高精度電流量測應用方案
智能電網之太陽能系統、智能電錶及電動車充放電量測
智能電網的趨勢在近幾年已然成型，從太陽能系統的建置、智能電錶的規劃以及電動車充電樁的發展，都可以看到電力週邊的產業發展超出想像。在此時，人們同時會對電力量測的結果發出疑問，並且普遍希望電流量測及功率量測具有更高的高精度及可靠性。
例如電動車在充電時，瓩時(kWh) 的費用計算是以0.4美金起跳，太大的誤差會造成任一方的損失也加大 (Tesla Model X 100D 電池為100 kWh)。同樣的，太陽能系統的電力回饋及效益計算，也與電流量測有關。如何做到高功率且高精度的電流量測，包含高效率的能源回收計算及精確的充放電消耗，正是電源分析量測的關鍵。
如何在高功率下完成電流量測?
傳統上進行高功率的電流量測時，我們可能會直接使用鈎錶或電流傳感器 ( Current transformer )，羅氏線圈( Rogowski coil )，中高階則可能用到霍爾效應傳感器 (Hall effect current sensor)，高階技術則為磁通量傳感器 ( Fluxgate current sensor )。由於材料及設計方向不同，有些無法達到高精度量測，各種方案的優劣如下表：
| 精度 | 絕緣 | 線性 | 頻寬 | 熱及能量損失 | 成本 | |
| 鈎錶 / Current Transformer | ▲ | ▲ | ▲ | ▲ | ▲ | ★ |
| 羅氏線圈（Rogowski coil） | ▲ | ● | ▲ | ▲ | ▲ | ● |
| 霍爾效應傳感器 (Hall effect current sensor) | ● | ● | ● | ● | ● | ▲ |
| 磁通量閘傳感器 ( Fluxgate current sensor ) | ★ | ● | ★ | ★ | ● | ▲ |
如何做到高精度瓩時量測(kWh)?
高精度瓩時量測必須包含電壓，電流等皆要有高精度的表現。VITREK PA900 / PA910 / PA920電力分析儀搭配高精度電流傳感器 (Fluxgate current sensor)，是用於精準量測的最佳工具。下圖表示出在整個電力分佈上，哪裡會使用到高精度電流量測傳感器：
磁通量閘電流傳感器 ( Fluxgate current sensor ) 的高精度表現
測試原理
初級電流（Ip）產生的環形線圈中的磁場被積分器產生的補償次級電流（Is）抵消。磁通量閘可檢測出從DC到小於100 Hz的環形磁場（低於ppm級），並告訴積分器對其進行補償。若在較高的頻率下，反饋繞組（Nfb）會檢測出環形磁場中ppm級的磁場，並告訴積分器也要對其進行補償。因此，次級電流（Is）與初級電流（Ip）成比例，比率為Np：Ns。最大可支援電流達10000A (10kA)
以Danisense DS200ID的規格為例：
| 規格 | 範圍 | 註記 |
| 一次側交流電流 | 200Amax | 請參考詳細規格表 |
| 一次側直流電流 | -300A ~ 300A | 請參考詳細規格表 |
| 量測範圍 | -370A ~ 370A | 請參考詳細規格表 |
| 二次側電流 | -600mA ~ 600mA | Nominal primary AC current |
| 線性誤差 | -2 ~ 2ppm | refers to nominal DC current |
| 頻寬(-3dB) | 1 MHz | 請參考詳細規格表 |
另外，為有效提升磁通量閘量測的精準度，研發出雙核芯平衡式的磁通量閘傳感器 (Double-core)。由於量測會受到外部訊號干擾，故利用二組核芯分別所經過的電流(正向及負向)，即可相互抵消，得到更穩定的量測訊號。
電力分析儀VITREK PA900系列的高精度量測表現
除了電流之外，電壓的量測精度也很重要。也許你會想到五位半或六位半的數位電錶，但能在電力分析儀上得到更好的電壓量測結果是再好不過了。VITREK PA900系列的PA920，搭配高精度模組卡就可以辦到。PA920是當今市場上功能最強大，最準確，最靈活的功率分析儀，功率精度為0.024％。並同時提供更快的採樣率，頻寬性能和更高的諧波頻率量測。
PA920可為所有通道提供超高的0.024％功率精度，並有效改善了電壓和電流自熱效應。同樣的，模組選擇具備多樣化（如下表），提供每秒100個全精度讀數以及足以處理5 MHz波形的量測頻寬。
- 所有通道的超高功率精度為0.024％
- 改善電壓和電流自熱效應
- 更快的採樣率和帶寬性能
- 更高的諧波頻寬
有任何其他問題嗎? 歡迎實機量測或來電詢問!
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