霍尔电流传感器在光伏直流柜中的应用

　王长幸

　　(江苏安科瑞电器制造有限公司)

　　摘要：分析了霍尔电流传感器的工作原理以及产品选型，浅谈其在光伏直流柜中的应用

　　关键词：霍尔电流传感器 工作原理 选型 光伏直流柜

　　1 引言

　　光伏直流柜是对光伏汇流箱汇流后的直流电进行汇总、监控、保护的功能柜(一般指汇总直流负荷的电柜)，直流防雷柜可以将多路直流输入汇总成一路电流输出，每路都有保护装置(断路器、熔断器等)、防反二极管等，而且可以对每路电压电流进行监控，并可以实现远程通信，而霍尔电流传感器主要起到监测光伏汇流箱实时输出电流的作用。

　　2 工作原理

　　霍尔电流传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器，按原理可分为开环(直放式)和闭环(磁平衡式)，基于实际应用中开环(直放式)原理传感器结构相对紧凑、功耗小且成本较低，光伏直流柜中普遍使用开环(直放式)原理霍尔电流传感器来配合光伏直流柜汇流采集装置。

　　霍尔电流传感器开环(直放式)原理：如图1所示，当原边电流IP流过一根长导线时，在导线周围将产生磁场，磁场的大小与流过导线的电流成正比，产生的磁场聚集在磁环内，通过磁环气隙中霍尔元件进行测量并放大输出，其输出电压VS**的反映原边电流IP。一般的额定输出标定为4V/5V。

　　图1

　　3 选型

　　3.1 产品介绍

　　霍尔电流传感器结合了电流互感器和分流器的所有优点，克服了互感器和分流器的不足，如表1所示：

　　分类方案带宽范围隔离性响应时间

　　1霍尔电流传感器0～20kHZ3.5kV10us

　　2互感器+仪表50Hz工频测量3.5kV200ms

　　3分流器+仪表直流不隔离200ms

　　表1 霍尔电流传感器优点对比表

　　在传感器行业内，江苏安科瑞严格按照JB/T 7490-2007《霍尔电流互感器》行业标准规定的各项要求，相对于同行采用插针式接线不同， 一律采用绿色可插拔端子现场接线方便、可靠。一般情况下，可以根据输入信号、内孔尺寸来选择霍尔电流传感器 。开环霍尔电流传感器型号选型如表2所示：

　　型号输入信号输出信号内孔(mm)精度辅助电源

　　AHKC-E50～500A5VΦ211级±15V

　　AHKC-LT200～2000A5VΦ321级±15V

　　AHKC-BS50～500A5V20.5×10.51级±15V

　　AHKC-F200～1500A5V41×121级±15V

　　表2 开环霍尔电流传感器选型表

　　3.2 产品外形

　　常见开环霍尔电流传感器如图2所示：

　　图2 开环霍尔电流传感器实物图

　　3.3 技术指标

　　响应时间：≤10us

　　频宽：20kHz

　　失调电压：±15mV

　　工作温度：-25～70℃

　　存储温度：-40～80℃

　　输出负载：根据不同辅助电源、输入信号、输出信号而定

　　输入过载能力：输入量程*大值2倍可恢复正常工作

　　耐压：3.5kV/50Hz/1min

　　4 应用

　　4.1 应用案例

　　在实际应用中，以光伏直流柜需要对8路光伏汇流箱输出电流电压进行监测为例，鉴于光伏直流柜中一般汇流采用铜牌接入且柜体空间有限制，可推荐采用8个体积较小的AHKC-BS 200A/5V霍尔开环电流传感器(如图3、图4所示)配合安科瑞直流柜汇流采集装置AGF-D，可计算出前级8路汇流箱的实时输出电流，同时可 配合1个直流高压电压传感器ACTDS-DV/V(输入范围DC 0-1500V)实现功率及电能测量。

　　图3        图4

　　4.2 使用注意事项

　　1、为了得到较好的动态特性和灵敏度，必须注意原边线圈和副边线圈的耦合，要耦合得好，*好用单根导线且导线完全填满霍尔传感器模块孔径;

　　2、使用中当大的直流电流流过传感器原边线圈，且次级电路没有接通电源|稳压器或副边开路，则其磁路被磁化，而产生剩磁，影响测量精度(故使用时要先接通电源和测量端M)，发生这种情况时，要先进行退磁处理。其方法是次边电路不加电源，而在原边线圈中通过同样等级大小的交流电流并逐渐减小其值;

　　3、在大多数场合，霍尔传感器都具有很强的抗外磁场干扰能力，一般在距离模块5-10cm之间存在一个两倍于工作电流Ip的电流所产生的磁场干扰是可以忽略的，但当有更强的磁场干扰时，要采取适当的措施来解决。通常方法有：

　　① 调整模块方向，使外磁场对模块的影响*小;

　　② 在模块上加罩一个抗磁场的金属屏蔽罩;

　　③ 选用带双霍尔元件或多霍尔元件的模块;

　　④ 测量的*佳精度是在额定值下得到的，当被测电流远低于额定值时，要获得*佳精度，原边可使用多匝，即：IpNp=额定安匝数。另外，原边馈线温度不应超过80℃。

　　5 结束语

　　随着社会的发展，传统的电流传感器、分流计等产品已经不能胜任更多的工作，在此条件下，霍尔电流传感器的产生可以使更多的行业设备在监控下正常工作，减少人员及设备维护的投入成本。霍尔电流传感器因其众多优点，被广泛应用于各个领域，在各种需要电流检测的系统中，已成为不可缺少的一部分。

　　参考资料：

　　(1)安科瑞电气股份有限公司.电量传感器选型手册,201407版

　　(2)**和.传感器及其应用[M].北京：高等教育出版社，2003.