DA yüksek gerilim dirençsel bölücülerde ölçüm belirsizliğinin azaltılması için yeni yaklaşımlar

Abstract

DA YÜKSEK GERİLİM DİRENÇSEL BÖLÜCÜLERDE ÖLÇÜM BELİRSİZLİĞİNİN AZALTBLMASI İÇİN YENİ YAKLAŞIMLAR Serhat YILMAZ Anahtar Kelimeler: YG dirençsel bölücüler, YG ölçüm standartları, ölçüm belirsizlikleri, PID denetim, bulanık denetim, YSA denetim Bu çalışmada 5KV'a kadar olan DA gerilimleri hassas biçimde ölçebilen bir DA YG Dirençsel Bölücü Sistemin tasarımı ve gerçekleştirilmesi verilmiştir. Dirençlerde, içerisinden akan akımdan dolayı meydana gelen ısınma, bu ısının dirençler boyunca düzensiz dağılımı, kaçak akımlar ve korona etkileri, ölçüm hatalarına neden olmaktadır. Son iki etkenden kaynaklanan ölçüm belirsizlikleri gerilim bölücü sisteminin tasarımında düzenlemeler yapılarak azaltılabilmektedir. Bununla birlikte, dirençlerin ısınarak direnç değerlerini ve gerilim bölme oranlarım değiştirmesi, ölçüm hassasiyetini etkileyen en önemli hata kaynağıdır. Bu sistemde ölçüm belirsizliğini azaltmak için yeni yaklaşımlar önerilmiştir. Dirençlerin ısınmasından kaynaklanan sıcaklık artışım ve dirençler boyunca oluşan sıcaklık farkını denetleyerek ölçüm belirsizliği azaltılmıştır. Gerçekleştirilen DA YG Dirençsel Bölücü' de sıcaklık denetimi için bilgisayar kontrollü peltier soğutma elemanları ve sıcaklık farkı denetimi için bilgisayar kontrollü devir daim motoru eklenmiştir. Sistemin denetimi için PID denetleyici, bulanık denetleyici ve YSA denetleyici programları geliştirilmiştir. Denetim için gerekli sıcaklık bilgilerinin alınacağı noktaların sayısını ve yerini tespit edebilmek için sistemin ısı dağılım (iletim ve taşınım) modeli çıkarılmıştır. Her bir sıcaklık durum değişkeni için uygun noktalara sıcaklık algılayıcıları yerleştirilmiştir. Denetim çıkışları peltier elemanlarının soğutma gerilimini ve devir daim motor hızım belirlemektedir. Sıcaklıktan kaynaklanan ölçüm belirsizliği, bu sistemde denetim yöntemine bağlı olarak 5-11 ppm değerlerine düşürülmüştür. Standart gerilim bölücüler, 10 V'un üstündeki gerilimleri hassas biçimde ölçebilmek ve diğer yüksek gerilim ölçüm cihazlarım kalibre etmek için kullanılırlar. Yapılan çalışma, TÜBİTAK Ulusal Metroloji Enstitüsü'nde hazırlanan Türkiye'nin DA yüksek gerilim standardım oluşturacak olan 100 kV'luk Dirençsel Yüksek Gerilim Bölücü'ye ilk örnek olacaktır.

NEW APPROACHES TO REDUCE MEASUREMENT UNCERTAINTY IN HV DC RESISTIVE DIVIDERS Serhat YILMAZ Index Terms: HV resistive dividers, HV measurement standarts, measurement uncertainties, PID control, fuzzy control, neural control In this study, design and realization of a dc voltage standart divider for highly precise measurement up to 5 kV is described. As to the effects of self heating of the resistors, chaotic distribution of this heat, leakage currents and corona effects are caused to error in measurements. Uncertainties arisen from the last two effects may be reduced by arrangements in design and construction of voltage divider systems. However, the self heating of the resistors and any temperature gradient along the resistor column is the major error source in precise measurements. New approaches are suggested and used in the system to reduce uncertainties in measurement. Thermal stabilisation of the device reduces the uncertainty in measurement on a large scale. Computer aided control of peltier cooling elements are added to keep the temperature at some certain degree and computer aided control of the circulation motor is added to approximate the temperature gradient to insignificant values. Several control methods are applied to eliminate the self-heating and heat gradient effects in the DC HV Resistive Divider. PID control, fuzzy control and neural network control programs are developed to control these effects of the system. Heat dispersion (conduction and convection) of the system is modelled to determine the number and place of the points of temperature data. Temperature sensors are placed to these suitable points for each state variables. Control outputs determine voltage of the peltier cooler and the circulation motor speed. The measurement uncertainty sourced by the heat effects are reduced to the values between 5-11 ppm. Accurate measurements of DC voltages at values above 10 V and calibrating other dividers are achieved by standart voltage dividers. The device that was realized has been the prototype of 1 00 kV DC Voltage Resistive Divider which is prepeared in TÜBİTAK-National Metrology Institute to be the DC high voltage standart of Turkey. m