автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.05, диссертация на тему:Измерение высоких напряжений и больших токов в электроэнергетике

I! о ОД

- - -и '' - - ■ '-> На правах рукописи

КАЗАКОВ МИХАИЛ КОНСТАНТИНОВИЧ

ИЗМЕРЕНИЕ ВЫСОКИХ НАПРЯЖЕНИЙ И БОЛЬШИХ ТОКОВ В ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ

Специальность 05.11.05 -"Приборы и методы измерения электрических и магнитных величин-'

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Ульяновск 1998

Работа выполнена в Ульяновском государственном техническом университете

Научный консультант - доктор технических наук, профессор

Зыкин Ф.А.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Келбаков И.Н.;

доктор технических наук, профессор Торбенков Г.М.;

доктор технических наук, профессор Тюкавин А. А.

Ведущая организация - ЗАО "Алюминий" (г.Москва)

Защита состоится 30 сентября 1998 г. в 15 час. 00 мин. на заседании специализированного совета Д064.21.01 при Ульяновском государственном техническом университете (ауд. 211).

Отзывы в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по адресу: 432027, г.Ульяновск, ул.Сев.Венец, 32, УлГТУ, ученому секретарю.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке УлГТУ.

Автореферат разослан д^-^ус^гг^р^ 1993 г.

Ученый секретарь ' специализированного совета " д.т.н., профессор

Соснин П.И.

ГЧТТ1/^ГМ/ гчг"ттг\тттт^ глтт» ТТТПТТПТД

АКУ - аналогово-ключевой усилитель

ЛП - аддитивная погрешность

АУ - аналоговый усилитель

БПТ - большие постоянные токи

БПрТ - большие переменные токи

ВПрН - высокие переменные напряжения

ДСИТ - дискретный способ измерения тока

ЗПТ - закон полного тока

МП - интегрирующий измерительный преобразователь

ЙП - измерительный преобразователь

ИПБПТ - измерительный преобразователь болыгах постоянных токов

ЙПМИ - измерительный преобразователь магнитной индукции

ИЗ - измерительный элемент

КС - калибровочная симметрия

КТТ - компенсационный трасформатор тока

КУ - ключевой усилитель

МДС - магнитодвижущая сила

ОИП - образцовый измерительный преобразователь

00С - отрицательная обратная связь

01ШМ-1- однотактная широтно-импульсная модуляция первого рода

ОУ - операционный усилитель

ЭДС - электродвижущая сила

ЭИП - элементарный измерительный преобразователь

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы

Развитие электроэнергетики на современном этапе сопровождается увеличением значений рабочих напряжений и токов, что требует дальнейшего совершенствования электрического оборудования. В частности, для передачи больших мощностей используются высокие напряжения 500-750 кВ. и намечается использование линий сверхвысокого напряжения 1150-1800 кВ. Причем энергопотребление производится как на переменном, так и на постоянном токах. Например, в ряде отраслей химической и металлургической промышленностей используются большие постоянные токи (БПТ) до 300 кА с перспективой увеличения до 500 кА. В то ?ке время характерным для современного уровня техники является развитие энергосберегающих технологий.

В системе мероприятий по экономии и рациональному использованию энергоресурсов важное место занимает повышение точности измерения токов и напряжений, что связано, например, с установлением более оптимальных режимов работы оборудования, и ведения технологических процессов.

Получение информации о высоких напряжениях и больших токах связано с особыми трудностями в связи с тем, что их непосредственное измерение невозможно, поэтому возникает необходимость использования промежуточных устройств - измерительных преобразователей (ИП), задачей которых является представление информации в наиболее удобном для дальнейшего использования виде.

Точность получения информации о высоких напряжениях и больших токах в значительной степени определяется классом точности и другими характеристиками ИП, что делает актуальным поиск путей дальнейшего совершенствования таких устройств, тем более, что известные решения часто не дают желаемых результатов. Например, использующиеся ИП не позволяют осуществлять преобразование сверхвысоких напряжений 1150 кВ и более (или по крайней мере попытки их использования встречают большие трудности).

Важной задачей является необходимость совершенствования системы метрологического обеспечения измерений БПТ, поскольку в отраслях, использующих такие токи, потребляется значительная часть всей вырабатываемой энергии. Несмотря на наличие значительного количества разработок устройств для измерения БПТ, состояние указанной системы далеко даже от удовлетворительного. В первую

очередь это относится к областям, где используются токи свыше 35 кА. Указанная проблема вызвана следующими причинами: особенностями пополнения и эксплуатации цепей БПТ, а также используемых ИП; отсутствием достаточного количества специальных поверочных лабораторий и переносных образцовых преобразователей БПТ, допускающих проведение поверок стационарных измерительных систем в эксплуатационном режиме без их демонтажа.

В итоге неудовлетворительное состояние системы метрологического обеспечения измерений БПТ в целом не способствует успешному решению задач по совершенствованию прецизионных ИП тока на основе путей, по которым часто идут исследователи и которые приводят к одному и тому же результату: в лучшем случае разработанное устройство проходит испытания, но поскольку оно не вписывается в существующую систему метрологического обеспечения, то по прошествии некоторого времени доверие к его показаниям пропадает, а возможности проведения очередной поверки отсутствует. В итоге ИП так и остается опытным образцом, интерес заводов на предмет его изготовления исчезает, даже когда при испытаниях получены обнадеживающие результаты.

Цель и задачи исследования

Целью работы является разработка способов измерения высоких и сверхвысоких переменных напряжений, больших постоянных и переменных токов, а также их реализация в устройствах с улучшенными характеристиками, которые предназначены для использования в электроэнергетике. Это необходимо для решения задач совершенствования технологических процессов, экономии материальных и энергетических ресурсов, упрощения работ по метрологическому обеспечению использующихся средств измерений.

Поставленная цель определила следующие основные задачи исследования:

-разработка обобщенной классификации методов и средств измерения высоких напряжений и больших токов и единого подхода к анализу структур ИП высоких напряжений и больших токов;

-поиск путей совершенствования ИП токов и напряжений;

-разработка способов и устройств для измерения высоких напряжений и больших токов;

-разработка образцовых ИП тока с. целью совершенствования системы метрологического обеспечения измерений больших постоянных токов;

-сопоставление известных и разработанных ИП с целью подтверждения более высокой эффективности последних.

Методы исследований базировались на теории электрических цепей и теории электромагнитного поля с использованием комплексного и операторного методов расчета и классических разделов математического анализа, методов дискретной математики. Проверка основных выводов проводилась посредством натурных и компьютерных экспериментов.

Научная новизна работы

1. Разработаны теоретические основы функционирования ИП тока и напряжения на основе понятий элементарных ИП и калибровочной симметрии, что позволило предложить общий подход к анализу структур измерительных преобразователей тока и напряжения и создать обобщенную классификацию таких ИП.

2. Впервые на основе теоретического исследования магнитных полей шин с протекающими БПТ:

а) предложен новый подход к созданию прецизионных ИП тока и разработаны теоретические основы функционирования таких устройств, что позволило создать новый класс прецизионных ИП больших постоянных токов (ИПБПТ);

б) разработаны способы измерения БПТ (патент по заявке 96103079), и способ градуировки ИП (патент по заявке 96118960), позволяющие усовершенствовать систему метрологического обеспечения измерений таких токов.

Во многих случаях предложенные решения по измерению БПТ могут быть использованы и при измерении переменных токов.

3. Разработан и теоретически исследован новый класс ИП магнитной индукции на основе замкнутых сердечников из ферромагнитногс материала, позволяющий улучшить характеристики ИПБПТ (патента 1713364, 2041466, патент по заявке 9510935).

Такие ИП могут иметь самостоятельное значение и использоваться для измерения параметров магнитных полей.

4. Разработан новый класс переносных образцовых ИПБПТ (патент 2006043) и исследованы методы их построения, способствующие совершенствованию системы метрологического обеспечения измерение БПТ, при этом:

а) введено понятие и рассмотрены вопросы частичного восстановления функции, т.е. восстановления ее значений (например,

среднего значения) по отсчетам функции в дискретные моменты времени;

б) предложен метод существенного снижения погрешности квантования при использовании время-импульсной модуляции.

5. Создан новый класс ИП высоких напряжений с использованием комплексных делителей напряжения и разработаны на их основе способы преобразования высоких и сверхвысоких переменных напряжений.

6. Впервые на базе теории электрических цепей с распределенными параметрами получены уравнения для цепи большого постоянного тока, что позволило провести анализ распределения токов и напряжений в электролизных сетях заводов по производству алюминия и установить верхний предел точности измерений тока, обусловленный токами утечки в землю.

7. Разработаны и теоретически исследованы методы снижения аддитивной погрешности интегрирующих ИП (ИИП) и реализующие их устройства (а.с. 1336047, 1553988, 1624484, 1716547). Интегрирующие ИП входят в состав предложенных преобразователей тока и напряжения.

8. Проведено теоретическое исследование усилительных устройств, входящих в структуру предложенных ИП тока и напряжения, а именно:

а) предложен способ увеличения мощности аналогового усилителя (АУ), заключающийся во введении дополнительного источника, синхронизированного по частоте с входным сигналом АУ, причем в качестве дополнительного источника можно использовать непрецизионный ключевой усилитель (КУ);

б) проведен анализ погрешностей КУ с однотактной широтно-импульсной модуляцией первого рода (0ШИМ-1) и при использовании реального фильтра;

в) на основе проведенного анализа энергетической эффективности КУ с 0ШЙМ-1 разработан способ уменьшения динамических потерь при работе усилителя с изменяющейся частотой входного сигнала, реализованный в устройстве (а.с. 1580526);

г) предложен способ уменьшения влияния погрешностей КУ при его использовании в составе аналогово-ключевого усилителя, что позволяет повысить КПД усилительного устройства (а.с. 1587618).

д) проведено теоретическое исследование устойчивости линеаризированного КУ (как импульсной системы) с обратной связью, что позволило оптимизировать параметры элементов усилителя.

9. Впервые разработана классификация измерительных преобразователей БПТ, позволяющая обобщить известные методы и средства измерений и наметить пути их совершенствования.

10. При анализе структурных схем ИП получен новый вывод о возможности снижения относительной аддитивной погрешности с помощью введения отрицательной обратной связи, что использовано при разработке схем ЙИП.

Практическая ценность и реализация работы заключается в

1. Проведенные исследования позволили создать базу для разработки новой аппаратуры измерения высоких напряжений и больших

VI/руиной "^гтгтт'поио'^тсз *№ТПГ> ТТ^ГЧАТДО О иуя и

эксплуатационные характеристики.

2. Разработан ИП высокого напряжения, предназначенный для замены традиционных измерительных трансформаторов напряжения и имеющий меньшие погрешности преобразования. Преобразователь изготовлен и прошел испытания, при этом основные погрешности

— — - — Л — — — ~ ■—. ^ ^ п ^ п п» т-ч * >т/чгт> т» тт г\ л V О тТ тт<—Г гп»-»ОТТЛ I ЛЮт"»/"\Т>

¿хуз^ираоигюп/.т ^шюсюю^ил ¿\VICAV^^ ,^ /-у1

напряжения.

3. Разработаны стационарные ИП для измерения тока пакета шин на основе использования ДСИГ, в которых измерительные преобразователи магнитной индукции выполнены на основе методсЕ развертывающего и следящего преобразований. Такие ИП тока испытаны в лаборатории Братского алюминиевого завода, при этом получены погрешности преобразования соответственно 0,2 и 0,5%.

4. Разработаны стационарные ИП больших постоянных токов, которые, внедрены на Волгоградском, Каменск-Уральском, Красноярском, Богославском алюминиевых заводах в 1994-1997 гг. Такие устройства имеют ряд преимуществ, касающихся комплекса метрологических и эксплуатационных характеристик, по сравнению с лучшими зарубежными установками. Во внедрении устройств принимали участие научно-производственный концерн "Параметр" и акционерное общество "Высокоточная аппаратура" (г.Ульяновск).

5. Разработаны переносные образцовые ИП тока, изготовленные совместно с АО "Высокоточная аппаратура", которые предназначены для поверки стационарных ИП тока класса 0,2 и ниже в диапазоне (50-200) кА на месте эксплуатации. Такие преобразователи имеют погрешности не выше 0,07%, они прошли метрологическую аттестацию в Уральском НИИ метрологии с получением свидетельства и успешно

используются для поверки стационарных измерительных систем. Подобные установки не имеют аналогов в мире.

