交流电流变送器,是用于把交流电流转换成直流信号(最常见的是DC 4-20mA)的一种模拟转换器,也是一种具有计量性质的仪表。
在现代DCS系统中,通常要求输入信号都采用DC 4-20mA模拟信号作为标准输入信号,因此,信号变送器作为重要信号转换仪表而广泛采用。特别是作为反映负载大小的交流电流变送器,更是在DCS系统中大量采用。
目前,国外和国内大量采用的电流变送器,通常额定输入值为AC 0-5A或AC 0-1A,主要是为了和电流互感器配套。输出通常为DC 4-20mA,原因大家都很熟悉,在此不再赘述。
近几年来,国内出现了一种所谓的“穿孔穿芯一体化交流电流变送器”。从外型上看,这种变送器很象电流互感器,去掉了电流互感器的交流 1A或5A输出端子,变成直接4-20mA的输出端子。其设计的出发点是:既然电流互感器的输出是到电流变送器输入的,把他们做在一起,把一次的交流电流直接转换成直流的4-20mA输出,希望以此能够代替现在主流的“电流互感器+电流变送器”的组合。有些企业甚至还推出了三相的产品,将三个电流互感器和三个变送器都做在一起,分别对应A相、B相、C相的电流转换。
根据我们对市场同类产品的研究,认为此类产品并非如宣传的先进,实际使用中,会带来诸多问题。
问题一:“穿孔穿芯一体化交流电流变送器”真的便于安装和使用吗?
“穿孔穿芯一体化交流电流变送器”强调的是体积比“电流互感器+电流变送器”小。从目前开关柜的常规布置分析,“穿孔穿芯一体化交流电流变送器”与普通电流互感器体积相当,只是少了一个电流变送器的体积。通常的单相电流变送器,体积比一个10A的交流接触器略小,如果需要的话,常规开关柜内空间,足以放置电流变送器。所以“穿孔穿芯一体化交流电流变送器”所减少的体积,并未在实际使用中带来明显的优势。
相反,由于“穿孔穿芯一体化交流电流变送器”采用电流互感器和变送器组合在一起的方式,而变送器部分通常是由电子元件所组成的。一般认为,电流互感器由于采用矽钢片和铜线,通常不需要定期维修,安装以后,也很少出现故障。但变送器部分,由于是电子元件组成,发生故障的概率,通常大于电流互感器部分。而且,变送器属于计量器具性质,需要定期进行检定。所以,在“穿孔穿芯一体化交流电流变送器”安装以后,一定会遇到拆卸的问题。但观察“穿孔穿芯一体化交流电流变送器”的结构,就能发现,实际的拆卸,却由于已压好的电缆端头而难于进行。甚至,由于电缆端头的存在,而无法将电缆从其穿线孔中抽出。此时,只能将电缆端头锯下才能将电缆从“穿孔穿芯一体化交流电流变送器”中退出。而电缆长度在开关柜中是有限的,很容易得出结论,此种安装方式,令人难以接受。
在“穿孔穿芯一体化交流电流变送器”的产品中,还有一种小型的产品,其接收的电流,不是100A以上的大电流,而是输入电流为0-5A的产品。这种产品,强调从电流互感器输出的0-5A电流,用导线从这种“穿孔穿芯一体化交流电流变送器”直接穿过,避免了导线在变送器输入端子处的断开,从而避免了“电流互感器二次开路产生的高压”。此说法看似合理,在实际使用中,仍有明显的缺陷。和前面提到的原因相同,此产品在使用过程中,仍必须定期进行检定或检修,当要拆除此产品时,从电流互感器副边的0-5A导线,要从该产品的孔中拆下。按规定,该导线通常采用2.5平方毫米的导线,在开关柜配线时,会压在线槽里,或者绑扎后进行配线。此时,由于穿过“穿孔穿芯一体化交流电流变送器”的导线不断,必须将该导线从线槽中抽出,或者将已绑扎好的线把打开,才能将该导线拆下。可以想象,检定或更换该“穿孔穿芯一体化交流电流变送器”后,再恢复成原来整齐的配线,几乎是不太可能了。因此,看似合理的结构,为今后的使用和维护造成了很大的困扰。
问题二:“穿孔穿芯一体化交流电流变送器”性能能保证吗?
