Совершенствование динамических характеристик коаксиальных шунтов переменного тока

• Автор: Бедарева, Елена Вячеславовна
• Шифр специальности: 05.11.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 155 с. : ил.

Содержание

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. Безындуктивные резистивные преобразователи
переменного тока
1.1 Шунты переменного тока
1.1.1 Электрическая модель шунта переменного тока
1.1.2 Метрологические характеристики шунта
1.2 Конструкции шунтов переменного тока
1.2.1 Плоские шунты
1.2.2 Дисковые шунты
1.2.3 Коаксиальные шунты
1.2.4 Стержневые шунты
1.3 Сравнительный анализ
1.4 Выводы к главе 1 39 Г ЛАВА 2. Аналитическое описание коаксиальных шунтов 40 переменного тока
2.1 Конструктивные параметры коаксиального шунта
2.2 Тепловые параметры коаксиального шунта
2.2.1 Методика расчета нестационарного теплового режима
2.2.2 Моделирование полей коаксиального шунта методом конечных 57 элементов
2.2.2.1 Моделирование нестационарного температурного поля 60 коаксиального шунта
2.2.2.2 Моделирование стационарного температурного поля 69 коаксиального шунта
2.3 Расширение амплитудно-частотной характеристики коаксиального 72 шунта
2.3.1 Анализ возможностей амплитудной коррекции
2.3.2 Анализ чувствительности амплитудной коррекции к влияющим 77 факторам
2.3.3 Усовершенствованная схема амплитудной коррекции

2.4 Выводы к главе 2
ГЛАВА 3. Разработка программного обеспечения для расчета 85 параметров шунтов
3.1 Методика расчета параметров коаксиального шунта
3.2 Расчет параметров плоского бифилярного шунта
3.3 Алгоритм расчета параметров шунтов
3.4 Программное обеспечение расчета параметров коаксиального шунта
3.4.1 Среда графического программирования ЬаЬУ1ЕУ
3.4.2 Описание программы расчета параметров шунта
3.5 Выводы к главе 3 103 ГЛАВА 4. Экспериментальные исследования динамических 104 характеристик шунтов переменного тока
4.1 Методы экспериментальных исследований метрологических
характеристик шунтов
4.1.1 Метод сравнения с мерой
4.1.2 Метод обратного преобразования
4.1.3 Импульсный метод
4.2 Усовершенствованные методы исследований динамических
характеристик шунтов переменного тока
4.2.1 Исследование коэффициента преобразования шунта нулевым 113 методом
4.2.2 Определение верхней граничной частоты коаксиального шунта 116 импульсным методом
4.2.2.1 Алгоритм обработки результатов измерений
4.2.2.2 Исследование динамического поведения тестовой /?С-цепи
4.2.2.3 Экспериментальное определение динамических 125 характеристик коаксиального шунта
4.3 Выводы к главе 4
Заключение
Список используемой литературы
Приложение А. Акты внедрения результатов диссертационной работы

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы
При испытаниях сильноточного электротехнического и электроэнергетического оборудования (мощных трансформаторов, силовых размыкателей, коммутаторов, защитных устройств, предохранителей и т.д.) качественная регистрация динамического поведения больших переменных токов в режиме короткого замыкания и в переходном режиме является одной из важнейших задач. При этом необходимо контролировать параметры изменения во времени как тестового сигнала, так и процессов в объекте испытаний. Для регистрации этих параметров необходимо иметь обладающие достаточной точностью измерительные преобразователи тока.
В качестве измерительных преобразователей тока произвольной формы традиционно используются широкополосные импульсные трансформаторы тока, датчики на эффекте Холла, пояс Роговского и резистивные шунты. С помощью трансформаторов тока можно измерять большие токи в широком частотном диапазоне, однако они подвержены влиянию внешних магнитных полей, могут входить в насыщение из-за токов короткого замыкания и имеют сравнительно высокую стоимость. Пояс Роговского требует применения интегрирующего устройства для определения параметров выходного сигнала и чувствителен к внешним магнитным полям. Перспективными для измерений импульсных и переменных токов остаются датчики Холла, но для них требуются внешние источники питания, и их свойства сильно зависят от температуры.
Наиболее подходящими для измерений больших токов сложной формы являются безындуктивные шунты, благодаря малой стоимости, высоким метрологическим характеристикам и сравнительной простоте изготовления. При регистрации больших быстроизменяющихся токов первостепенное значение приобретают динамические характеристики этих преобразователей.
Динамической называется характеристика, описывающая поведение шунта во временной и/или частотной областях. К таким характеристикам относятся

модуля полного сопротивления на переменном токе Z к сопротивлению на постоянном токе Rm для стержней кругового сечения меньше, чем для стержней

прямоугольного сечения. Однако с повышением частоты отношение ------- стержня
прямоугольного сечения оказывается ближе к единице, чем это же отношение для кругового стержня того же сечения. Отношение тем ближе к единице, чем больше отношение ширины к толщине прямоугольного резистивного стержня. Кроме того, индуктивная составляющая постоянной времени xL оказывается тем меньше, чем больше это отношение. Поэтому для высокочастотных шунтов часто применяются прямоугольные резистивные стержни [41].
Компания Fluke (США) производит линейку шунтов, обеспечивающих измерения токов от 1мА до 100 А в частотном диапазоне от 0 Гц до 100 кГц (рисунок 1.17) [42]. В данных шунтах используется радиальная конструкция резистивного элемента, которая обеспечивает высокую производительность. Кроме этого, открытая конструкция способствует максимальному увеличению потока воздуха, в результате чего шунты обладают минимальным эффектом изменения коэффициента мощности. Это позволяет использовать каждый шунт в широком диапазоне токов при сохранении стабильного сопротивления [43].
Рисунок 1.17- Шунты типа «беличье колесо» фирмы Fluke