6. Проведенный комплекс теоретических и экспериментальных работ по проблемам измерения БПТ позволяет сделать вывод о том, что найден путь решения проблемы совершенствования системы метрологического обеспечения измерений БПТ. Эта задача является очень важной и привлекала внимание специалистов в течении многих десятилетий.

Апробация работы

Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на: научно-техническом семинаре "Автоматизированные системы контроля и управления" (г.Ульяновск, 1989г.); научно-технической конференции "Научно-технический прогресс и инженерное образование" (г.Ульяновск, 1990 г.); 2-й Всероссийской конференции "Распознавание образов и анализ изображений" (г.Ульяновск, 1995 г.); научно-технической конференции с международным участием "Проблемы промышленных электромеханических систем и перспективы их развития" (г.Ульяновск, 1996 г.); научно-технической конференции "Наука-производству" (г.Ульяновск, 1997 г.); международном семинаре "Проблемы энергетики и пути их решения" (г.Барселона, 1997 г.); научно-практической конференции "Наукоемкие технологии товаров народного потребления" (г.Ульяновск, 1997г.); международном семинаре "Алюминий Сибири-97" (г.Красноярск, 1997 г.); научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава УлГТУ (УлПИ) в 1982-1997 гг. Разработанные устройства демонстрировались на выставке-ярмарке "Наука-производству" (г.Ульяновск, 1995 г.) (получен диплом).

Публикации

По теме диссертации опубликована 51 работа, в том числе: 1 монография; 11 авторских свидетельств, патентов и свидетельств на полезную модель; 16 статей; 20 тезисов докладов на научных конференциях. Кроме этого получено 4 положительных решения о выдаче патентов на изобретение и свидетельств на полезную модель.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, восьми глав, заключения, 23 приложений и списка литературы, включающего 288 наименований. Основной материал, включая рисунки, изложен на 435 стр.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность теш диссертационной работы, сформулированы цель и задачи исследования, отражена научная и практическая ценность, приведено краткое описание содержания глав работы.

В первой главе предложен обобщенный подход к анализу структур ИП тока и напряжения (здесь и далее под такими ИП понимаются преобразователи высоких напряжений и больших токов).

Измерительный преобразователь можно представить структурной схемой, содержащей некоторое количество более простых звеньев, которые названы элементарными ИП (ЗИП). В качестве критерия при разбиении целесообразно взять какую-либо выполняемую функцию. Такой подход к анализу ИП целесообразен по нескольким причинам. Во-первых, число ЗИП ограничено, что является основой для обобщения различных устройств. Во-вторых, анализ ИП может быть сведен к анализу более простых ЗИП. В-третьих, функциональный подход позволяет обоснованно подойти к разделению ИП на ЗИП, поскольку и каждый ЗИП можно разделить на части.

В качестве ЗИП выделены узлы, выполняющие отмеченные ниже операции.

1. Масштабирование: х^кх^, где х и х^- однородные величины. При ¿>1 производится умножение, а при к<1 - деление. Узел с такой функциональной зависимостью является пропорциональным однородным э;-ш (или масштабным ЗИП). При измерении больших токов и высоких напряжений к«. 1.

2. Пропорциональное преобразование одной величины в другую (преобразование рода величины): у=к х (ненаправленный ЗИП) и у=к Лх (направленный ЗИП), где х и у - разнородные величины, 1 -

X у

единичный вектор, учитывающий ориентацию ЗИП, а коэффициент пропорциональности в этом случае имеет размерность.

3. Дифференцирование в области реального времени: х2(Ь)=х-йх1(Ь)/6Ь. Коэффициент пропорциональности т имеет размерность времени, поэтому величины х и хг являются однородными, т.е. мы имеем дело с однородным дифференцирующим ЗИП.

4. Интегрирование: хг(Ь)^(1/г) ■^х1(Ь)с!Ь. Элементарный ИП с такой зависимостью между входными и выходными величинами является однородным интегрирующим.

Далее в работе представлена разработанная обобщенная классификация ИП больших токов и высоких напряжений с

и

использованием древовидного дихотомического классификационного графа. В основу классификации положены обобщенные структурные схемы, построенные на разделении по функциям преобразования входящих в состав ИП элементарных измерительных преобразователей. Такой подход позволяет провести широкие обобщения.

Всего граф включает 4 классификационных признака (уровня), два из которых приведены на рис.1. Введение первого уровня обусловлено тем, что преобразование больших токов и высоких напряжений характеризуется возможностью определения информации о преобразуемой величине при изменении масштаба, т.е. в данном случае - снижения уровня сигнала. Простейший пример - использование делителя при измерении напряжений. В этом случае можно сказать, что устройство имеет калибровочную симметрию (КС).

использованием калибровочной симметрии

1

дифференцирующие, интегрирующие

РИС . 1

Такие симметрии связаны с идеей калибровки путем изменения отсчета уровня, масштаба или значения физической величины. Система обладает КС, если ее природа остается неизменной при такого рода преобразованиях. Само понятие симметрии (в абстрактном смысле) означает инвариантность относительно некоторых операций." Распространяя эти понятия на цепь передачи измерительной информации, можно сказать, что симметричность выражается в сохранении этой информации при ее передаче, т.е. тесным образом связана с главным требованием к измерительной цепи - снижением погрешностей при передаче информации. Согласно этому, ИП, изменяющий (с малыми погрешностями) масштаб измеряемой величины с сохранением требуемой информации о ней (форма кривой, действующее значение и др.) обладает калибровочной симметрией. Под такое определение попадают ИП высоких напряжений и больших токов, поскольку главным требованием, предъявляемым к ним, является постоянство коэффициента преобразования к (¿"«1), причем он должен выражаться действительным числом.

I

по способу снятия информации об измеряемой величине

II

по виду используемых зип

без

использования калибровочной симметрии

пропорциональные

Уровень II классификации определяет вид ИП по типу входящих в него ЗИП с точки зрения функциональных зависимостей между входными и выходными величинами. Совместно с первым уровнем классификации этот уровень определяет признаки, которые в значительной степени определяют характеристики ИП в целом.

Специфика измерений больших токов и высоких напряжений состоит, как правило, в "жесткости" структурной схемы ИП, что определяется влиянием уровня сигнала на структуру ЗИП. Это особенно

относится к первому ЗИП. Например,

можно включить на высокое напряжение, скажем 220 кВ, но использовать электронный узел при таком напряжении нельзя. Поэтому можно сделать вывод о важности первого масштабного ЗИП, поскольку он во многом определяет характеристики ИП в целом.

Далее в работе проанализированы методы построения ИП на основе способов прямого преобразования и преобразования со сравнением. При этом рассмотрен вопрос о влиянии отрицательной обратной связи (00С) на относительную аддитивную погрешность. Показано, что известное

пттт;гсгит.ды пгр

эту погрешность ш/жяается

коррекции, а именно в сложных электронных 'устройствах снизить ее можно.

щ

Я

Чг

I

С,

иг

С,

I

щ

1

Я.

иг

Рис.2

На основе введенных понятий рассмотрены принципы построения ИП напряжения и тока с использованием НС. При использовании делителей с однородными элементами в плечах высокого и низкого напряжений (см.,например, рис.2,а,б) юс структурная схема может быть представлена в виде одного масштабного ЗИП, поэтому они названы простыми делителями. Коэффициент передачи таких делителей выражается действительным числом (в идеальном случае). Рассмотрена возможность использования делителей с разнородными элементами в

в

плечах высокого и низкого напряжении, например, показанных на рис.2,в-г. В этом случае входные и выходные величины связаны некоторой функциональной зависимостью, поэтому выходное напряжение делителя использовать в качестве информации о высоком напряжении не всегда возможно. Такие делители могут быть представлены в виде соединения уже нескольких ЗИП (например, масштабного и дифференцирующего), поэтому они названы комплексными делителями.

Для бесконтактного измерения тока используется, п част::сс~:, закон электромагнитной индукции, согласно которому в контуре наводится ЭДС при модуляции обобщенного параметра А^ (ток; площадь, охватываемая контуром; и др.) :

с/Л,-

е = к-1 , (1)

6Ь

где к - коэффициент пропорциональности. Показано, что устройства на его основе можно отнести к классу 11 (см.рис.1), т.е. с использованием КС, и представить эквивалентной схемой на основе комплексного делителя (рис.2,е). Таким способом можно измерять не только переменные, но и постоянные токи: з этом случае в качестве модулируемого параметра А^ в (1) выступает, естественно, не ток.

В качестве второго пути для бесконтактного измерения тока рассмотрен закон полного тока, согласно которому для нахождения тока необходимо определить циркуляцию вектора напряженности магнитного поля Н по замкнутому контуру охватывающему ток:

|Вс?1 = Ц И I.

J го

Практическая реализация этого уравненя предполагает замену операции интегрирования операцией суммирования элементарных МДС п точках контура:

IV1* = ^4- (2)

к=1 О к = 1 г

что возможно при выполнении двух условий:

л Мгр, &1к -» 0, еа^ = 1 при дг= 1 ,

либо

п « д1 * 0, но гд1 = 2 при д » 1,

1 р к ^ к I-

где .¥рр - некоторое граничное (большое) число точек измерения, при котором погрешности измерения не превышают допустимых. В последнем случае токопровод охвытывается магнитопроводом, что и позволяет уменьшить количество точек измерения, поскольку на больших участках контура значения индукции являются одинаковыми.

Можно предположить также, что информация о токе определяется по результатам измерения напряженностей или индукций лишь в нескольких точках вокруг токопровода, находящихся на неферромагнитном контуре интегрирования. В этом случае информация о форме контура интегрирования1 заложена в ориентации магнитных осей 1° измерительных элементов, направленных по касательным к контуру

(рис.3). В этом случае можно записать, что

К

(3)

.. Л1 = I

-ск к

К=1

где - касательная составляющая вектора напряженности в к-й точке, совпадающая по направлению с магнитной осью элемента.

Очевидно, что в этом случае имеется неоднозначность между суммой отрезков д!к и длиной контура 1 (£1к*1). Это видно из рис.3: элементы расположены по окружности, но расстояние между ними равно прямолинейному участку 2. Кроме этого, длина контура может быть определена различным образом, например, с помощью использования путей 1,2,3. Это одна из причин того, что в выражении (3) поставлен знак приближенного равенства.

Сказанное говорит о нецелесообразности введения в явном виде

длины контура интегрирования в выражение закона полного тока при использовании малого числа измерительных элементов. Этот же результат можно получить при подходе с "другой стороны": напряженность Я^ в какой-либо точке с заданной погрешностью сохраняет свое значение на протяжении малого отрезка Д2^ (рис.3), причем . Именно эти

отрезки можно использовать в (3) вместо ¿1'

Рве .3

отрезков

в значительной степени будет

д! при этом сумма отличаться от длины контура интегрирования I. Б конечном значении числа точек измерения п, следовательно, можно записать:

пределе,

п-д!'«1, к '

К(1,^)1 йхк

(и =

кп с) А _

I»

(1) = Г

при ПЫ^и 1,

при и

(4)

к = 0

где К(1,%) - коэффициент пропорциональности (преобразования), являющийся, в общем случае, функцией формы и размеров контура

1 Здесь и далее под формой контура понимается форма поверхности , ограничиваемая контуром.

интегрирования (величина 1) и ряда возмущающих факторов вследствие дискретности съема информации о токе (величина £). Напряженность и индукция также зависят от формы контура, что отражено при записи последнего выражения.

Соотношение (4) выражает способ измерения тока путем определения напряженности или индукции в дискретных точках контура, который назван дискретным способом измерения тока (ДСИТ) на основе закона полного тока.

Термин "дискретный" подчеркивает то, что напряженности Я(или индукции) измеряются лишь в отдельных точках контура (рис.3), т.е. производится дискретизация Функции распределения напряженности или индукции вдоль контура (берутся отсчеты непрерывной функции).

