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開口式霍爾電流傳感器在工廠改造配電系統(tǒng)中的應(yīng)用安科瑞鮑靜君

摘要：根據(jù)開口式霍爾電流傳感器的原理,、特點(diǎn)及安裝方式,，分析開口式霍爾電流傳感器在工廠改造配電系統(tǒng)中的應(yīng)用,，為用戶快速實(shí)現(xiàn)直流系統(tǒng)智能配電提供解決方案。

關(guān)鍵詞：開口式霍爾電流傳感器直流配電系統(tǒng) 工作原理應(yīng)用

直流配電系統(tǒng)通常由高頻開關(guān)電源和蓄電池組成,，用于為直流系統(tǒng)中控制,、信號、繼電保護(hù)及自動裝置,、事故照明等提供可靠的直流電源,，對其供電的可靠性、穩(wěn)定性以及供電質(zhì)量均有著很高的要求,。因此對某些服役已久的直流系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的改造已顯的十分迫切,。且直流系統(tǒng)改造時(shí)不停電，工程改造難度大,，采用傳統(tǒng)的閉口霍爾電流傳感器或者分流器也無法解決,，因此可采用開口式霍爾電流傳感器來解決改造項(xiàng)目中直流電流計(jì)量問題，確保改造過程不停電且安全運(yùn)行,。

1 產(chǎn)品設(shè)計(jì)

1.1結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

開口式霍爾電流傳感器在傳統(tǒng)閉口霍爾電流傳感器的基礎(chǔ)上進(jìn)行研發(fā),，結(jié)構(gòu)新穎，外形美觀大方,。整體由外殼,、鐵芯、采樣線路板及固定樹脂構(gòu)成,，外殼材料采用PC/ABS合金,，具有耐高溫、機(jī)械強(qiáng)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(wěn)定,，機(jī)械強(qiáng)度高,，導(dǎo)磁率*等特點(diǎn)；線路板與外部接線采用綠色可插拔端子,，現(xiàn)場接線方便,、可靠。具體結(jié)構(gòu)如圖1,、2所示,，產(chǎn)品外觀采用分體式設(shè)計(jì)，圖1為圓孔型，適合直流系統(tǒng)次母線為電纜時(shí)穿過,。,，圖2方孔型，適合直流系統(tǒng)次母線為銅排時(shí)穿過,。根據(jù)次電流的測量范圍及穿孔要求,，可選擇相應(yīng)的產(chǎn)品類型。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(guī)格,，如圖3所示，適用于不同應(yīng)用場合,。

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

霍爾電流傳感器是根據(jù)霍爾效應(yīng)、電磁感應(yīng)原理設(shè)計(jì)的種傳感器,，按原理可分為開環(huán)方式（直放式）和閉環(huán)方式（磁平衡式）,，開口式霍爾電流傳感器是在傳統(tǒng)開環(huán)（直放式）霍爾傳感器的基礎(chǔ)上加以改進(jìn)，與傳統(tǒng)單鐵芯,、單霍爾芯片設(shè)計(jì)不同,，為了設(shè)計(jì)為分體式結(jié)構(gòu)，將鐵芯分離對稱安裝,，硬件采用雙霍爾芯片并聯(lián)互補(bǔ)差分輸入,，開口式霍爾傳感器原理如圖4所示：

圖4 開口式霍爾傳感器原理圖

當(dāng)原邊電流IP流過根長導(dǎo)線時(shí)，在導(dǎo)線周圍將產(chǎn)生磁場,，磁場的大小與流過導(dǎo)線的電流成正比,，產(chǎn)生的磁場聚集在磁環(huán)內(nèi)，通過磁環(huán)氣隙中兩個(gè)霍爾元件進(jìn)行測量,，兩霍爾元件標(biāo)志面相反置于同磁場內(nèi),，輸出信號具有互補(bǔ)特征，輸出電壓通過差分放大輸出,，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,。般的額定輸出標(biāo)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，將開口式霍爾電流傳感器的安裝螺絲打開,，卸下傳感器的下體,；將開口式霍爾電流傳感器的上體裝入配電系統(tǒng)的次母排，合上傳感器的下體,，將傳感器的安裝螺絲,、墊片穿過上、下體的固定孔,，將傳感器的上,、下體固定在起。如果現(xiàn)場可斷電安裝,，可在銅牌上按傳感器間距要求開兩個(gè)對應(yīng)螺紋孔,，將傳感器通過后側(cè)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(xiàn)場要求不斷電安裝,，可采用配套橡膠墊塊內(nèi)嵌于外殼與銅牌之間固定，確保傳感器能在振動條件下也能可靠工作,，整個(gè)安裝過程比較快速簡單,。

圖5 產(chǎn)品安裝示意圖

1.4開口式霍爾傳感器優(yōu)點(diǎn)

與傳統(tǒng)直流電流計(jì)量般采用分流器或互感器測量方法相比，開口式霍爾傳感器具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1）原邊副邊絕緣強(qiáng)度高,，高可達(dá)AC 12kV隔離,；

2）無插入損耗；

3）動態(tài)性能好：響應(yīng)時(shí)間小于20us跟蹤速度di/dt高于20A/us

4) 安裝時(shí)無需拆卸原邊電纜或母排,，特別適用于不允許斷電設(shè)備的改造施工,。

2.產(chǎn)品應(yīng)用

開口式霍爾電流傳感器主要應(yīng)用在工廠改造直流配電系統(tǒng)中，如電廠直流電源系統(tǒng)改造,、變電站直流系統(tǒng)改造改造,、通訊機(jī)房改造、鐵路機(jī)車改造等項(xiàng)目,，它能將系統(tǒng)中原邊直流電流信號轉(zhuǎn)換成為標(biāo)準(zhǔn)DC± 5V或4-20mA輸出,，起到了監(jiān)測和電氣隔離作用，可與多回路監(jiān)控儀表或其他電氣測量儀表配套使用,。

2.1 應(yīng)用實(shí)例

從改造成本方面考慮,，如采用傳統(tǒng)閉口式霍爾傳感器或者分流器方案，施工時(shí),，先拆卸直流母線銅排,，然后安裝傳感器，再將母排重新安裝恢復(fù),，而整個(gè)安裝過程中,，至少需要兩名施工人員配合施工，同時(shí)整改線路停電配合；而如采用開口式霍爾傳感器方案,，以1.3所述安裝方法安裝,，僅需名施工人員，同時(shí)施工時(shí)間預(yù)計(jì)僅需傳統(tǒng)方案1/20時(shí)間,，工廠停電時(shí)間也可相應(yīng)減少,，甚至某些場合不斷電施工安裝，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,，同種開孔外形開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,，開口式傳感器與閉口式傳感器的精度、穩(wěn)定性基本,。

綜上對比,，無論是從現(xiàn)場施工的*性還是從項(xiàng)目改造整體采購、施工等方面的綜合成本考慮,，使用開口式霍爾電流傳感器無疑是性價(jià)比高的方案,。

以企業(yè)的直流配電柜為例，如圖6所示,，將多路直流輸入?yún)R總成路電流輸出，每路都有保護(hù)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(jiān)控,，并可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信,。采用8個(gè)開口式霍爾電流傳感器來監(jiān)控直流電流，布局美觀,，相對于傳統(tǒng)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(jī)車改造項(xiàng)目,，改造要求在不能拆卸母排前提下來監(jiān)測該母排直流電流，此種情況只能采用開口式霍爾電流傳感器方案,。