開口式霍爾電流傳感器在直流配電改造的應用

王晶晶

安科瑞電氣股份有限公司  

 

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智能改造。

      直流配電系統通常由高頻開關電源和蓄電池組成，用于為直流系統中控制、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的改造顯得十分緊要。

 

      系統改造要求不停電進行直流系統切改，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安全運行。

      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的開環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] 企業微電網設計與應用手冊.2020.6