Таким образом, критерием использования ДСИТ на основе ЗПТ является степень полноты определения информации о намагничивающей силе при проведении измерений. Отметим, что до настоящего времени не существовало прецизионных устройств для измерения больших токов на основе использования способа (4), поскольку общеизвестным считается вывод, что получить при таком подходе малые погрешности невозможно вследствие наличия ряда методических погрешностей. Речь идет именно о прецизионных измерениях с погрешностями (0,1...0,5)%, что предполагает значение методических погрешностей на уровне сотых долей процента.

В свою очередь ДСИТ (4), в отличие от способа (2), определяет критерий использования калибровочной симметрии: преобразователи с использованием способа (2) можно представить обобщенной структурной схемой, относящейся к классу 00, а преобразователи с использованием способа (4), - схемой, относящейся к классу 10 (см.рис.1).

Во второй главе сделан анализ разработок в области измерений высоких напряжений и больших токов в электроэнергетике.

Важной задачей является совершенствование системы метрологического обеспечения измерений БПТ, поскольку з отраслях, использующих такие токи, потребляется значительная часть всей вырабатываемой электроэнергии. В настоящее время требуется снижение погрешностей измерения тока в производственных условиях до (0,1...0,2)%, например, при электролизе алюминия

В работе впервые предложена обобщенная классификация измерительных преобразователей БПТ (ИПБПТ), которая выполнена с использованием древовидного классификационного графа. Отметим, что задача систематизации и классификации ИПБПТ является актуальной: ее

решение дает возможность наметить пути развития и совершенствования ИП. В основу графа положены восемь уровней, в частности, способ включения ИП, физическое проявление тока, физический закон, способ организации интегрирующего контура и др.

На основе этой классификации проведен анализ известных решений, показавший, что, несмотря на наличие весьма значительного числа разработок устройств для измерения БПТ, состояние системы метрологического обеспечения измерений таких токов далеко даже от удовлетворительного. В первую очередь это относится к областям, где используются токи свыше 35 кА.

Указанная проблема, как отмечалось, вызвана особенностями исполнения и эксплуатации цепей БПТ, а также используемых ИП; отсутствием достаточного количества специальных поверочных лабораторий и переносных образцовых преобразователей БПТ, допускающих проведение поверок стационарных измерительных систем в эксплуатационном режиме без их демонтажа. Особенности ИП заключаются в том, что для прецизионных измерений токов свыше 35 кА используются массивные устройства (их вес достигает 1000 кг), для которых использование традиционных методов поверки затруднено.

Показано, что выход из сложившейся сложной ситуации лежит на пути решения следующих задач. Во-первых, здесь необходим комплексный подход, т.е. учет вышеотмеченных причин и реалий сложившейся ситуации. Во-вторых, кардинальным решением проблемы является совершенствование принципов построения ИП больших токов на основе создания устройств, допускающих проведение работ по метрологическому обеспечению без использования специальных уникальных лабораторий и стендов. Здесь предполагается провести исследование ДСИТ [см.выражение (4)] на предмет снижения методических погрешностей измерения тока. В литературе не описаны прецизионные ИП больших постоянных токов (ЙПБПТ) на основе этого способа.

В-третьих, решением ряда задач является также создание переносных образцовых преобразователей БПТ, допускающих проведение поверок стационарных устройств без их демонтажа в режиме рабочей эксплуатации. Опыт удачных разработок такого типа отсутствует как в нашей стране, так и за рубежом.

Проведен также анализ распределения токов и напряжений в электролизных сетях заводов по производству алюминия, являющихся основными потребителями БПТ. Исследование показало, что при

измерении тока электролиза с целью обеспечения технологического процесса существует верхний предел точности измерений, лежащий на уровне погрешностей (0,05...0,1)%, который обусловлен возникновением токов утечки в землю.

Далее во второй главе рассмотрены измерительные преобразователи больших переменных токов (БПрТ) и высоких переменных напряжений (ВПрН) на основе предложенного в первой главе обобщенного классификационного графа ИП.

Получившие широкое распространение традиционные измерительные индукционые трансформаторы БПрТ и ВПрН имеют ряд недостатков. Так, при увеличении рабочих напряжений затраты на изоляцию непропорционально возрастают, поэтому при напряжениях свыше 500 кВ трансформаторы изготавливаются многокаскадными, что приводит к существенному возрастанию погрешностей преобразования. Кроме этого, к недостаткам индукционных трансформаторов можно отнести: возможность возникновения феррорезонанса, необходимость дополнительного усиления изоляции из-за значительных импульсных воздействий при коммутациях.

Совершенствование ИП напряжения, использующихся в электроэнергетике, происходит как по пути создания устройств на основе делителей напряжения, так и по пути разработки способов и устройств на основе электрооптических эффектов.

Анализ известных ИП на основе делителей показывает, что в таких устройствах используются только простые делители (омические, емкостные делители и др.) (рис.2,а,б). Это диктуется стремлением получить простую зависимость между входным и выходным напряжениями. Однако известные решения имеют ряд недостатков, что выражается: в зависимости погрешностей от сопротивления .нагрузки (омические делители); в малой стабильности коэффициента деления (устройства на основе емкостных делителей напряжения); в зависимости погрешностей от частоты (емкостные трансформаторы напряжения); в возрастании инерционности (емкостной делитель с буферным усилителем).

Что касается преобразователей БПрТ, то здесь в основном используются индукционные трансформаторы и ИП на основе магнитооптических эффектов. В разрезе совершенствования ИП первого типа предложено использовать маломощный компенсационный трансформатор тока в качестве второго каскада трансформации. Компенсационный трансформатор содержит цепь ООС, благодаря чему его погрешности существенно снижаются. Такое включение позволяет

снизить сопротивление нагрузки трансформатора первого каскада, а следовательно, погрешности преобразования тока. При этом какой-либо переделки трансформатора первого каскада не требуется.

Среди недостатков ЙП на основе магнитооптических эффектов можно упомянуть сложную технологию изготовления и высокую стоимость, что часто не позволяет достигнуть желаемых результатов и ограничивает область использования устройств. Эти же недостатки имеют место и при попытках использования ИИ напряжения на основе электрооптических эффектов.

Таким образом, несмотря на значительное количество работ в области измерений БПрТ и ВПрН, ощущается недостаток в ИП, использующихся в электроэнергетике, которые соединяли бы в себе такие достоинства известных устройств, как простота, надежность, малые погрешности преобразования, относительно малые материальные затраты при изготовлении. Отметим также отсутствие средств преобразования сверхвысоких переменных напряжений.

Показано, что для решения этих задач необходимо провести анализ возможности использования комплексных делителей тока и напряжения.

В третьей главе разработаны" теоретические основы измерения токов, в первую очередь ВИТ, с использованием калибровочной симметрии, т.е. на основе ДСИТ.

Можно предположить, что при использовании малого количества измерительных элементов (ИЗ) коэффициент л(1,?) в выражении (4) в общем случае зависит: от смещения гокопровода внутри контура; от распределения тока внутри контура; от влияния внешних по отношению к контуру магнитных полей; от наличия изгибов токопровода. Эти факторы приводят к методическим погрешностям, которые для краткости названы соответственно погрешностями: смещения 5 ; форш & • от

СМ" ф

стороннего поля асг; изгиба токопровода

Особенно важно провести анализ погрешности формы, так как она обусловлена рядом факторов, которые трудно контролировать. Для снабжения потребителей энергией с помощью БПТ используются пакеты шин, каждая из которых имеет прямоугольную форму поперечного сечения. При этом погрешность формы может возникнуть в следующих случаях: при отличиях размеров и форш сечения токопровода, используемого при градуировке устройства, от размеров и форш сечения токопровода в рабочих условиях; при изменении числа шин в пакете в рабочих условиях по сравнению с числом шин в " пакете при

градуировке устройства; при отключении одной или нескольких шин в пакете в рабочих условиях; при перераспределении тока между шинами в пакете, например, при дрейфе контактных сопротивлений, поскольку можно считать, что форма сечения определяется не только физической границей токопровода с окружающей средой, но и распределением плотности тока по его сечению.

Размеры пакета шин и количество шин в нем могут меняться в широких пределах, поэтому в качестве базового при анализе погрешности формы выбран линейный провод (площадь его сечения стянута в точку), т.е. принято, что погрешность формы определяется отклонением средней напряженности Яср контура при различных размерах и формах сечения токопровода относительно напряженности Яоср этого же контура при протекании тока по линейному проводнику, расположенному в центре контура:

б = Н /Н - 1. (5)

ф СР ОСР

Поэтому вначале, на основе полученных математических моделей, проведено исследование погрешностей смещения и от стороннего поля, обеспечиваемых различными контурами интегрирования при протекании тока по линейному и круглого сечения проводам, -поскольку в этих случаях конфигурация магнитных полей будет одинаковой. Анализ показал, что круглый контур обеспечивает существенно мешьшие погрешности по сравнению с контурами квадратной и прямоугольной форм. Напомним, что под формой контура понимается форма поверхности, ограничиваемая контуром.

Для проведения анализа погрешностей измерения при протекании тока по реальному токопроводу в виде пакета шин необходимо знать картину магнитного поля вокруг этого токопровода. С этой целью получены точные аналитические выражения для составляющих напряженности магнитного поля прямоугольной шины с током (рис.4): Нх=аУт/зу; Н --аУ^/ах, где Ч^ - функция потока, определяемая интегрированием выражения:

а Ь ,2 .2

= - I I 1п Лх^-хГНу^-у)* йхйу + С, (6)

" а Ь I 1

В выражение (6), которое получено в предположении плоско-

параллельности магнитного поля, входят: ^ - плотность тока; х,у -

координаты элементарных участков шины, изменяющиеся соответственно

от а до а и от Ь до Ь . 1 2 1 2

Отличительной особенностью полученных в диссертации выражение является возможность подстановки любых значений координат шины, чтс позволяет их использовать для расчета магнитного поля пакета иин.

Методика определения погрешности формы сводится к следующему. Переменными являются: форма контура интегрирования; количество ИЭ; форма (квадратная, прямоугольная) и размеры общего сечения пакете шин; количество шин в пакете. При заданных форме контура и числе И?

определяются координаты точе! измерения. Далее для заданны) размеров, формы сечения пакета количества шин в пакет? определяются напряженности в точка: измерения и суммарная напряженност] во всех л точках. Погрешность г .определяется по выражению (5).

При исследовании погрешност] формы, обусловленной изменение] размеров и •.. формы .сечена .токопровода, для варьирования этим] размерами был введен"коэффициент К (коэффициент удаления), равш^ отношению диаметра или длины стороны контура к длине больше; стороны кинопровода.

Проведен также анализ погрешности формы, обусловленно: неравномерностью распределения.тока по сечению пакета. Это имев' важное значение из-за неконтролируемости причин возникновени данной составляющей погрешности формы. Погрешность моделировалос отключением некоторых шин пакета. Установлено, что при " мало значении К(близкое расположение контура и пакета) в случа отключения трех шин из четырех погрешности не возрастают более, че на сотые доли процента по сравнению со случаем, когда все шин включены.

Проведено также исследование погрешностей: смещения, от изгиб токопровода, от поворота плоскости контура при протекании тока п реальным гокопроводам, на основании чего определены оптимальны формы контуров интегрирования и количества ИЭ для снижени погрешностей.

Таким образом, проведенные исследования говорят о необ ходимости коррекции известного положения о невозможности ис

ЫхьУк)

Рис. 4

пользования ДСИТ на основе ЗПТ для прецизионных измерений токов: значения методических погрешностей при его практической реализации могут быть достаточно низки при различных возмущающих факторах. Дана уточненная формулировка этого способа [см.выраж.(4)]:

для получения информации о токе необходимо: а) измерить и просуммировать напряженности или индукции в нескольких точках контура, который охватывает этот ток, причем при симметричном и равномерном расположении точек измерения вдоль контура достоверность информации может быть высокой; б) определить коэффициент пропорциональности К(1,£).

С целью обобщения результатов исследования сформулированы пять утверждений и приведены их доказательства.

Утверждение 1. При протекании тока по линейному проводу наиболее полную информацию об этом токе можно получить с помощью контура интегрирования с меньшим количеством измерительных элементов (при использовании ДСИТ), который обеспечивает более равномерное распределение магнитной индукции вдоль контура при центральном расположении токопровода.

