安科瑞 周菁
江蘇安科瑞電器制造有限公司 江蘇江陰
摘要
根據開(kāi)口式霍爾電流傳感器的原理、特點(diǎn)及安裝方式，分析開(kāi)口式霍爾電流傳感器在工廠(chǎng)改造配電系統中的應用，為用戶(hù)快速實(shí)現直流系統智能配電提供解決方案。
關(guān)鍵詞：開(kāi)口式霍爾電流傳感器 直流配電系統 工作原理 應用
直流配電系統通常由高頻開(kāi)關(guān)電源和蓄電池組成，用于為直流系統中控制、信號、繼電保護及自動(dòng)裝置、事故照明等提供可靠的直流電源，對其供電的可靠性、穩定性以及供電質(zhì)量均有著(zhù)很高的要求。因此對某些服役已久的直流系統進(jìn)行相應的改造已顯的十分迫切。且直流系統改造時(shí)不停電，工程改造難度大，采用傳統的閉口霍爾電流傳感器或者分流器也無(wú)法解決，因此可采用開(kāi)口式霍爾電流傳感器來(lái)解決改造項目中直流電流計量問(wèn)題，確保改造過(guò)程不停電且安全運行。
1 產(chǎn)品設計
1.1結構特點(diǎn)
開(kāi)口式霍爾電流傳感器在傳統閉口霍爾電流傳感器的基礎上進(jìn)行研發(fā)，結構新穎，外形美觀(guān)大方。整體由外殼、鐵芯、采樣線(xiàn)路板及固定樹(shù)脂構成，外殼材料采用PC/ABS合金，具有耐高溫、機械強度高、環(huán)保等特點(diǎn)；鐵芯采用有取向冷扎硅鋼片，具有性能穩定，機械強度高，導磁率*等特點(diǎn)；線(xiàn)路板與外部接線(xiàn)采用綠色可插拔端子，現場(chǎng)接線(xiàn)方便、可靠。具體結構如圖1、2所示，產(chǎn)品外觀(guān)采用分體式設計，圖1為圓孔型，適合直流系統一次母線(xiàn)為電纜時(shí)穿過(guò)。，圖2方孔型，適合直流系統一次母線(xiàn)為銅排時(shí)穿過(guò)。根據一次電流的測量范圍及穿孔要求，可選擇相應的產(chǎn)品類(lèi)型。該系列傳感器電流可測范圍為20A～20000A，主要外形有ф20、ф40、ф60、64*16、85*27、104*36、140*50等多種規格，如圖3所示，適用于不同應用場(chǎng)合。
圖1 圓孔型 圖2 方孔型
圖3 AHKC系列開(kāi)口式霍爾電流傳感器
1.2工作原理
霍爾電流傳感器是根據霍爾效應、電磁感應原理設計的一種傳感器，按原理可分為開(kāi)環(huán)方式（直放式）和閉環(huán)方式（磁平衡式），開(kāi)口式霍爾電流傳感器是在傳統開(kāi)環(huán)（直放式）霍爾傳感器的基礎上加以改進(jìn)，與傳統單鐵芯、單霍爾芯片設計不同，為了設計為分體式結構，將鐵芯分離對稱(chēng)安裝，硬件采用雙霍爾芯片并聯(lián)互補差分輸入，開(kāi)口式霍爾傳感器原理如圖4所示：
圖4 開(kāi)口式霍爾傳感器原理圖
當原邊電流IP流過(guò)一根長(cháng)導線(xiàn)時(shí)，在導線(xiàn)周?chē)鷮a(chǎn)生磁場(chǎng)，磁場(chǎng)的大小與流過(guò)導線(xiàn)的電流成正比，產(chǎn)生的磁場(chǎng)聚集在磁環(huán)內，通過(guò)磁環(huán)氣隙中兩個(gè)霍爾元件進(jìn)行測量，兩霍爾元件標志面相反置于同一磁場(chǎng)內，輸出信號具有互補特征，輸出電壓通過(guò)差分放大輸出，不但可抑制共模干擾，也可溫度漂移的影響，輸出電壓VS的反映原邊電流IP。一般的額定輸出標定為DC±5V或DC4-20mA。
1．3產(chǎn)品安裝
