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防窃电智能电表的要害是隔离传感器

宣布时间:2009年08月04日 11:08    宣布者:贾延安
要害词: 传感器 , 防窃电 , 隔离 , 智能电表
明天,美国年夜多数夷易近用和商业修建还在用老式的电机型电表跟踪电力的应用情形。这些表可靠且克己,但不适于须要准确、可反来电力计量和有线或无线通讯的电力分配系统,换句话说,不合适行将到来的Smart Gird(智能电网)电力分配系统。

  Smart Grid需依附有完全通讯才干的智能电表来监控能量应用,使居夷易近和商务破费者都能对动力用量和应用时间作出有凭证的决议妄图。但Smart Grid也面临着艰辛。虽然在联邦政府方面,华盛顿曾经由历程了相关立法,如2007年动力法案和2009年的慰藉妄图,但公用事业机构现实上是以各州为基天职派电力。在Smart Grid的准备中,加利福尼亚州与德克萨斯州是最起劲地转向智能计量的两个州(参考文献1)。

  岂论 Smart Grid能否能在(美国)国家层面上以某种形式顺遂和无缝地阻拦下去,已有足够的自力公用事业机构正在推销和装配电子电表,使之成了一个主要的市场。看一下之前20年来的主要应用:手机、盘算机、年夜屏幕电视。它们之以是申显着显是由于具有一个数亿元的市场。公用事业装配的电表也有一个类似的宏年夜市场。每个衡宇和商业修定都须要一块电表。往后10年内,全球公用事业公司能够要替换5亿块电表。



  智能电表由一个带有板载ADCDAC的微控制器、一个电压电流检测元件、一个AC/DC电源转换器、备份电池和无线或有线通讯功效组成(图1)。

  多家公司都供应电表IC,网罗德州仪器(TI)公司、安森美半导体(ON Semiconductor)公司、Maxim、Analog Devices、Teridian和e2v。这些IC基本都是微控制器,它们追踪电量的应用信息和从公用事业机构回传的信息。它们可以对电压波形和质量作一些DSP运算,将信息传送到一个显示屏,并存储待发的信息。虽然“智能电表”这个词汇体现微处置赏罚赏罚器是中央元件,但防修改办轨则使电流检测元件和电源备份的选择成为智能电表的主要决议妄图。

  电表中主要接纳了三种类型的电流检测手艺:电流变压器、Rogowski线圈和电阻分流器。应用哪一种手艺取决于电力分配是多相照样单相。天下上多数家庭只应用从发电机进入家中布线的单相电源。美公正易近用市场接纳一种分相配电,它向居夷易近供应120V AC和高达240V AC,须要用一个电流变压器作为隔离电压/电流传感器。北欧的商用与某些夷易近用电力是三相电源,但家里浅易照样单相。浅易来讲,在检测电压与电流以一定计量的应用电量时,单相配电系统中会应用一支分流电阻,而在分相或三相系统中应用电流变压器或Rogowski线圈,由于跨不合相位丈量的电压会逾越半导体器件的电压容限。



  最经常应用的隔离传感器按序是:电流变压器、Rogowski线圈和霍尔效应传感器(图2)。电流变压器有一个铁芯,很容易遭到强年夜永世磁场的影响。靠近变压器的磁铁会使磁芯饱和,使检测线圈没法拾取交流线上的AC电场。Rogowski线圈为空气磁芯,网罗一卷围绕着电力线的导线。与铁芯不合,空气磁芯在强永世磁场情形下不会饱和。然则,它易于受其它修改措施的作用,如存在一个年夜电感场时,它会耦合到线圈上,压制住线圈要检测的AC电流。

  霍尔效应传感器接纳一种半导体器件,检测电线中更改的电流所发生的磁场。但它们的读数会随温度而变换,不克不及在宽的电流区间上永世保持线性。这个效果在美国市场上更严重,由于这里的电表特殊值高达200A,而在其它国家(如印度)电表丈量20A或40A。Teridian公司电表产物营业部副总裁兼总司理 Kourosh Boutorabi体现:“线性度在美国这样的市场很主要。公用事业单元对电表的误差请求是0.2%。天下其它地域的公差靠近1%。假定你用电较多,则丈量中较多的消耗就更主要,而丈量精度也更主要。”

  霍尔效应传感器也有优点,他说:“虽然它们不(像电流变压器那样)准确,但它们较量克己。霍尔效应传感器可以不用物理毗连,而直接靠上(电力线)。”假定用电流变压器,则必须手工将电力线与检测线圈装配起来。

  天下上年夜多数电表都是单相表,用一个质朴的分流电阻作电流检测元件。Bourns公司电阻产物部产物营销司理Cathal Sheehan将分流法的特点形貌为质朴、克己和不受磁场与感应场影响,后者常使磁性和理性传感器发生重大。

  Analog Devices公司动力计量产物营销工程师Mark Strzegowski认可,分流法不供应多个相位之间的隔离,以是你须要在其它地方供应隔离功效。该公司的妄图是应用一个带隔离平面变压器的分流电阻,它接纳该公司用于隔离元件的iCoupler手艺:iCoupler与分流电阻二者相加,依然低于电流变压器或Rogowski线圈的资源,而且仍保持丈量的线性。Strzegowski说:“选择电流检测手艺时要推敲的主要效果之一是客户请求的性能。市场有一种趋势更宽静态规模的趋势,而这也增添了更多的丈量次数。你须要以类似的精度,准确地丈量从100A到100mA的电流,由于0.1%是一个尺度的精度规格。”