Утверждение 2. При протекании тока по линейному проводу более низкие погрешности измерения тока от смещения токопровода обеспечивает контур интегрирования, построенный с использованием ДСИТ, который обеспечивает более равномерное распределение магнитной индукции вдоль контура при центральном расположении токопровода.

Утверждение 3. Меньшие погрешности измерения тока обеспечивает контур с более равномерным распределением измерительных элементов вдоль него.

Утверждение 4. Меньшие погрешности формы, обусловленные изменением размеров и формы сечения реального токопровода, при коэффициенте удаления К гЗ, обеспечивает контур интегрирования, имеющий меньшие погрешности от смещения линейного токопровода.

На основе утверждений 1,Я,4 можно сформулировать следующее утверждение.

Утверждение 5. Меньшие погрешности измерения тока при использовании ДСИТ обеспечивает контур, имеющий большую геометрическую симметрию.

Можно сказать, что последнее утверждение является выражением одного из фундаментальных физических положений, касающихся понятий симметрии. Напомним, что под симметрией в общем сиысле понимается

инвариантность относительно какой-либо операции. Из физики известна связь между геометрической симметрией и законами сохранения или сохранением симметрии рассматриваемой системы, т.е. симметрия одного рода приводит к симметрии другого рода. В даном случае более симметричный контур интегрирования (геометрическая симметрия) в большей степени способствует сохранению информации о токе при использовании небольшого количества точек измерения, т.е. геометрическая симметрия приводит к другому типу симметрии, а именно - к калибровочной симметрии.

Далее в работе приведены варианты дискретного способа измерения тока и даны конкретные рекомендации по выбору формы контура интегрирования и числа измерительных элементов для снижения различных погрешностей.

При исследовании установлено, что конфигурация силовых линий магнитного поля вокруг шин с током близка к эллипсу, на основании чего предложен метод построения картины магнитного поля, основанный на точном определении лишь точек пересечения силовыми линиями осей координат.

Разработан также способ градуировки Ж1БПТ, основанный на расчете значений магнитной индукции, создаваемой измеряемым током, в месте установки ИЭ и отдельной поверке этих элементов с помощью вспомогательного источника магнитного поля. Это позволяет обойтись без использования специальных уникальных поверочно-градуировочных стендов при проведении операций градуировки и настройки НПБПТ.

Таким образом, на основании проведенных исследований сделан главный вывод: на основе ДСИТ, используя небольшое количество измерительных преобразователей магнитной индукции или напряженности (в среднем 10-12), можно получать информацию о токе с малыми методическими погрешностями на уровне сотых долей процента, что достаточно для построения измерительных преобразователей класса ОД и ниже. Этот вывод является новым и открывает пути для совершенствования системы метрологического измерений БПТ, которые будут упомянуты ниже.

Четвертая глава посвящена разработке и исследованию ИП магнитной индукции (ИПМИ) (они выполняют функции ИЭ, упоминавшихся выше), которые необходимы для реализации прецизионных ИП тока на основе вышеописанного подхода к построению таких преобразователей с использованием ДСИТ.

Предложен новый класс ИПМЙ на основе замкнутых сердечников из

ферромагнитного материала. Введение концентратора магнитного поля позволило использовать метод уравновешивающего преобразования для увеличения точности преобразования информативных величин.

На рис.5 приведена упрощенная схема одного из разработанных ИПМИ с использованием метода развертывающего преобразования. В узком зазоре концентратора 1 помещен датчик магнитного поля (преобразователь Холла) 2, который реагирует как на внешнее магнитное поле с индукцией В , так и переменное компенсирующее магнитное поле с индукцией Вк, причем последнее создается с помощью генератора 3 и обмотки 4. При Во=Вк, что фиксируется датчиком, формирователь 5 генерирует импульс и устройство выборки-хранения б фиксирует напряжение на резисторе 7 таким образом, что выходное напряжение ипропорционально измеряемой индукции В . Использование датчика только в режиме нуль-органа позволяет существенным образом снизить влияние его погрешностей на результат измерения.

Задачей теоретического исследования являлось определение функций преобразования ИПМИ как для анализа погрешностей преобразования магнитной индукции, а, следовательно, тока, так и для выбора компромиссного решения, касающегося противоречивых требований к магнитной системе ИПМИ: увеличение длины воздушного зазора линеаризирует характеристики (уменьшает погрешности), но при этом возрастает необходимое значение компенсирующей ВДС, что нежелательно.

Приведено обоснование использования комплексного метода при исследовании погрешностей ИПМИ, определены функции преобразования измерительных элементов. Введено понятие относительной комплексной магнитной проницаемости тела (сердечник плюс зазор), что позволило получить формулы для расчета параметров схемы замещения ИГШИ и оптимального выбора частоты компенсирующего тока.

Рассмотрены вопросы концентрации магнитного поля сердечниками, поскольку в предложенных ИПМИ сердечник можно рассматривать либо как замкнутый с малыми воздушными зазорами - по отношению к

Ж

■ —ь.

п

I

Рис. 5

1

компенсирующей индукции, либо как разомкнутый - по отношению к измеряемой индукции. Получены формулы, позволяющие оценить численные значения коэффициентов концентрации.

При реализации метода следящего преобразования в ИПМИ используется глубокая 00С по магнитному потоку с помощью усилителя сигнала с датчика магнитного поля.

Предложены пути улучшения характеристик ИПМИ: метод снижения компенсирующей МДС; метод уменьшения аддитивной погрешности, метод повышения точности с использованием информации о магнитном потоке сердечника.

Разработанные ИПМИ использовались в составе ИПБПТ, выполненных на основе ДСИТ, которые испытывались на поверочном стенде Братского алюминиевого завода. При этом для устройства с ИЭ на основе использования метода развертывающего преобразования основные погрешности измерения тока не превышали ±0,2% в диапазоне (20...140) кА, а для устройства с ИЭ на основе использования метода следящего преобразования погрешности были несколько выше и составляли +0,5%.

В пятой главе рассмотрены методы и средства измерений высоких переменных напряжений (ВПрЮ и больших переменных токов (БПрТ) с использованием КС.

Разработаны способы преобразования высоких и сверхвысоких переменных напряжений на основе комплексных делителей напряжения. Согласно предложенной обобщенной классификации (см.рис.1) реализующие эти способы преобразователи относятся к классу 11. Они образуют новый класс высоковольтных ИП напряжения. Как показал анализ погрешностей, предложенные решения позволяют повысить метрологические характеристики ИП напряжений по сравнению с традиционными измерительными индукционными и емкостными трансформаторами напряжения.

Для примера на рис.6 приведена схема ИП, реализующего метод преобразования ВПрН на основе разделения измерительного процесса на операции дифференцирования и интегрирования. Напряжение на выходе ИП этом случае равно:

иг

и = —2. Г1 йЬ =. .к —-г •> 2 2 «

г

Д

С ' 2 2 № С

О 2 0

йц У! С

-1 = к ■—и при и

йЪ Ш С 1 10

где Со - емкость конденсатора, входящего в состав интегратора И; Ш и ЙГ - количества витков обмоток трансформатора ТА, который вместе с усилителем А образует компенсационный трансформатор тока (КТТ).

Усилитель

мощности

А

обеспечивает возможность подключения низкоомной нагрузки, причем к - его коэффициент усиления.

Разработан также ИП на основе комплексного С-й делителя (см.рис.2,б) с использованием

О и1

снимаемого с поскольку

ряжения иг, резистора делителя, и^Срйи/йЬ, где (Яд и Сд-параметры делителя).

По полученным передаточным

Рис. 6

функциям проведен анализ методических погрешностей и инерционности ИП высоких и сверхвысоких напряжений, который показал, что предложенные устройства имеют следующие преимущества перед известными решениями:

а) пренебрежимо малые погрешности при изменении частоты и значения измеряемого напряжения, а также высокое.быстродействие; .

б) для реализации устройства необходим высоковольтный конденсатор небольшой емкости (до десятков пикофарад), который может быть выбран со стабильными характеристиками;

в) отсутствие конденсатора большой емкости в плече низкого напряжения позволяет повысить стабильность коэффициента деления."

С целью упрощения процесса получения информации о сверхвысоком напряжении предложен способ выполнения высоковольтного конденсатора преобразователя на втулке проходного изолятора высоковольтного аппарата, имеющегося в распределительном устройстве. Поскольку для предложенных ИП высоких напряжений необходим конденсатор малой емкости (от единиц до десятков пикофарад в зависимости от входного напряжения), то длина втулки изолятора достаточна для получения требуемой емкости, а сама втулка выполняет роль экрана от внешних помех. Такое решение позволяет также существенно снизить стоимость устройства, ■ в частности, за счет исключения коммутационных аппаратов для подключения ИП, которые необходимы при изготовлении высоковольтного конденсатора как самостоятельного устройства.

Результаты проведенных исследований использовались при разработке ИП высоких напряжений, при испытаниях которого получен

уровень погрешностей, соответствующий классу 0,2 для трансформаторов напряжения, что является высоким результатом.

Предложено использовать для преобразования БПрТ в электроэнергетике преобразователь на основе катушки (пояса) Роговского и электронного интегрирующего устройства. Показано, что такие ИП также относятся к классу 11 (см.рис.1).

Затронуты также вопросы использования цифровой техники при построении ИП тока и напряжения. Для этой цели разработан прецизионный 16-разрядный АЦП параллельно-последовательного типа и разработаны программы для обработки информации (в частности, интегрирования) с помощью ЭВМ.

В предложенных ИП переменного тока и напряжения при их использовании в электроэнергетике необходимо использовать интегрирующее и усилительное устройства, которые в этом смысле являются универсальными устройствами, поэтому шестая глава посвящена разработке и теоретическому исследованию интегрирующих измерительных преобразователей (ЙИП) и методов снижения аддитивной погрешности.

Для повышения точности интегрирования используют операционные усилители (ОУ). При этом основным источником погрешностей типовых ИИП являются входные токи и напряжение смещения, что приводит к появлению аддитивной погрешности (АП) вследствие интегрирования этих дестабилизирующих величин.

Для устранения эффекта интегрирования дестабилизирующих величин при использовании ИИП в режиме длительного интегрирования в схему вводят узлы автоматического снижения АП.

Приведена классификация способов снижения АП, которые разделены на два класса: с компенсацией и коррекцией АП. Классификация включает как известные способы (принудительное начало интегрирования, введение 00С по постоянному напряжению, разрыв цепи для передачи постоянного напряжения), так и новые, которые представлены в диссертации (комбинированный, динамический, с изменением направления интегрирования).

Разработаны новые схемы ИИП, реализующие эти способы снижения АП. При использовании способа снижения АП с использованием 00С по постоянному напряжению в схему ИИП вводится фильтр постоянной составляющей ФПС (рис.7). С целью повышения точности интегрирования переменного напряжения разработаны схемы ИИП с двумя инерционными звеньями в цепи 00С. Обобщенное выражение для частотной

передаточной функции такого класса ШП равно:

Шы)= -

1

Л'ый С о о

где е(¿и)=с(и)-ехр(,}/з) - коэффициент, определяющий погрешности ИИП интегратора, зависящий от структуры фильтра постоянной составляющей. При этом получено, что относительная амплитудная и угловая погрешности соответственно равны:

5 = е(и)соя0 - 0,5с2(о); &<р = э.гсЬё

е(ц)51пр

1 _м { # . ^ ЛАЛЛ

X С^Ш/оиор

(рад). (7)

Показано, что формулы (7) также справедливы при использовании других способов снижения АП. На основании этих формул разработана также методика расчета параметров элементов различных ИИП.

Исследованы вопросы быстродействия ИИП с фильтром постоянной составляющей и получены условия устойчивости. Недостатком таких устройств является зависимость погрешностей от инерционности, хотя . д

ФПС

т

позволяют снизить угловую погрешность интегрирования без ухудшения динамических свойств ИИП. С целью устранения этого недостатка

разработана разновидность способа снижения АП с принудительным началом интегрирования и реализующее его устройство на основе использования Рас.7

разрядного ключа, включенного параллельно интегрирующему конденсатору, с управлением этим ключом при помощи входного напряжения ИИП. Анализ методических погрешностей такого способа показал, что они, главным образом, определяются отношением длительности замкнутого состояния ключа (принудительное начало интегрирования) к периоду входного напряжения.

