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电解应用中的电流测量
氢能技术被认为是成功实现能源转型的关键因素。它使大幅减少二氧化碳排放成为可能，尤其是在工业和交通领域。氢可以作为一种能源储存和运输，并可用于能源转换。这可以通过电解过程来实现。这需要使用电解槽，利用电能将水分解成氢气（H2）和氧气（O）（”电-气 “或 “电-X”）。
只要从物流和能源角度考虑适合制氢的地方，例如大型光伏发电厂或风力发电场，都可以使用电解槽。在那里，可再生能源可直接用于现场电解水。然后，利用燃料电池将氢转化为电能。
使用电解槽也适用于生产氢气，并将其输入天然气网。多达 10% 的氢可直接输入天然气网。另外，也可以通过甲烷化将氢气转化为天然气。
此外，在一些二氧化碳密集型工业流程中，如钢铁或化工行业，氢气可以替代化石燃料，从而有助于减少温室气体排放，进一步增强全球竞争力。
电解槽的效率可以根据在标准条件下生产一立方米氢气所需的电能来定义：在现代高压电解槽中，压力为 12 巴时，每立方米（标准体积）所需的电能小于 4.8 千瓦时。这相当于 62.5% 的效率（根据氢的较低热值计算）。
电解系统的效率是利用可再生能源进行电化学制氢的决定性技术和经济因素。
目前，相对较高的电费是氢气生产成本的一个主要因素，另外还有设备的运行时间和折旧。从技术角度看，只有提高系统的整体效率才能降低这些成本。
特别是在效率测量中，测量链的整体精度必须非常精确。在确定效率和损耗时，即使是微小的比率误差也会导致重大偏差。这是因为损耗无法直接测量，只能通过输入功率和输出功率之差计算得出。
利用上图中使用的功率值，可以对比率精度为 0.1% 的电流传感器进行示例计算。在最坏的情况下，输入功率的测量值增加 0.1%，同时输出功率的测量值减少 0.1%。这将导致功率损耗计算中可能出现的最大误差。
如果使用精度为 0.1% 的电流传感器来测量输入和输出功率，那么在最坏的情况下，测试设备（如变频器）的功率损耗计算值与真实值的偏差可达 3.9%。所有其他必要组件，如分压器和功率分析仪本身，均假定为理想状态，不存在任何误差。
下图 2 显示了当前测量中各种比率误差对损失计算百分比偏差的影响。
在实际操作中还必须考虑功率分析仪或电压传感器的测量误差。3.9% 的计算值标注在精确度为 0.1% 的绿线上。损耗计算的百分比误差会随着被测设备效率的提高而增大。
为了尽可能降低误差，即使是高效整流器也需要振幅误差在 ppm 范围内的电流传感器。
制氢过程中可以进行各种效率分析。为了评估电气元件，通常会进行以下效率测量。
直流电流通常在两位数 kA 范围内。达尼森在其标准产品组合中提供的电流传感器可连续测量高达 10 kA 的直流电流。如果测量值高于这个范围，许多客户会决定在功率分析仪的相应电流输入通道中互连电流传感器。下图是直流电路测量设置示意图。
这种方法不仅能将测量范围扩大一倍。电流测量的公差也增加了一倍。然而，由于磁通门电流传感器具有无与伦比的精度，因此总体公差始终远低于客户的规格要求。下图显示了常用 DR5000IM 的精度。
如果测量设备能够补偿* （例如 ZES ZIMMER LMG600 系列的零点调整功能）电流传感器的直流偏移，则即使在较小的一次电流下也能达到非常高的精度。
达尼森斯电流传感器与 ZES ZIMMER 功率分析仪 LMG600 系列相结合，已在许多项目中得到使用和推荐。因此，客户可以将成熟的技术应用于新的、具有挑战性的技术领域。ZES ZIMMER 的 LMG600 不仅能精确测量测量信号的 TRMS 值，还能单独显示交流和直流分量。由于具有 18 位的高分辨率，因此可以识别和分析直流信号中非常小的交流分量（例如整流器引起的纹波分量）。达尼森的精密电流传感器具有出色的直流和交流精度，与之配合使用，您将拥有一个完美的分析系统。
下图显示了欧洲最近开展的一个风力涡轮机效率测量项目。最终报告可通过所提供的链接免费获取。
作者
Roland Buerger – Danisense A/S
Timothy Hertstein – ZES ZIMMER