以方孔產(chǎn)品為例，如圖5所示，將開(kāi)口式霍爾電流傳感器的安裝螺絲打開(kāi)，卸下傳感器的下體；將開(kāi)口式霍爾電流傳感器的上體裝入配電系統的一次母排，合上傳感器的下體，將傳感器的安裝螺絲、墊片穿過(guò)上、下體的固定孔，將傳感器的上、下體固定在一起。如果現場(chǎng)可斷電安裝，可在銅牌上按傳感器間距要求開(kāi)兩個(gè)對應螺紋孔，將傳感器通過(guò)后側的安裝固定孔固定在母排螺紋孔上，完成傳感器的安裝；如現場(chǎng)要求不斷電安裝，可采用配套橡膠墊塊內嵌于外殼與銅牌之間固定，確保傳感器能在振動(dòng)條件下也能可靠工作，整個(gè)安裝過(guò)程比較快速簡(jiǎn)單。
圖5 產(chǎn)品安裝示意圖
1.4 開(kāi)口式霍爾傳感器優(yōu)點(diǎn)
與傳統直流電流計量一般采用分流器或互感器測量方法相比，開(kāi)口式霍爾傳感器具有以下優(yōu)點(diǎn)：
1）原邊副邊絕緣強度高，高可達AC 12kV隔離；
2）無(wú)插入損耗；
3）動(dòng)態(tài)性能好：響應時(shí)間小于20us跟蹤速度di/dt高于20A/us
4) 安裝時(shí)無(wú)需拆卸原邊電纜或母排，特別適用于不允許斷電設備的改造施工。
2.產(chǎn)品應用
開(kāi)口式霍爾電流傳感器主要應用在工廠(chǎng)改造直流配電系統中，如電廠(chǎng)直流電源系統改造、變電站直流系統改造改造、通訊機房改造、鐵路機車(chē)改造等項目，它能將系統中原邊直流電流信號轉換成為標準DC± 5V或4-20mA輸出，起到了監測和電氣隔離作用，可與多回路監控儀表或其他電氣測量?jì)x表配套使用。
2.1 應用實(shí)例
從改造成本方面考慮，如采用傳統閉口式霍爾傳感器或者分流器方案，施工時(shí)，先拆卸直流母線(xiàn)銅排，然后安裝傳感器，再將母排重新安裝恢復，而整個(gè)安裝過(guò)程中，至少需要兩名施工人員配合施工，同時(shí)整改線(xiàn)路停電配合；而如采用開(kāi)口式霍爾傳感器方案，以1.3所述安裝方法安裝，僅需一名施工人員，同時(shí)施工時(shí)間預計僅需傳統方案1/20時(shí)間，工廠(chǎng)停電時(shí)間也可相應減少，甚至某些場(chǎng)合不斷電施工安裝，采用此方案明顯省時(shí)、省力、省人工。從傳感器采購價(jià)格對比，同種開(kāi)孔外形開(kāi)口式霍爾傳感器較閉口式霍爾傳感器采購價(jià)略高了10%左右。而從測試性能方面分析，只要安裝時(shí)傳感器的上、下體螺絲固定緊密，開(kāi)口式傳感器與閉口式傳感器的精度、穩定性基本一致。
綜上對比，無(wú)論是從現場(chǎng)施工的*性還是從項目改造整體采購、施工等方面的綜合成本考慮，使用開(kāi)口式霍爾電流傳感器無(wú)疑是性?xún)r(jià)比高的方案。
以國內企業(yè)的直流配電柜為例，如圖6所示，將多路直流輸入匯總成一路電流輸出，每路都有保護裝置（斷路器、熔斷器等）、防反二極管等，而且可以對每路電壓電流進(jìn)行監控，并可以實(shí)現遠程通信。采用8個(gè)開(kāi)口式霍爾電流傳感器來(lái)監控直流電流，布局美觀(guān)，相對于傳統霍爾安裝更方便，與分流器方案相比更安全、實(shí)用。
圖7所示為某鐵路機車(chē)改造項目，改造要求在不能拆卸母排前提下來(lái)監測該母排直流電流，此種情況只能采用開(kāi)口式霍爾電流傳感器方案。
圖6 某企業(yè)直流配電柜 圖7某鐵路機車(chē)改造項目
3結論
綜上所述，開(kāi)口式霍爾電流傳感器因其結構簡(jiǎn)單、安裝方便、運行可靠等良好的適用性，在直流系統應用中發(fā)揮很大的作用，特別是改造項目中得到了大量應用。
文章來(lái)源：《自動(dòng)化博覽》2015年12期。
【1】電量傳感器選型手冊【】.江蘇安科瑞電器制造有限公司.2015.07.