С целью дальнейшего улучшения характеристик ИИП разработан комбинированный способ снижения АП и реализующее его устройство. В нем также используется разрядный ключ, но его алгоритм работы отличается от алгоритма работы предыдущего устройства, что приводит к появлению на выходе ИИП постоянного напряжения, равного амлитудному значению переменного напряжения. Для его выделения и последующего устранения используются последовательно соединенные

фильтры нижних частот. Показано, что при обеспечении одинаковых значений полюсов передаточных функций фильтров наблюдается малая зависимость быстродействия ИИП от количества N фильтров. Это позволяет получить малые погрешности без ухудшения динамических характеристик ИИП. Оптимальное количество фильтров N=2-3.

Предложен динамический способ снижения АП, который основан на использовании входов балансировки ОУ и предусматривает ступенчатое управление процессом балансировки с помощью выходного напряжения ИИП, и разработаны схемы ИИП с разрывом цепи для передачи постоянного напряжения, которые более просты по сравнению с известными решениями, обладающими подобными характеристиками.

Предложенный способ снижения АП изменением направления интегрирования дестабилизирующих величин предусматривает сохранение направления интегрирования полезного напряжения, что способствует коррекции погрешностей. Этот способ удобно использовать при возможности изменения, полярности выходных зажимов источника, когда, например, сигнал снимается с обмотки трансформатора, что имеет место при использовании пояса Роговского для построения ИП больших переменных токов.

Седьмая глава посвящена разработке и исследованию усилительных устройств. Такое устройство, как отмечалось, необходимо использовать на выходе ИП тока и напряжения с целью подключения низкоомной нагрузки в виде измерительной аппаратуры и устройств релейной защиты, потребляющей мощность от нескольких десятков до сотен вольтампер в зависимости от класса точности. Исходя из требований, предъявляемых к ИП в целом, усилитель должен иметь малые погрешности, высокие надежность и КПД.

Предложен способ увеличения мощности аналогового усилителя (АУ), заключающийся во введении дополнительного источника напряжения большей мощности по сравнению с мощностью АУ, который синхронизирован по частоте с усиливаемым сигналом и включен последовательно по отношению к выходу АУ. При введении 00С на вход АУ потребление энергии нагрузкой производится от дополнительного источника, а АУ обеспечивает соответствие между входным и выходным сигналами. Получены выражения, описывающие работу такого усилителя.

Для увеличения диапазона изменения выходного напряжения устройства в качестве дополнительного источника можно, в частности, использовать непрецизионный ключевой усилитель (КУ), т.е. усилитель класса О, имеющий высокий КПД. Это позволяет при малых погрешностях

повысить экономичность усилительного устройства, поскольку АУ служит лишь для компенсации погрешностей КУ. Такое устройство является аналогово-юиочевым усилителем (АКУ). Параметры АУ в этом случае определяются уровнем погрешностей КУ. Поэтому проведен анализ работы КУ с однотактной широтно-импульсной модуляцией первого рода (ОШИМ-1) и при использовании реального фильтра нижних частот. В литературных источниках рассматривается работа КУ лишь при идеальном фильтре, что приводит к расхождению теоретических и экспериментальных результатов.

Установлено, что при необходимости получения малых угловых погрешностей КУ нужно увеличить тактовую частоту (это частота прямоугольных импульсов, длительность которых модулирована входным сигналом) и частоту среза фильтра по сравнению с рекомендуемыми в литературе значениями. Получено выражение для коэффициента искажений КУ в виде:

— * £ £ 1 1

И тгЮ

к=1 п=-а>

где к=1,2,...- числа, определяющие номера гармоник напряжения с тактовой частотой от; п=±1,±2,...~ числа, определяющие номера гармоник модулирующей частоты п; - дискретные значения АЧХ

фильтра в точках (.ки^+пп) (т.е. в полосе задерживания); ш - коэффициент глубины модуляции; .¡^пкш/2) - функция Бесселя первого рода.

Проведены расчеты коэффициента искажений при изменении тактовой и модулирующей частот в широком диапазоне, на основании чего разработана методика расчета основных параметров КУ. Установлено, что при уменьшении коэффициента глубины модуляции (т.е. при снижении входного напряжения) нелинейные искажения КУ возрастают. Предложен способ их снижения, заключающийся в увеличении тактовой частоты с уменьшением амплитуды входного напряжения.

Получена простая формула для построения огибающей спектра выходного напряжения широтно-импульсного модулятора, входящего в состав КУ:

4 и

-2- ,

где 11о - размах напряжения на выходе широтно-импульсного модулятора. Эта формула позволяет без сложных вычислений рассчитать полосу пропускания АУ, входящего в состав АКУ.

Проведен анализ энергетической эффективности НУ с 0ШИМ-1, на основании чего предложен способ уменьшения динамических потерь при работе усилителя с изменяющейся частотой входного сигнала, а также определены зависимости КПД усилителя от быстродействия его активных элементов.

Для анализа погрешностей КУ удобна предложенная схема замещения, включающая линейный канал и нелинейный преобразователь,

TTIrTJaîiuUTJ иаиа тт лал^иа'ттпаФ1. vat/ rtfSijtjut.TM ЯtJD ттппгшиттд

усилитель.

Проведенный анализ показывает, что при значительных искажениях КУ требуемая мощность АУ существенно возрастает и это приводит к к

снижению КПД аналогово-ключевого усилителя. Снизить отрицательное влияние погрешностей КУ можно с помощью разработанного способа (рис.8). При охвате АКУ обратной связью через обратный канал Off на выходе АУ имеется напряжение искажений КУ, которое используется для управления выходным напряжением последнего, что Рис.8 существенно снижает влияние его

погрешностей при определенном выборе коэффициента усиления КУ.

Несколько уменьшить погрешности КУ можно также с помощью введения в него 00С. При этом возникает проблема устойчивости усилителя. Этот вопрос мало освещен в литературе. В диссертации получена передаточная функция линеаризованного КУ с широгно-импульсной модуляцией, как импульсной системы, и проведено исследование его устойчивости при работе как на активную, так и на активно-реантивную нагрузки. Показано, что в импульсном усилителе, имеющем передаточную функцию второго порядка, в отличие от АУ, возможен неустойчивый режим работы при увеличении коэффициента передачи в петле обратной связи. Получено условие устойчивости КУ, ограничивающее выбор параметров усилителя:

-Aiê^I > I созр - рм sisel,

2е"в I 2 1

где M - коэффициент передачи в петле обратной связи; а и р -коэффициенты, определяемые тактовой частотой со , емкостью фильтра Сф, сопротивлением нагрузки f?H, частотой среза фильтра wc:

ы

а= -; р=2п -В-.

"тСЛ ит

После анализа источников погрешностей КУ разработана методика определения оптимальной мощности АУ с точки зрения максимального КПД аналогово-ключевого усилителя.

Проведенные исследования по усилительным устройствам использованы при создании усилителя для ИП высоких напряжений.

Восьмая глава посвящена исследованию вопросов, касающихся образцовых ИП (ОИП) тока. Как отмечалось, в настоящее время состояние системы метрологического обеспечения измерений БПТ в нашей стране является неудовлетворительным. Из-за ряда особенностей измерения БПТ проведение поверок стационарных измерителей является трудоемкой задачей. Одним из кардинальных путей решения проблемы является разработка образцовых средств измерения, допускающих проведение поверки ИП в рабочих условиях. Опыт таких разработок до работ, представленных в диссертации, в мировой практике отсутствовал.

Предложен путь решения указанной проблемы на основе разработанного способа измерения БПТ с использованием пояса Роговского, который заключается в следующем. В замкнутом состоянии пояс Роговского подносится к объекту измерения (шинам постоянного тока). При этом начальное значение взаимной индуктивности между поясом и токопрсводом равно нулю. При дальнейшем охвате понсом токоведущих шин взаимная индуктивность М(Ь) изменяется от нуля до где 0 - время полного охвата шин. В течение времени дi=в в обмотке пояса наводится ЭДС [см.выраж.(1)]:

е(Ь)= - Л- = - 1Г-Ё* = - I йШ , (8)

аь с¡ь аь

где I - измеряемый ток: ф - магнитный поток, пронизывающий виток обмотки; Ш - количество витков обмотки; ч/ - потокосцепление. ЭДС (8) подается на интегратор с постоянной времени ЯС, выходное напряжение которого

г *г Ч

иж(Ь) = -Шг1т(Ь) = -НГ 1 ' (9)

о

где максимальное значение взаимоиндуктивности между поясом и

токопроводом при t=0> т.е. в момент полного охвата последнего. Показано, что коэффициент М в (9) определяется лишь плотностью

та х

намотки пояса и сечением витка обмотки, поэтому получен важный

результат: выходное напряжение интегратора напряжения, возникающее в процессе полного охвата поясом токопровода, прямо пропорционально измеряемому току Г, определяется параметрами пояса и интегратора и не зависит ни от скорости, ни от направления движения пояса.

Аналогичные результаты получаются и при измерении тока в обратном порядке: движение пояса начинается из положения полного охвата токопровода, а затем пояс выносится за пределы шин с током.

Показано, что таким способом можно измерять и токи с более сложной временной зависимостью.

Проанализированы источники погрешностей устройства, реализующего этот способ. Показано, что самым весомым из них является смещение нулевого уровня интегратора (т.е. ИИП).

Предложено использовать при построении ОИП методы время-импульсной модуляции аналогового сигнала, позволяющие значительно снизить влияние погрешностей аналогового ИИП.

Разработаны схемы ОИП с использованием развертывающего преобразования одной функции, развертывающего преобразования двух функций, а также метода шротно-импульсной модуляции. Проанализированы источники методических и инструментальных погрешностей, показаны пути их снижения.

Рассмотрены, в частности, вопросы частичного восстановления функции, т.е. восстановления ее значений (например, среднего значения) по отсчетам функции в дискретные моменты времени.

Предложен метод существенного снижения методической погрешности квантования при использовании время-импульсной модуляции на основе учета вероятностного характера расположения точек равенства аналогового и развертывающего напряжений относительно напряжения тактового генератора.

Проведенные исследования использованы в практических разработках ОИП, позволяющих проводить поверку стационарных ИП без их демонтажа.

В приложениях приведены примеры расчетов, выводы формул, программы для расчетов с использованием ЭВМ, акты и протоколы испытаний, документы о внедрении разработанных устройств. В частности, приведено описание разработанного источника магнитного поля для испытаний измерительных элементов магнитной индукции, что позволяет провести настройку ИП тока "по частям" и обойтись при этом без специальных уникальных стендов. Этот вопрос входит в комплекс вопросов по совершенствованию системы измерений БПТ.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

Главным итогом диссертационной работы является решение важной научной проблемы совершенствования методов и средств измерений высоких и сверхвысоких переменных напряжений, а также больших токов в электроэнергетике, заключающемся в разработке принципов построения, развитии теории, исследовании метрологических характеристик и создании новых измерительных преобразователей токов и напряжений с улучшенными характеристиками.

В работе получены следующие основные результаты.

1. Создана база для разработки повой аппаратуры измерения высоких напряжений и больших токов в электроэнергетике, имеющей улучшенные метрологические и эксплуатационные характеристики.

2. Представлен комплекс теоретических и экспериментальных работ по проблемам измерения больших постоянных токов (БПТ), позволяющий найти решение важной задачи совершенствования системы метрологического обеспечения измерений БПТ. Это означает, что:

а) улучшаются технико-экономические показатели устройств для измерения БПТ, поскольку многие известные ИП содержат общий ферромагнитный сердечник, охватывающий шины с током, и его исключение способствует упрощению конструкции, уменьшению материалоемкости, а следовательно, существенному снижению веса и стоимости устройств;

б) открываются широкие возможности разработки как новых схемотехнических решений построения измерительных преобразователей магнитной индукции, так и использования уже известных, причем можно отметить важный момент: имеется возможность поверки таких преобразователей, не прибегая к созданию специальных сложных испытательных стендов, в этом случае для всего устройства останется провести только операцию градуировки, что можно сделать и на рабочих установках;

в) появляются возможности использования метода градуировки ИГ1 тока на основе расчета значений магнитной индукции в месте установки измерительных элементов.