  分流电阻天生就存在着发烧效果:虽然它们的照顾线性度很好,但它们没法处置赏罚赏罚一些最年夜的负荷,由于有自加热效应。异常,电流变压器浅易须要赔偿的相位掉落真较小,特殊是当应用须要更周详的丈量时,如对电抗与谐波能量的丈量。浅易来讲,单相电表用分流电阻作传感器,而三相电表则接纳电流变压器。

  Power Integrations公司产物营销司理Silvestro Fimiani以为,除防止修改以外,电表的效力也很主要,特殊是在不久的未来,全球能够装配或替换的电表逾越1亿部。他说:“在电表的寿命时代,由于电表的有用应用消耗的动力资源会多达20美元。这与电表的资内幕当。”在智能电表天下中,Fimiani能够是少有的强调动力效力的人,简直没有其它供应商眷注电表效力,或许由于电表的推销者浅易是公用事业机构,而不是为电表功耗付费的组织。这个资源是弗私见的,但却会转嫁给破费者。

  电表中的元器件应耗能很少,启事不只是要节俭资源和前进效力,也是为了确保在电池供电情形下,电表也能高效运转。电表用电池供电似乎是一个希奇的想法主意主意,但智能电表必须在掉落落电情形下也能一连使命。

  电表中电池备份的主要性与所在区域有关。例如在美国,假定停电,则没有可丈量的器械,是以简直不存在让电表处于苏醒状态的需求。Analog Devices公司的Strzegowski指出,印度的情形不合,一些划定请求系统中必须有两支电池。一支电池为电表供应的能量可将读数和信息生涯24 或48小时,并保持显示屏点亮。此外一支电池则要将电表信息保持至少两年时间,防止电表被修改。它将电表从电力线中移开,这样电表电路中就没有电压,但电力依然在电线中保送。

  电表的电池备份浅易接纳锂/亚硫酰氯电池,它的自放电率为纳安量级,存放寿命逾越10年。Tadiran公司是此类电池最年夜的美国制造商。电池自己足以完成电表中数据的备份,但不克不及经由历程无线通讯将数据收回去。有一种妄图是用电池对一只超级电容作涓流充电。超级电容制造商Cap-xx公司应用工程副总裁Pierre Mars诠释政府的划定若何影响电表:“虽然电表接在主电力线上,有冗余电源,但电表不克不及用它来发送数据。举个例子,当我在澳洲时,那里的划定是电表从用户电力线中取得的能量不克不及逾越2W,以是它们须要用一只超级电容,为GSM突发通讯传输供应能量,这须要0.6ms的突发6W功率,而匀称功率不到 0.75W。”Mars指出,假定政府制订动力应用的规则,而不是限制最高应用功率,就不存在这个效果了。

  另外,超级电容还供应足够作“临终遗言”式传输的功率,如当电力网中止时,超级电容备份的电量够作一次传输,正告电表已掉落落电。

  全球各个地域因偷电组成的电力损掉落各不类似:美国能够不到4%,而印度申报说损掉落年夜于10%,拉丁美洲国家的这类消耗可达20%。关于防窃电表的研究是转向智能电表的此外一个启事。修改一块电表最质朴和最有数的措施是接纳传感器。

  为甚么在美国防窃电措施很主要?由于随着电力用量的赓续前进,4%的损掉落也足以惹起公用事业单元的重视。但更主要的是,窃电是非法“年夜麻屋”最经常应用的动力。在墟落地带,这些衡宇的电费账单很容易到达每个月1万美元,而从相近电力线偷电是最质朴的取电要领。邻人和公用事业单元都不喜欢“年夜麻屋”,接纳智能电表能够是一种榨取这类运动的有用措施。不外有些人也担忧任何触及年夜型组织(如政府或公用事业机构)的运动都是在监控小我的行动(见附文《用Google查询你的用电状态》)。

  飞升的动力价钱也促使非公用型应用调剂自己的电力丈量使命。TI公司年夜批量模拟与逻辑营业高等副总裁Dave Heacock体现,服务器农场(server farm)有时会请求自己的前端AC/DC电源供应商供应电力丈量功效,这样农场可以凭证应用情形向客户收费:如在岑岭时间的用电将收取较高的费率。 Heacock说:“用户会想,‘我得在三更电力价钱较低时再作所有的信用卡生意营业’”。

  对这类应用的容限能够不如一块公用电表那么严酷:Heacock建议,对负载年夜于满负荷20%的情形,这类丈量装备的尺度公差为2%,而在5%满负荷时降到5%。他诠释说,相对宽松容限的启事是他们不欲望增优点理妄图的资源。
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xuelingxin 揭晓于 2010-12-2 23:55:36
国际甚么时间阻拦切换
gsxpop 揭晓于 2011-2-15 11:59:05
学习了
xxcjh 揭晓于 2011-9-12 16:49:31
好器械。谢谢!
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