開口式霍爾電流傳感器在直流配電改造的應用

 

摘要：根據開口式霍爾電流傳感器的原理、特點及安裝方式，分析開口式霍爾電流傳感器在直流配電改造中的應用，快速實現直流配電系統(tǒng)智能改造。

      直流配電系統(tǒng)通常由高頻開關電源和蓄電池組成，用于為直流系統(tǒng)中控制、信號、繼電保護自動裝置、事故照明等提供可靠的直流電流電源，對其供電的可靠性、穩(wěn)定性以及供電質量均有著很高的要求。因此對一些使用周期長的直流配電系統(tǒng)的改造顯得十分緊要。

 

      系統(tǒng)改造要求不停電進行直流系統(tǒng)切改，即在不失去直流電源的情況下進行負荷的倒出和倒入，改造工程難度大。針對此需求，可采用開口式霍爾電流傳感器來解決改造項目中直流電流計量問題，確保改造過程中直流母線和直流負載不停電且運行。

      開口式霍爾電流傳感器整體由外殼、鐵芯、采樣線路板及固定樹脂構成，具有耐高溫、機械強度高、環(huán)保等特點；線路板與外部接線采用綠色可插拔端子，現場接線方便。

      開口式霍爾電流傳感器是在傳統(tǒng)的開環(huán)霍爾電流傳感器的基礎上加以改造，根據霍爾效應和電磁感應原理，原邊電流IP產生的磁場，通過磁芯聚磁后，用霍爾感應芯片在磁芯氣隙處感應原邊電流IP的大小和方向。霍爾感應芯片的輸出電壓，經過信號處理電路，使傳感器的輸出可以精確反映被測電流的大小。為了提高霍爾開環(huán)傳感器的性能，通常使用硅鋼或者坡莫合金作為磁芯的材料。

開口式霍爾傳感器原理圖

 

 

 

      某鐵路機車改造項目，改造要求在不能拆卸母排前提下接入傳感器來監(jiān)測母排直流電流，此種情況只能采用開口式霍爾電流傳感器，現場安裝方便。

      現場安裝如下圖所示，如果現場可斷電安裝，可在銅排上按傳感器間距要求開兩個對應螺紋孔，將傳感器通過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；如現場要求不斷電安裝，可采用配套橡膠墊塊內嵌于外殼與銅排之間固定，確保傳感器能在振動條件下也能可靠工作，整個安裝過程比較快速簡單。

 

某鐵路機車改造項目安裝圖

 

2.1 概述       

      開口式霍爾電流傳感器相較于閉口霍爾電流傳感器，與傳統(tǒng)單鐵芯、單霍爾芯片的設計不同，為了設計為分體式結構，將鐵芯分離對稱安裝，硬件采用雙霍爾芯片并聯互補差分輸入，具有性能穩(wěn)定、機械強度高、導磁率高等特點，線路板與外部接線采用綠色可插拔端子，現場接線方便。

 

AHKC系列開口式霍爾電流傳感器

 

 

 

 

 

 

 

 

 

技術參數指標

霍爾開口式霍爾（真有效值）

輸出標稱值電壓：±5V/±4V電流：4～20mA

零點失調電壓（電流）電壓：±20mV電流：±0.05mA

失調電壓（電流）漂移 電壓： ≤±1.0mV/℃ 電流：±0.04mA/℃

線性度≤0.2%FS

電源電壓DC±15VDC 24V

耐壓強度輸入與輸出及電源之間允許AC2500V工頻耐壓

精度等級1.0

環(huán)境溫度工作：-25℃～+70℃；儲存：-40℃～+85℃

濕度≤95%RH，不結露，無腐蝕性氣體場所

海拔≤3500m

 

 

       從改造成本上看，如采用傳統(tǒng)閉口式霍爾電流傳感器或者分流器方案，施工時必須先拆除直流母線銅排，然后安裝傳感器，再將母排重新安裝恢復，整改線路必須停電配合，采用開口式霍爾電流傳感器則更省時省力；從測試性能方面，只要安裝時傳感器的上、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)定性基本一致。綜上所述，開口式霍爾電流傳感器在直流配電改造過程中有著更為廣泛的應用。

[1] 企業(yè)微電網設計與應用手冊.2020.6