3. Предложен новый подход к созданию прецизионных ИП тока с использованием дискретного способа измерения тока (ДСИТ) на основе закона полного тока. Разработаны теоретические основы функционирования таких устройств и исследованы методические погрешности измерения с помощью полученных математических моделей. Разработаны

способы измерения тока, конкретизирующие ДСИТ, и способ градуировки ИП тока.

4. Разработан новый класс переносных образцовых ИП больших постоянных токов и исследованы методы их построения, что способствует улучшению системы метрологического обеспечения измерений БПТ. При этом:

а) введено понятие и рассмотрены вопросы частичного восстановления функций, т.е. восстановления ее значений по отсчетам функции в дискретные моменты времени;

б) предложен метод существенного снижения погрешности квантования при использовании время-импульсной модуляции.

5. Предложен новый класс ИП высоких напряжений на основе делителей напряжения с разнородными элементами в плечах высокого и низкого напряжений и разработаны на их основе способы преобразования высоких и сверхвысоких переменных напряжений. Проведен анализ методических погрешностей, который показал возможность улучшения характеристик таких ИП по сравнению с известными устройствами.

6. Разработан и теоретически исследован новый класс ИП магнитной индукции на основе замкнутых сердечников из ферромагнитного материала, которые предназначены, в частности, для реализации разработанного подхода к построению прецизионных преобразователей БПТ. Определены функции преобразования и формулы для расчета параметров, а также способы улучшения характеристик таких ИП.

7. Разработаны и теоретически исследованы методы снижения аддитивной погрешности интегрирующих ИП и реализующие их устройства, которые входят в состав предложенных ИП тока и напряжения.

8. Проведено теоретическое исследование усилительных устройств, входящих в структуру предложенных ИП тока и напряжения, а именно:

а) предложен способ увеличения мощности аналогового усилителя (АУ), заключающийся во введении дополнительного источника, синхронизированного по частоте с входным сигналом АУ, причем в качестве дополнительного источника можно использовать непрецизионный ключевой усилитель (КУ);

б) проведен анализ погрешностей КУ с однотактной широтно-импульсной модуляцией первого рода (ОШИМ-1) и при использовании реального фильтра, что позволяет более обоснованно подойти к выбору

параметров усилительного устройства;

в) разработан способ уменьшения динамических потерь при работе усилителя с изменяющейся частотой входного сигнала на основе проведенного анализа энергетической эффективности КУ;

г) предложен способ уменьшения влияния погрешностей КУ при его использовании в составе аналогово-ключевого усилителя с помощью выходного напряжения АУ, что позволяет повысить КПД усилительного устройства;

д) проведено теоретическое исследование устойчивости линеаризированного КУ (как импульсной системы) с обратной связью, что позволило оптимизировать параметры различных элементов усилителя с целью увеличения его устойчивости.

9. Разработаны классификация ИП токов и напряжений, а также классификация ИП больших постоянных токов, которые обобщают известные методы и средства измерений и позволяют наметить пути их совершенствоавния.

10. На базе теории электрических цепей с распределенными параметрами получены уравнения для цепи большого постоянного тока, позволяющие провести анализ распределения токов и напряжений в электролизных сетях заводов по производству алюминия и установить верхний предел точности измерений тока, обусловленный токами утечки в землю.

11. При анализе структурных схем ИП получен новый вывод о возможности снижения относительной аддитивной погрешности с помощью введения отрицательной обратной связи, что использовано при разработке схем МИП.

12. Создан ИП высокого напряжения, предназначенный для замены традиционных измерительных трансформаторов напряжения и имеющий меньшие погрешности преобразования. Преобразователь изготовлен и испытан, при этом основные погрешности преобразования соответствуют классу 0,2 для трансформаторов напряжения. Верхний предел напряжений, преобразуемых с помощью такого ИП, не ограничен, что выгодно его отличает от широко использующихся трансформаторов напряжения.

13. Разработаны стационарные ИП для измерения тока пакета шин на основе использования ДСИТ с выполнением измерительных преобразователей магнитной индукции как на основе метода развертывающего преобразования, так и на основе метода следящего преобразования, которые испытаны в лаборатории Братского

алюминиевого завода, при этом получены погрешности преобразования соответственно 0,2 и 0,5%.

14. Разработаны стационарные ИП больших постоянных токов, которые, внедрены на Волгоградском, Каменск-Уральском, Красноярском, Богославском алюминиевых заводах в 1994-1997 гг. Такие устройства имеют ряд преимуществ, касающихся комплекса метрологических и эксплуатационных характеристик, по сравнению с лучшими зарубежными установками. Так, вес разработанного ИП на ток до 150 кА. составляет около 30 кг (вместо 835 кг устройства фирмы Siemens) при потреблении мощности до 500 Вт (вместо 5400 Вт). Во внедрении устройств принимали участие научно-производственный концерн "Параметр" и акционерное общество "Высокоточная аппаратура" (г.Ульяновск),

15. Разработаны переносные образцовые ИП тока, изготовленные совместно с АО "Высокоточная аппаратура", которые предназначены для поверки стационарных ИП тока класса 0,2 и ниже в диапазоне (50-200) кА на месте эксплуатации. Такие преобразователи имеют погрешности не выше 0,07%, они прошли метрологическую аттестацию в Уральском НИИ метрологии с получением свидетельства и успешно используются для поверки стационарных измерительных систем. Подобные установки не имеют аналогов в мире.

Основные положения диссертации представлены в работах:

1. A.c. 1336047 СССР. Аналоговый интегратор переменного напряжения / Ф.А.Зыкин, М.К.Казаков (СССР) - Опубл. 1987, Бюл. А'ЗЗ.

2. A.c. 1553988 СССР. Аналоговый интегратор напряжения / М.К.Казаков (СССР) - Опубл. 1989, Бюл. N4.

3. A.c. 1580526 СССР. Усилитель класса Д / М.К.Казаков (СССР).

- Опубл. 1990, Бюл. N27.

4. A.c. 1587618 СССР. Усилитель мощности / М.К.Казаков (СССР)

- Опубл. 1990, Бюл. JV31.

5. A.c. 1624484 СССР. Интегрирующее устройство / М.К.Казаков (СССР) - Опубл. 1991, Бюл. М.

6. A.c. 1716547 СССР. Интегратор с динамической коррекцией смещения нуля / М.К.Казаков (СССР). - Опубл. 1992, Бюл. N8.

7. Зыкин Ф.А., Казаков М.К. Вопросы построения аналого-цифровых интеграторов напряжения // Тез. XXXI НТК УлГТУ. -Ульяновск: Изд-во УлГТУ, 1997.

8. Зыкин Ф.А., Казаков M.K. Высоковольтный измерительный преобразователь переменного напряжения //Изв.вузов. Приборостроение. -1990. -W5. - С.41-46.

9. Зыкин Ф.А., Назаков М.К. Гальваномагнитные измерители постоянных токов // Тез.науч.пр.конф. "Наукоемкие технологии товаров народного потребления",- Ульяновск: Из-во УлГТУ, 1997.-С.62-64..

10. Зыкин Ф.А., Казаков М.К. Интеграторы периодических сигналов // Изв.вузов. Энергетика - 1988. - N7. - С.47-50.

11. Зыкин Ф.А., Казаков М.К. Измерительный преобразователь высокого напряжения на основе емкостно-траясформаторного делителя // Изб. вузов. Энергетика. - 1988. - N5. - С.40-41.

12. Зыкин Ф.А., Казаков М.К. Измерительный трансформатор переменного тока // Тез. науч.пр.конф. "Наукоемкие технологии товаров народного потребления". - Ульяновск: Из-во УлГТУ, 1997. - С.61-62.

13. Зыкин Ф.А., Казаков М.К. Переносной цифровой измеритель

// T-t" VVVT TlfTf ТГ^ГФП / /-Ï7-. ---- . - ...

buituujUL 1WU . v. UUUUI. Д ut'.wu / г X u . .Uli * А «/ II •! 1 LLlfUlu ¿J 4. ¿4 . XlO^

УлГТУ, 1997. - С.10-11.

14. Зыкин Ф.А., Казаков М.К. Распределение токов и напряжений в электролизных сетях алюминиевых заводов // Электричество,- 1996,- N7. - С.70-73.

15. Zykin F.A., Kazakov М.Х. Development of precision measuring transducers of high direct currents // Тез. науч.техн.сем. "Проблемы энергетики и пути их решения". Барселона (Испания), 1997.

w . -tO ,

16. Зыкин Ф.А., Казаков М.К. Способ измерения больших постоянных токов // Электричество,- 1995,- N10. - С.40-44.

17. Зыкин Ф.А., Казаков М.К., Сидоров В.А. Мощный усилитель для высоковольтного преобразователя напряжения // Изв.вузов. Энергетика. - 1989. - N3. - С.53-55.

18. Zykin F.A., Kazakov М.К. A method for measuring large direct currents // Electrical Technology (Elsivier Science Ltd, Great Britain).- 1995. - M. - P.27-34.

19. Zykin F.A., Kazakov M.К. Current and voltage distribution in electrolysis power supplies for aluminium plants//Electrical Technology (Elsivier Science Ltd, Great Britain). - 1996. - N3. -P.41-48.

20. Измерительные преобразователи больших постоянных токов / Ф.А.Зыкин, М.К.Казаков, А.И.Дивеев, Т.С.Чистякова//Тез.НТС"Автома-тиз. сист.конт. и упр." - Ульяновск: изд-во УлПИ, 1989. - С.27-29.

21. Казаков M.К. Анализ устойчивости усилительного устройства ключевого типа // Тез.док. XXIV НТК УлПИ. - Ульяновск: Изд-во УлПИ, 1990. - С.16-18.

22. Казаков М.К. Влияние неравномерности намотки измерительной катушки. / Ульян.гос.тех.ун-т.- Ульяновск, 1997,- Деп. в ВИНИТИ 29.10.97., N 31131-В97.

23. Казаков М.К. Высоковольтный измерительный преобразователь напряжения. - Ульяновск.: Изд-во ЦНТИ, 1986 (брошюра / Ульяновский межотраслевой террит. центр НТИ и пропаганды, N 86-15).

24. Казаков М.К. Измерение больших постоянных токов без разрыва электрической цепи. - Ульяновск: Изд-во УлГТУ, 1997. - 152 с.

25. Казаков М.К. Измерительные преобразователи высоких и сверхвысоких переменных напряжений в аналоговый сигнал: Автореф. дис... канд.техн.наук. - М.: Изд-во МЭИ, 1991. - 20 с.

26. Казаков Ы.К. Интегратор периодических сигналов. Ульяновск.

- Изд-во ЦНТИ, 1987 (брошюра / Ульяновский межотраслевой террит. центр НТИ и пропаганды, N 87-9).

27. Казаков М.К. Использование отрицательной обратной связи для снижения аддитивной погрешности электронных устройств // Тез. докл. XXVII НТК УлПИ.- Ульяновск: Изд-во УлПИ, 1993. - 4.II. - С.87.

28. Казаков М.К. Использование закона полного тока в дискретной форме для измерения больших постоянных токов // Электричество. 1997. - N9. - С.56-63.

29. Казаков М.К. Комплексный подход к проблеме измерений больших постоянных токов // Тез. докл. науч.практич.конф. "Наука-производству".- Ульяновск: Изд-во УлГТУ, 1997. - С.6-8.

30. Казаков М.К. Магнитное поле токопровода прямоугольного сечения /Ульян.гос.тех.ун-т. - Ульяновск, 1997. - Деп. в ВИНИТИ 11.12.97, M 3631-В97.

31. Казаков М.К. Метод снижения погрешности квантования при преобразовании напряжения в число импульсов // Тез. XXXI НТК УлГТУ.

- Ульяновск: Изд-во УлГТУ, 1997. - С.11-12.

32. Казаков М.К. Переносные измерители электрических токов // Тез.науч.практич.конф. "Наукоемкие технологии товаров народного потребления".- Ульяновск: Изд-во УлГТУ, 1997. С.60-61.

33. Казаков Ы.К. Пути совершенствовании измерительных преобразователей больших постоянных токов /У Тез. докл. XXIX НТК УлГТУ. -Ульяновск: Изд-во УлГТУ, 1995. - 4.2. - С.14-15.

