shi)性價比最高的方(fang)(fang)案。

以(yi)國內知名企業的(de)直流(liu)配(pei)電(dian)(dian)柜為例，如(ru)圖6所示(shi)，將多路(lu)(lu)直流(liu)輸(shu)入匯總(zong)成一路(lu)(lu)電(dian)(dian)流(liu)輸(shu)出，每路(lu)(lu)都(dou)有保護裝(zhuang)置（斷(duan)路(lu)(lu)器(qi)、熔(rong)斷(duan)器(qi)等）、防反二極管等，而且可(ke)以(yi)對(dui)每路(lu)(lu)電(dian)(dian)壓電(dian)(dian)流(liu)進行(xing)監控(kong)，并可(ke)以(yi)實(shi)現遠程(cheng)通信(xin)。采用8個開口式霍(huo)爾電(dian)(dian)流(liu)傳(chuan)感器(qi)來監控(kong)直流(liu)電(dian)(dian)流(liu)，布局美觀(guan)，相(xiang)對(dui)于傳(chuan)統霍(huo)爾安(an)裝(zhuang)更方便，與(yu)分流(liu)器(qi)方案相(xiang)比更安(an)全(quan)、實(shi)用。

圖7所示為(wei)某鐵路機車改造(zao)項目(mu)，改造(zao)要求(qiu)在不(bu)能拆卸母(mu)排前提下來(lai)監測(ce)該母(mu)排直流電流，此種情(qing)況只能采用開口式霍爾電流傳感(gan)器方案(an)。