电流传感器在化工电气设备中的应用分析

电流传感器在化工电气设备中的应用分析

梁辰

（无锡市大桥中学214000）

摘要：作为三大现代信息技术之一的传感器技术一直发展缓慢。伴随着信息时代下自动化程度的加深，传统传感器在精度、响应速度以及可靠性上都不能满足需求，未来传感器将朝着集成化、微型化、智能化、网络化发展，比如现有的霍尔电流传感器、光电电流传感器、罗柯夫斯基电流传感器等。在化学工厂中，电流是电动机等电气设备最重要的运行数据，电流的大小表示了电气设备的负荷高低，生产人员可以根据电流的大小来调节生产负荷的高低，已使系统能生产出合格的产品。本文在相关背景下，分析了传统电流传感器的缺陷，随后总结了电流传感器在化工电器设备中的应用及效果，最后对新型电流传感器应用前景进行探讨。

关键词：电流传感器；化工行业；电气设备

引言

电流测量在化工电气技术管理中，也有非常重要的地位。电气测量中使用的电工仪表从机电式仪表发展到数字式仪表、智能仪表，参数的处理、显示技术日新月异，而采样技术，特别是电流传感器的发展稍显缓慢。此外，根据电流测量值可以对设备的运行状态进行评价、判断，采取适当的技术措施，以保证动力系统高效率、低成本、长周期的运转，因此，探讨电流传感器在化工电气设备中的应用具有重要意义。

一、电流传感器概述

（一）电流传感器的一般表述

一个完整的测量系统，包括：信息的提取、转换存储与传输、显示和记录、处理和分析等环节。电流的测量，也涉及信息的提取，这个任务是由电流传感器来完成的。而电流传感器，可定义为：以一定的精确度把某种电流转换为与之有确定对应关系的、便于应用的另一种电流的测量装置。

电流互感器就是指经常应用的一种传统电流传感器。而电流互感器可以分为两种：一是测量用电流互感器，主要是配合测量仪器配合，在工作状态下测量电流、电压和功率等；二是保护用电流互感器，主要是与继电装置配合，在故障状态下，向继电装置提供信号切断故障电路，以保护供电系统的安全。

化工电气设备上的电流互感器也只需要“定性”地反映各设备负荷的高低，如果负荷高于设定范围，控制回路必须马上断开主回路电源，起到保护设备的目的。有的设备在调整负荷高低时，基本上是根据电流表显示数据的高低，电流表的电流信号也是通过电流互感器获得。

（二）传统电流传感器的缺陷

长期以来，在高压电器成套设备及电网中，借助电磁式电流互感器来获得测量、保护信号，这种方法有如下几个缺点：

①它是按机电式继电器的要求设计的，电流互感器要求输出5A或1A，故这种电流互感器需要的功率输入、损耗大，体积亦大；

②现在的电流互感器测量大电流时。体积也要做得很大。不但耗费铜材和钢材、而且也给安装和拆卸带来了耗工耗时的麻烦。测量电流时电流互感器要串接在主导线中，测量接电流表的二次导线也要求比较粗，所以给远距离遥测遥控代来了很多麻烦；

③测量使用场合要求信号传递有足够的精度，而在保护场合又要求信号具有大的动态范围。电磁式电流互感器因受铁芯磁饱和限制，通常在使用时，将计量用电流互感器与保护用电流互感器分开处理；

④当短路电流过大，致使电流互感器铁芯饱和而使电流信号畸变，因此需要复杂而昂贵的保护装置将畸变的信号修正到它原来的形状；

⑤传统的电流互感器是一种特殊的变压器来转变电流工作的电源互感器，它把电流转变成电压来测量电流的装置。测量接电流表的二次线电流大、电压高，是一种非常危险的测量机构。运行时不能开路，一旦二次线开路时，就会造成设备和人身事故。

⑥测量范围小，测量电流时要选择适合配比的电流互感器和电流表。如选择不当可能造成测量不准确或电流过大。烧坏电流互感器的危险会造成停电事故。

二、电流传感器在化工电器设备中的应用

（一）改变电流互感器变比，提高测量准确度

以往在实际操作中会发现电动机操作柱上的电流显示值与真实值差异较大，而阀门开度需要参考实际数值，因此，电流显示数值的不准确会影响操作工的操作对阀门开度的判断。出现电流显示值与真实值差异主要原因大多是电流互感器的内部阻抗的大小，虽然这种差异并不能消除，但可以通过对电动机测量回路进行改造来较少差异，这样就可以提高电流测量的准确度。