34. Казаков M.K. Способ увеличения КПД аналого-ключевого усилителя / Изв.вузов. Энергетика - Минск, 1989. - Деп. в ВИНИТИ 22.12.89, N 7594-В89.

35. Kazakov M.K. Transcendental measuring transducers of high voltages // Тез. науч.техн.сем. "Проблемы энергетики и пути их решения". Барселона (Испания), 1997. - С.38-39.

36. Казаков М.К. Трансформатор напряжения на основе активного емкостного делителя // Электроснабжение и электрооборудование отраслей народного хозяйства: Межвуз. научн. сб. - Ульяновск: Изд-во УлПИ, 1990. -С.57-60.

37. Казаков М.К. Трансцендентные измерительные преобразователи электрических величин // Тез. науч.пр.конф. "Наука-производству". -Ульяновск: Изд-во УлГТУ, 1997. - С.5-6.

38. Казаков М.К. Усилитель напряжения. - Ульяновск. - Изд-во ЦНТИ, 1988 (брошюра / Ульяновский межотраслевой террит. центр НТИ и пропаганды, N 88-18).

39. Казаков М.К. Устройства для преобразования высоких напряжений в АСУ /Тез. докл. НТС "Автоматиз. сист. контр. и упр." -Ульяновск - Изд-во УлПИ, 1989. - С.13-14.

40. Казаков М.К. Электромеханический образцовый измерительный преобразователь постоянного тока // Тез. докл. НТК с междунар. участ. "Проблемы промышленных электромеханических систем и перспективы их развития". - Ульяновск: Изд-во УлГТУ, 1996. - С.90-91.

41. Казаков М.К., Назаров Д.В. Определение картины магнитного поля вокруг шин прямоугольного сечения // Тез. докл. XXX НТК УлГТУ. - Ульяновск: Изд-во УлГТУ, 1996. - С.76-78.

42. Казаков М.К., Сидоров В.А. Электронная установка для испытаний и настройки преобразователей мощности // Вопр. теор. и проектир. аналог, измер. преоб-лей. Аналог, информ.-измерит. техн.: Межвуз.научн.сб.- Саратов: Изд-во Сарат.ун-та, 1985. - С.57-62.

43. Kazakov М.К. Using the full current law in discrete form for measuring high direct currents // Electrical Technology (Elsivier Science Ltd, Great Britain). - 1997. - N3. -P.143-157.

44. Пат. 1713364 Россия. Измерительный преобразователь больших постоянных токов пакета шин /' м.К.Казаков, í>.А.Зыкин, А.И.Дивеев, Т.С.Чистякова (Россия).

45. Пат. 2006043 Россия. Переносной измеритель токов / Ф.А.Зыкин, М.К.Казаков и др. (Россия) - Опубл. 1994, Бюл.М1.

46. Пат. 2041466 Россия. Измерительный преобразователь больших постоянных токов пакета шин / Ф.А.Зыкин, М.Н.Казаков, А.И.Дивеев, Т.С.Чистякова (Россия) - Опубл. 1995, Бюл.^22.

47. Пат. 2096787 Россия. Устройство для бесконтактного измерения больших постоянных токов / М.К.Казаков (Россия) - Опубл. 1997, Бюл. N33.

48. Пат. 2097864 Россия. Измерительный трансформатор тока / Ф.А.Зыкин, М.К.Казаков (Россия) - Опубл. 1997, Бюл.N33.

49. Пат. 2108589 Россия. Способ измерения больших постоянных токов / М.К.Казаков (Россия).- Опубл. 1998, Бюл. N10.

50. Пат. по заявке 96123217 Россия. Измерительный преобразователь переменного тока / М.К.Казаков (Россия) - Полож.реш. от 26.02.98.

51 Пат. по заявке 96118960 Россия. Способ градуировки измерителей больших постоянных токов / М.К.Казаков (Россия) Полож.реш. от 27.03.98.

52. Переносной измеритель больших постоянных токов на основе пояса Роговского / Ф.А.Зыкин, М.К.Казаков, Т.С.Чистякова // Тез. докл.XXVII НТК УлПИ. - Ульяновск: Изд-во УлПИ, 1993. - Ч.2.-С.82-83.

53. Прецизионный усилитель мощности /Ф.А.Зыкин, С.Г.Шелателев, М.К.Казаков, Т.С.Плотникова // Изв.вузов. Энергетика.- 1983. - N10. - С.44-46.

54. Свидет. на полезную модель к заявке 96123220 Россия. Измеритель постоянных токов / М.К.Казаков (Россия) - Полож.реш. от 27.05.97.

55. Свидет.на полезную модель к заявке 97101160 Россия. Электрометрический измеритель больших постоянных токов / М.К.Казаков (Россия). -Полож.реш. от 27.05.97.

56. Zykin F.A., Kazakov M.K. Problems of measuring large direct currents in aluminium industry and ways of solving of these problems // Abstracts of 3-d international seminar "Siberian aluminium-97".- Krasnoyarsk, 1997. - P.99.

ПЕРЕЧЕНЬ ОСНОВНЫХ СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ.

ПЕРЕЧЕНЬ ОПРЕДЕЛЕНИЙ.

ВВЕДЕНИЕ.

Глава первая. ОБОБЩЕННЫЙ ПОДХОД К АНАЛИЗУ СТРУКТУР ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ТОКОВ И НАПРЯЖЕНИЙ.

1.1. Цели использования и основные характеристики

ИП токов и напряжений.

1.2. Элементарные измерительные преобразователи.

1.3. Классификация измерительных преобразователей тока и напряжения.

1.4. К вопросу о калибровочной симметрии.

1.5. Методы построения структурных схем на основе способов прямого преобразования и преобразования со сравнением.

1.6. Влияние отрицательной обратной связи на аддитивную погрешность.

1.7. Теоретические основы построения ИП напряжения и тока с использованием калибровочной симметрии.

1.7.1. Делители напряжения.

1.7.2. Теоретические основы бесконтактных методов измерения тока.

1.7.3. К вопросу о делителях тока и напряжения.

1.8. Выводы.

Глава вторая. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ИЗМЕРЕНИЙ БОЛЬШИХ ТОКОВ И Щ ВЫСОКИХ НАПРЯЖЕНИЙ НА СОВРЕМЕННОМ ЭТАПЕ.

2.1. Диапазон значений больших токов и области использования БПТ.

2.2. Цели и особенности измерения БПТ.

2.3. Актуальность повышения точности измерения БПТ.

2.4. Основные требования к измерительным преобразователям БПТ.

2.5. Обобщенная классификация измерительных преобразователей БПТ.

2.6. Измерения БПТ с разрывом и без разрыва цепи. Контактные и бесконтактные измерения.

2.7. Магнитометрические элементы с использованием ядерного магнитного резонанса и ИПБПТ на их основе.

2.8. Магнитометрические элементы с использованием магнитооптических явлений и ИПБПТ на их основе.

2.9. Электрометрические ИПБПТ без разрыва цепи

2.10.Магнитометрические элементы с использованием гальваномагнитных явлений и ИПБПТ на их основе

2.10.1. Эффект Холла

2.10.2. Измерительные преобразователи БПТ на основе преобразователей Холла.

2.10.3. Другие гальваномагнитные эффекты.

2.11.Трансформаторы постоянного тока.

2.12.Электромеханические измерительные щ преобразователи БПТ.

2.13.Измерительные преобразователи БПТ на основе деформаций.

2.14.Распределение токов и напряжений в электролизных сетях алюминиевых заводов.

2.15.Области использования и цели измерения высоких переменных напряжений и больших переменных токов.

2.16.Классификация ИП переменного тока и напряжения.

2 .17 .Измерительные индукционные трансформаторы.

2.17.1. Трансформаторы напряжения.

2.17.2. Трансформаторы тока.

Щ 2.17.3. Способ снижения погрешностей ИТТ, обусловленных сопротивлением вторичной обмотки.

2 .18 . Магнитные компараторы тока.

2.19.Преобразователи напряжения на основе делителей.

2.19.1. Омические делители напряжения.

2.19.2. Емкостные и смешанные делители напряжения.

2.20. Емкостные трансформаторы напряжения.

2.21.Преобразователь напряжения на основе емкостного делителя с буферным усилителем.

2 .22. Оптические способы преобразования.

2.23.Преобразователи на основе сил электромагнитного поля.

2.24. Измерительные шаровые разрядники.

2.25.Гальваническое разделение высоко- и низковольтной цепей преобразователей.

2.26.Выводы

Глава третья. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИЗМЕРЕНИЯ БОЛЬШИХ ПОСТОЯННЫХ

ТОКОВ НА ОСНОВЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КАЛИБРОВОЧНОЙ СИММЕТРИИ

3.1. Постановка задачи исследования.

3.2. Методические погрешности измерений при использовании ДСИТ на основе ЗПТ.

3.3. Виды токопроводов и формы контуров интегрирования. ф Исходные положения и допущения.

3.4. Методические погрешности различных контуров при протекании тока по линейному и круглого сечения проводам.

3.4.1. Погрешность смещения.

3.4.2. Погрешность от влияния стороннего магнитного поля.

3.4.3. Погрешность изгиба.

3.4.4. Погрешность поворота контура.

3.4.5. Влияние геометрических размеров измерительных элементов.

3.5. Исследование магнитного поля вокруг шин прямоугольного сечения.

3.5.1. Вывод основных выражений.

3.5.2. Метод построения картины магнитного поля.

3.6. Методические погрешности измерения при протекании тока по реальным токопроводам.

3.6.1. Погрешность формы.

3.6.2. Погрешность смещения.

3.6.3. Погрешность от стороннего поля и погрешность изгиба. •

3.6.4. Погрешность поворота контура.

3.7. К вопросу о ДСИТ на основе законе полного тока. Обобщение результатов исследования.

3.8. Способы измерения больших токов на основе ЗПТ.

3.9. Способ градуировки измерительных преобразователей БПТ.

3.10. Выводы.

Глава четвертая. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

МАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ.

4.1. К вопросу о применении преобразователей Холла в измерительных преобразователях магнитной индукции.

4.2. Принцип действия ИП магнитной индукции на основе замкнутых сердечников с использованием метода ф развертывающего преобразования (РП).

4.3. Функция преобразования ИЭ с использованием с использованием развертывающего преобразования.

4.3.1. Исходные положения.

4.3.2. Определение функции преобразования ИЭ с РП.

4.3.3. Определение весовых коэффициентов составляющих погрешности ИЭ.

4.4. К вопросу о коэффициенте концентрации сердечников.

4.4.1. Замкнутый сердечник.

4.4.2. Разомкнутый сердечник.

4.5. Способ снижения компенсирующей МДС.

4.6. Определение необходимого значения компенсирующей магнитодвижущей силы.

4.7. Определение параметров схемы замещения магнитной с воздушными зазорами.

4.8. Снижение погрешности от несоответствия токов.

4.9. Вопрсы режимов работы и расчета параметров магнитной системы ИЭ.

4.10.К вопросу об аддитивной погрешности ИЭ.

4.10.1. Оценка аддитивной погрешности ИЭ.

4.10.2. Способ снижения аддитивной погрешности ИЭ.

4.11.Методы улучшения характеристик ИЭ с использованием развертывающего преобразования.

4.12.Измерительные преобразователи магнитной индукции на • основе замкнутых сердечников с использованием метода следящего преобразования.

4.13.К вопросу об использовании ИП магнитной индукции для бесконтактного измерения токов.

4 .14 . Выводы.

Глава пятая. ИЗМЕРЕНИЕ ВЫСОКИХ ПЕРЕМЕННЫХ НАПРЯЖЕНИЙ И БОЛЬШИХ ПЕРЕМЕННЫХ ТОКОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ

КАЛИБРОВОЧНОЙ СИММЕТРИИ.

5.1. Общие положения.

5.2. Способ преобразования высокого напряжения на основе емкостно-резистивного делителя.

5.3. Способ преобразования высокого напряжения на основе емкостно-индуктивного делителя.

5.4. Преобразователь высокого напряжения на основе емкостно-индуктивного делителя напряжения с использованием компенсационного трансформатора тока.

5.5. Повышение надежности высоковольтных ИП.

5.6. Высоковольтный конденсатор.

5.7. Преобразование больших переменных токов с использованием делителей.

5.8. Анализ погрешностей ИП на основе пояса Роговского.253 ф 5.8.1. Погрешность измерения от влияния паразитной емкости.