前面提到,“穿孔穿芯一体化交流电流变送器”强调的是体积小、精度高。但经过研究,发现其性能未必能比“电流互感器+电流变送器”的好。目前的电流变送器转换技术,都采用运算放大器和阻容元件组成的模拟线路,通过整流、放大、转换等电子线路,将交流0-5A电流,转换成直流4-20mA直流信号(其他直流电流或电压均可)。
按电子技术理论,模拟电子线路,其转换精度,与线路设计和电子元件的质量有很大关系,也与环境温度有密切关系。事实上,温度漂移是模拟电子线路中最难于解决的技术问题,好的变送器产品,除了转换的精度要高,温度特性尤其要好。特别是变送器产品在使用过程中,环境温度的变化对其性能的影响是很明显的。为此,甚至在IEC和国标中,都有专门的章节规定环境温度对变送器影响程度。在“电流互感器+电流变送器”的组合中,电流互感器和电流变送器分开放置,电流互感器在工作时,自身所产生的温度变化,对变送器的输出不会产生影响。而“穿孔穿芯一体化交流电流变送器”的结构,使电流互感器的温度,时刻影响变送器的电子线路,会额外造成变送器线路的温度漂移,带来额外的测量误差。因此,以结构设计而言,这种“穿孔穿芯一体化交流电流变送器”是非常不合理的。
问题三:“穿孔穿芯一体化交流电流变送器”的检定和维修方便吗?
我们知道,任何带有计量性质的仪器,都有计量精度的要求。就象一个秤,只要我们买来,就会问问:“这个秤准吗”?当然,实际使用的时候,为了计量的准确性,就必须定期进行检定,如果不准确了,就要及时发现、及时维修。关于电流变送器,IEC和国家标准,都有专门的标准,有需要,可以查询。
定期检定和维修(检定周期通常是1年),对“电流互感器+电流变送器”的组合而言,由于电流互感器很少需要检定,通常是对电流变送器定期检定,如果产生误差,必须校准后才能使用。对电流变送器的检定,一般采用精密电流源做输入信号。例如,对0.2级的电流变送器,可采用万分之三的电流源做输入信号。对输出信号的测量,也采用相应精度的直流电流表进行测量,测量方法有相关标准和程序保证。由于电流变送器的输入为0-5A,可以很容易地选择到万分之三精度的信号源。
但“穿孔穿芯一体化交流电流变送器”的检定却有很大的问题。首先,检定的输入电流,不是0-5A规格的交流电流,必须是互感器的一次电流,如何找到各种范围,而且能输出大电流的电流源,实在是很难的事。其次,即使找到大电流源,能否达到规定精度,又是另一回事了。对用户而言,要准备如此复杂和高精度的信号源,是很不现实的事。因此,我们认为,这种“穿孔穿芯一体化交流电流变送器”在实际检定和维修方面,存在很大的问题。 结论 到目前为止,我们从使用和技术的角度,分析了“穿孔穿芯一体化交流电流变送器”在使用中可能存在的各种问题。事实上,国外也很少生产类似产品。一种产品的推广,不能只有一个好的概念,还应该具有在工程上可行的保障,才能够取得性能和技术的平衡。到目前为止,我们认为“穿孔穿芯一体化交流电流变送器”有许多严重的缺陷,并不适用于大范围推广和使用。
对设计人员而言,不光注重产品能否达到所希望的技术指标,还要兼顾安装、使用、维护、检定、寿命、经济性等各方面要求。通过以上分析,我们建议设计人员在设计中,充分注意这些问题,以专业的判断和设计,满足工程的要求。