（二）使用钳形电流表，监测设备运行状况

化工电器设备基本都由电动机驱动，电动机电流的变化往往反映了设备运行参数的改变，而这种改变往往会影响产品的品质。可以定时测量运行电流，然后根据实际负荷情况，计算出合理电流，测量电流与合理电流相比较后，差异较大就判断为异常，工艺方与机械、电气专业必须马上开始查找故障点，并进行处理。由于设备长期处于运转状态，工作中经常使用数字钳形电流表测量，其传感器部分就是一个有开口铁芯的电流互感器，将作为互感器一次侧载流导线穿过铁芯，二次电流经整流后接入数字处理、显示电路，这样就可以方便快速地读出电流数据。

（三）测量用互感器与微机综合保护器配合，测量高压设备电流

高压电流互感器在结构上与普通的低压电流互感器有较大的区别，一次电流线是一段铜母排，直接接入主电流回路，二次电流线圈则通过绝缘陶瓷与一次电流母排、铁芯构成一个整体安装。高压侧电流通过二次电流线圈传输到综合保护控制器采样电路，经过CPU处理后在液晶显示器上显示出来，也可以通过综合保护控制器的总线或485通讯接口传输到计算机或远端通讯控制器上。

高压侧电流还通过二次电流线圈传输到综合保护控制器采样电路，经过CPU处理后，与整定的电流、时间参数进行比较，如果超过允许范围，CPU将发出指令，发出报警信号或断开主回路。

（四）霍尔电流传感器应用于变频器

用变频器来对交流电机实施调速，在化工厂的风机、水泵中应用十分广泛，采用恒定流量、恒定压力控制，通过采样反馈构成闭环控制系统。用变频器控制电机实现调速，可节省10%以上的电能。对于负荷率长期低于75%的电动机，节电效率在30%以上。在变频器中，霍尔电流传感器的主要作用是保护昂贵的大功率晶体管。由于霍尔电流传感器的响应时间往往小于5μs，因此，出现过载短路时，在晶全管未达到极限温度之前即可切断电源，使晶体管得到可靠的保护。

三、新型电流传感器应用前景分析

由于上述缺点，在现代电网中，智能化高压电器中继续使用它已不太适合，即传统的电流互感器应向现代电流互感器发展。与传统的电磁式互感器相比，现代新型电流互感器没有铁磁饱和，传输频带宽，具有优良的抗干扰性能，其二次容量仅0.1~5VA，因此尺寸小、重量轻。

新型电流传感器有以下特点：

①测量范围广，体积小巧，安装拆卸方便。

②安全可靠，不存在过电流和容易烧坏等缺点，也不存在高电压的危险。配合现代化的数字集成电路和数字化的控制电路。它的功能就更加完善了，就能够实现远距离的数字化遥测遥控的监控工作。

③一只新型电流传感器就可以从1安电流到几千安的电流都可以使用，也不会烧坏，二次线开路运行也不会产生高压，所以使用起来又安全又可靠的测量电流。

④新型电流传感器是把电流转变成微电压信号的装置。所以通过数字集成电路就能够显示出数字电流来。只要乘上电压信号就可以显示出功率来，再加上时间信号就可以进行电度的计量等。可以实现安全可靠的远距离遥测遥控，是对“量”监测监控的新型装置机构，它是一种现代化的新型电流互感器。

虽然在与新型电流传感器的比较中，电流互感器有很多缺点，但由于具有频带宽、信号还原性好、价格便宜、控制和主功率电路隔离等诸多优点，在目前电力系统中仍然使用最普遍。

结语

电流传感器逐渐向小型化、高可靠性、抗干扰性能好以及无铁磁饱和的发展，因此，探讨电流传感器特别是新型传感器在化工电气设备中的应用具有重要意义。

参考文献：

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[3]翟学明，朱永利，熊海军等.基于标准电流注入的钳式微电流传感器在线定标方法[J].高电压技术，2012，38（8）