Yüksek Doğruluğa Sahip 100 Kv Yüksek Doğru Gerilim Bölücüsü

Abstract

Yüksek gerilim ölçmelerinde, ölçüm belirsizliğine en baskın etki gerilim bölücülerden kaynaklanmaktadır. Yüksek doğru gerilim ölçmelerinde kullanılan bölücünün çevirme oranı, doğru olarak bilinmeli ve gerilime bağlı olmamalıdır. Bölücüdeki toplam direnç değerinin değişimi üç temel faktöre dayandırılabilir. Bunlar sıcaklığa bağlı olarak direnç değerlerinin değişimi, kullanılan yalıtım malzemelerinin neden olduğu kaçak akımlar ve korona boşalmalarıdır. Bu tezin amacı yukarıda sözü edilen faktörleri göz önünde bulundurarak, ulusal bir kalibrasyon standardı oluşturmak amacıyla yüksek doğru gerilim bölücüsü yapmaktır. Bölücüde 100 adet 1 MW’luk, 5 ppm/oC’den küçük sıcaklık katsayılarına sahip dirençler kullanılmıştır. Bölücüde kullanılan dirençler kaçak akımları en aza indirecek yapıda, yüksek gerilim elektrodu ile toprak elektrodu arasına seri olarak yerleştirilmiştir. Yüksek gerilim elektrodu, yüksek gerilim altında elektrik alan dağılımını ve korona oluşumunu önleyecek şekilde tasarlanmıştır ve elektrik alan analizlerinde FEMM 4.0 yazılımı kullanılmıştır. Son aşamada teorik hesaplamalarla pratik sonuçlarının karşılaştırılması amacıyla performans deneyleri yapılmıştır. Bölücünün anma geriliminde, zamanla çevirme oranı ve sıcaklık dağılımı değişimleri, 6 saat süren test sonucunda belirlenmiştir. 71 kVef alternatif gerilimde bölücünün kısmi boşalma ölçmeleri yapılmış ve herhangi bir kısmi boşalmaya rastlanmamıştır. Bölücünün direnç dizilimini ve elektrot tasarımını karakterize etmek amacıyla, birim basamak yanıtı, kaçak akım ve korona ölçmeleri yapılmıştır. Ayrıca, bölücünün kısa dönem kararlılığı belirlenmiştir. Son olarak bölücünün belirsizliği bütçesinden 66 ppm olarak elde edilmiştir.

The most effective effect to measurement uncertainty in high-voltage measurements results from dividers. Ratio of divider used for DC high-voltages should have been known accurately and independent of voltage. The change in total resistance of divider with voltage may be due to combination of three factors. These are the changing of the resistance values due to heating, current leakage related to the insulation material and corona discharges. The aim of this thesis is to construct the DC high voltage divider which will be used as national standard considering the factors mentioned above. It is used to 100 precision 1 MW resistors with temperature coefficient less than 5 ppm/oC. Resistors used in the divider have been connected in series between ground and high-voltage electrode to minimize the leakage currents. The high-voltage electrodes are designed to prevent the concentration of electric field and corona formation and it is used to FEMM 4.0 packet program for analysing. In the last stage, some performance tests are performed to compare the theoretical calculations and practical results. The ratio change and the temperature distribution at rated voltage are determined after 6 hours test. PD measurements of the divider have been carried out at AC high voltage up to 71 kVeff and no PD could be detected. For characterizing the electrode and resistors configuration of the divider; step-response, leakage current and corona measurements have been performed. Also, the short term stability is determined. Finally divider uncertainty is determined as 66 ppm from the budget.