采用传感器技术测量智能电网上的电能

放大器电路或数字集成。

采用传感器技术测量智能电网上的电能

图2：Rogowski线圈的示意图。

数字处理在典型智能电表所需的长使用寿命内提供可靠的性能，并克服了模拟元件随时间和温度漂移所带来的问题，这将导致较大的测量误差。此外，模拟组件可能会引入需要相位校准的轻微相位变化。数字积分器具有一致且准确的相位响应。高速32位微处理器的成本和功耗下降使得数字集成变得越来越可行，并且可以通过使用软件开关使单个电表设计与电流互感器或Rogowski线圈兼容，并且可以接受 - 集成功能的更高处理负载。

尽管Rogowski线圈不像电流互感器那样容易受到篡改，但如果不采取补救措施，有些方法可能会影响信号。线圈本身受外部磁场的影响，可能导致错误的读数。然而，仔细设计线圈以抵消磁场通常可有效防止磁性篡改。影响传感器的另一种机制是使用电感耦合。法拉第笼可用于防止这种情况以及阻止电容耦合的影响。

电流传感器次级绕组与通过它的导体或母线之间存在小电容。如果母线具有高电压电位（电网供电的情况），则交流信号将通过该小电容并影响电流传感器的输出。在电流传感器周围放置金属屏蔽可以减少这种影响，但不一定能完全消除它。 Pulse Electronics制造的电流传感器，如PA320XNL系列，使用特别设计的法拉第屏蔽，非常靠近次级绕组。屏蔽可防止高压母线的交流信号影响输出，消除了电容耦合的影响。

与电流互感器相比，Rogowski线圈传感器可以做成开放式。由于它们没有金属芯，它们可以用铰链制成两个部分，并夹在导体上而不是需要分开的导体上，这样它就可以通过电流传感器的中心。不同形状和尺寸有许多可能性，可以随时使用母线和圆形导线。

另一种非接触式解决方案是霍尔效应传感器，尽管这通常不能提供分流电阻，电流互感器或Rogowski线圈的高精度。因此，霍尔效应传感器往往在公用事业仪表中使用较少，准确计费至关重要。然而，他们正在智能电网应用中寻找应用，在这些应用中，他们为设备级能源监控制作合适，易于应用的传感器，分析数据中心电力系统的效率或分析可再生能源系统的性能。

像Rogowski线圈或电流互感器一样无接触，霍尔效应传感器不需要电流隔离。与Rogowski线圈提供的导数相比，霍尔效应传感器还提供直流读数。它们本质上是电子的，它们开始利用集成来预处理信号，使其进入典型微控制器的A/D转换器的范围。

采用传感器技术测量智能电网上的电能

图3：IMC结构将磁场通量聚焦到集成传感器中的霍尔效应元件上。

Melexis的MLX91205是霍尔效应传感器的一个例子，其设计易于靠近导体组装。标准CMOS工艺用于制作电流传感器。附加的铁磁层，也称为集成磁性集中器（IMC），在简单的后处理步骤中添加。铁磁层放大磁场并将其集中在霍尔元件上。 IMC本身由直接粘合到霍尔传感器芯片表面的高渗透，低矫顽场，非晶铁磁层组成。 IMC用于将磁场通量线集中到霍尔元件上，霍尔元件大约是IMC尺寸的十分之一。

IMC的两个部分收集并放大平行于芯片表面的小磁通量，并将面内分量局部旋转到垂直于芯片表面的磁场中。传统的霍尔传感器对垂直于其表面的磁场敏感，而IMC霍尔传感器对平行于其表面的磁场敏感。

IMC-Hall传感器采用标准塑料SOIC-8封装，因此可以使用标准的贴片机将其安装到印刷电路板（PCB）上，并使用传统的焊接技术进行焊接。测量的电流直接通过位于传感器下方的PCB的当前轨道发送，或者传感器可以安装在电流导体下方一小段距离。

采用传感器技术测量智能电网上的电能

图4：具有并联场感应的IMC霍尔传感器可以安装在载流PCB走线的顶部，或者安装在有线导体或母线下方。

传感器的电流范围受导体和屏蔽几何形状的限制。通过增加母线的横截面或传感器与电流导体之间的距离，可以容易地增加电流范围。传感器可监控PCB上的5A至100 A或母线上的电流高达1000 A.

随着霍尔效应技术的发展并与片上处理相结合，我们可以期望精度和功率处理随着时间的推移而改进，为系统设计人员提供更多选择，因为功率测量变得更加普遍。

容－源－电－子－网－为你提供技术支持

搜索

热门标签

采用传感器技术测量智能电网上的电能