5.8.2. Погрешности измерения от неравномерности намотки обмотки пояса.

5.8.3. Погрешность от наклона витка обмотки.

5.9. Вопросы использования цифровой обработки информации при создании ИП токов и напряжений.

5.10. Выводы.

Глава шестая. ИНТЕГРИРУЮЩИЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ # И МЕТОДЫ СНИЖЕНИЯ АДДИТИВНОЙ ПОГРЕШНОСТИ.

6.1. Аналоговые и цифровые интегрирующие устройства.

6.2. Погрешности типовых схем ИИП и классификация способов уменьшения смещения нулевого уровня.

6.3. Способ компенсации АП на основе принудительного начала интегрирования.

6.4. Способ компенсации АП введением обратной связи по постоянному напряжению.

6.4.1. Основы практической реализации способа и обобщенные формулы для анализа погрешностей интегрирования.

6.4.2. Анализ схем ИИП с реализацией способа компенсации АП введением 00С.

6.5. Снижение АП с помощью разрыва цепи передачи для постоянного напряжения.

6.6. Методика расчета параметров ИИП.

6.7. Комбинированный способ снижения аддитивной погрешности.

6.8. Динамический способ коррекции АП.

6.9. Способ коррекции АП изменением направления интегрирования напряжения смещения.

6.10. Выводы.

Глава седьмая. ВОПРОСЫ СОЗДАНИЯ УСИЛИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ. ф 7.1. Актуальность проблемы.

7.2. Типы усилителей мощности.

7.3. Способ увеличения мощности аналогового усилителя.

7.4. Исследование погрешностей ключевого усилителя.

7.4.1. Линейные искажения. Двухканальная схема замещения ключевого усилителя.

7.4.2. Анализ спектра ШИМ. Нелинейные искажения КУ.

7.5. Методика расчета параметров ключевого усилителя.

7.6. Анализ энергетической эффективности ключевого усилителя.

7.7. Методы улучшения характеристик ключевого и аналогово-ключевого усилителей.

7.7.1. Уменьшение влияния погрешностей ключевого усилителя.

7.7.2. Способ снижения нелинейных искажений КУ.

7.7.3. Способ снижения динамических потерь в КУ.

7.7.4. Введение 00С и анализ устойчивости ключевого усилителя.

7.8. Методика определения оптимальной мощности аналогового усилителя.

7.9. Выводы.

Глава восьмая. ОБРАЗЦОВЫЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

БОЛЬШИХ ПОСТОЯННЫХ ТОКОВ

• 8.1. Необходимость создания переносных 0ИП.

8.2. Способ измерения БПТ с использованием пояса Роговского.

8.3. Переносной ИП большого постоянного тока.

8.4. Погрешности переносного 0ИП.

8.5. Результаты изготовления и эксплуатации образцового измерительного преобразователя БПТ.

8.6. Пути совершенствования образцовых ИП.

8.6.1. Образцовый ИП с использованием времяимпульсной модуляции на основе развертывающего преобразования одной функции.363 # 8.6.2. Анализ методических погрешностей ОИП с время-импульсной модуляцией.

8.6.3. Анализ инструментальных погрешностей

ОИП с время-импульсной модуляцией.

8.6.4. Образцовый ИП с использованием время-импульсной модуляции на основе развертывающего преобразования двух функций.

8.6.5. Образцовый ИП с использованием широтно-импульсной модуляции.

8.7. К вопросу о выборе частоты дискретизации.

8.8. Суммирующе-индикаторное устройство.

8.9. Компенсационный метод измерения БПТ с использованием пояса Роговского.

8.10. Выводы.

8.10. Выводы

1. В настоящее время состояние системы метрологического обеспечения измерений БПТ в нашей стране является неудовлетворительным. Из-за ряда особенностей измерения БПТ проведение поверок стационарных измерителей является трудоемкой задачей. Одним из кардинальных путей решения проблемы является разработка образцовых средств измерения, допускающих проведение поверки ИП в рабочих условиях. Опыт таких разработок отсутствует.

2. Сделана попытка решения указанной проблемы на основе разработанного способа измерения БПТ с помощью охвата токоведущих шин поясом Роговского и интегрирования полученного сигнала. Показана принципиальная возможность достижения высоких метрологических характеристик.

3. Проанализированы источники погрешностей устройства, реализующего этот способ. Показано, .что самым весомым из них является смещение нулевого уровня интегрирующего ИП (ИИП).

4. Практическая реализация предложенных положений на уровне внедренных устройств (см.приложение 23), при которой получены хорошие результаты, подтверждает справедливость результатов теоретических исследований.

5. Предложено использовать при построении ОИП методы время-импульсной модуляции аналогового сигнала, позволяющие значительно снизить влияние погрешностей аналогового ИИП. Разработаны схемы ОИП с использованием развертывающего преобразования одной функции, развертывающего преобразования двух функций, а также метода широтно-импульсной модуляции. Проанализированы источники методических и инструментальных погрешностей, показаны пути их снижения.

6. Рассмотрены, в частности, вопросы так называемого частичного восстановления функции, т.е. восстановления ее значений (например, среднего значения) по отсчетам функции в дискретные моменты времени.

7. Анализ инструментальных погрешностей ОИП с использованием метода развертывающего преобразования показал, что основным источником погрешностей является порог срабатывания компаратора. Рассмотрены методы снижения этой погрешности.

8. Предложен метод существенного снижения методической погрешности квантования при использовании время-импульсной модуляции на основе учета вероятностного характера расположения точек равенства аналогового и развертывающего напряжений относительно напряжения тактового генератора.

9. Результаты теоретического анализа и экспериментальных • исследований позволяют утверждать о том, что найден путь решения проблемы совершенствования системы метрологического обеспечения измерений БПТ на основе разработок переносных образцовых ИП.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Высокие напряжения и большие токи используются во многих отраслях промышленности и задача их измерения возникает часто. Получение информации о таких величинах связано с особыми трудностями, поскольку их непосредственное измерение невозможно. Это предполагает использование промежуточных устройств - измерительных преобразователей (ИП), задачей которых является представление информации в наиболее удобном для последующего использования виде.

Повышение точности измерения токов и напряжений в электроэнергетике связано с решением ряда важных задач по совершенствованию технологических процессов, экономии материальных и энергетических ресурсов, упрощению работ по метрологическому обеспечению средств измерений. Но точность получения информации о токах и напряжениях в значительной степни определяется уровнем погрешностей и других характеристик ИП, что делает актуальным поиск путей дальнейшего совершенствования таких устройств, тем более, что известные решения часто не дают желаемых результатов (имеется в виду комплекс характеристик ИП, а не только касающихся точности преобразования). Например, известные ИП не позволяют осуществлять преобразование сверхвысоких напряжений 1150 кВ и более (или по крайней мере попытки их использования встречаются с большими трудностями). Также очень важной задачей является необходимость совершенствования системы метрологического обеспечения измерений больших постоянных токов (БПТ), поскольку в отраслях, использующих такие токи, потребляется значительная часть всей вырабатываемой электроэнергии. В первую очередь это относится к областям, где используются токи свыше 35 кА. Указанная проблема вызвана следующими причинами: особенностями исполнения и эксплуатации цепей БПТ; особенностями используемых ИП; отсутствием сети специальных поверочных лабораторий; отсутствием переносных образцовых преобразователей БПТ, допускающих проведение поверок стационарных устройств в эксплуатационном режиме без их демонтажа.

Целью данной работы явилось создание способов измерения высоких и сверхвысоких переменных наряжений, больших постоянных и переменных токов, а также их реализация в устройствах с улучшенными характеристиками, которые предназначены для использования в электроэнергетике.

Одной из задач, решаемых при этом, является нахождение общих подходов к анализу ИП токов и напряжений. Автору неизвестны работы такого плана, хотя указанные преобразователи имеют много общих признаков как на уровне физических принципов функционирования, так и на уровне технического выполнения.

Нише приводятся основные результаты, полученные в работе и имеющие научную новизну и практическую ценность

1. Проведенные исследования позволили создать базу для разработки новой аппаратуры измерения высоких напряжений и больших токов в электроэнергетике, имеющей улучшенные метрологические и эксплуатационные характеристики.

2. В частности, представленный комплекс теоретических и экспериментальных работ по проблемам измерения больших постоянных токов (БПТ) позволяет сделать вывод о том, что найден путь решения проблемы совершенствования системы метрологического обеспечения измерений БПТ. Эта задача является очень важной и привлекала внимание специалистов в течении многих десятилетий. Сказанное выражается, в частности, в получении следующих преимуществ. а) Улучшаются технико-экономические показатели устройств для измерения БПТ. Например, многие устройства такого назначения, использующиеся в настоящее время, содержат общий ферромагнитный сердечник, охватывающий шины с током, и его исключение способствует упрощению конструкции, уменьшению материалоемкости, а следовательно, существенному снижению веса и стоимости устройств. Кроме этого, отсутствие общего сердечника позволяет более обоснованно, с точки зрения малого влияния на погрешности измерения, менять размеры контура интегрирования, учитывая конструктивные особенности токопроводов в реальных условиях эксплуатации. б) Открываются широкие возможности разработки как новых схемотехнических решений построения измерительных преобразователей (элементов) магнитной индукции, так и использования уже известных. При этом отметим очень важный момент: имеется возможность поверки таких элементов, не прибегая к созданию специальных сложных испытательных стендов, в этом случае для всего устройства останется провести только операцию градуировки, что можно сделать и на рабочих установках. в) Появляются возможности использования метода градуировки ИП тока на основе расчета значений магнитной индукции в месте установки измерительных элементов.

Решение этих основных проблем выражается в достижением следующих более частных результатов:

3. Введено понятие дискретного способа измерения тока (ДСИТ) на основе использования закона полного тока и предлощен новый подход к созданию прецизионных ИП тока с использованием этого способа. Разработаны теоретические основы функционирования таких устройств и исследованы методические погрешности измерения с помощью полученных математических моделей. Разработаны способы измерения тока, конкретизирующие ДСИТ, и способ градуировки ИП тока.

4. Разработан новый класс переносных образцовых ИП больших постоянных токов и исследованы методы их построения, что способствует улучшению системы метрологического обеспечения измерений БПТ. При этом, в частности: а) введено понятие и рассмотрены вопросы так называемого частичного восстановления функций, т.е. восстановления ее значений по отсчетам функции в дискретные моменты времени; б) предложен метод существенного снижения погрешности квантования при использовании время-импульсной модуляции.

5. Предложен новый класс ИП высоких напряжений с использованием делителей напряжения с разнородными элементами в плечах высокого и низкого напряжений и разработаны на их основе способы преобразования высоких и сверхвысоких переменных напряжений. Проведенный анализ методических погрешностей показал возможность улучшения характеристик таких ИП по сравнению с известными устройствами.

6. Разработан и теоретически исследован новый класс ИП магнитной индукции на основе замкнутых сердечников из ферромагнитного материала, которые предназначены, в частности, для реализации разработанного подхода к построению прецизионных преобразователей БПТ. Определены функции преобразования и формулы для расчета параметров, а также способы улучшения характеристик таких ИП.

7. Разработаны и теоретически исследованы методы снижения аддитивной погрешности интегрирующих ИП (ИИП) и реализующие их устройства, которые входят в состав предложенных ИП тока и напряжения.

8. Проведено теоретическое исследование усилительных устройств, входящих в структуру предложенных ИП тока и напряжения, а именно: а) предложен способ увеличения мощности аналогового усилителя (АУ), заключающийся во введении дополнительного источника, синхронизированного по частоте с входным сигналом АУ, причем в качестве дополнительного источника можно использовать непрецизионный ключевой усилитель (КУ); б) проведен анализ погрешностей КУ с однотактной широтно-импульсной модуляцией первого рода (ОШИМ-1) и при использовании реального фильтра, что позволяет более обоснованно подойти к выбору параметров усилительного устройства; в) разработан способ уменьшения динамических потерь при работе усилителя с изменяющейся частотой входного сигнала на основе проведенного анализа энергетической эффективности КУ; г) предложен способ уменьшения влияния погрешностей КУ при его использовании в составе аналогово-ключевого усилителя с помощью выходного напряжения АУ, что позволяет повысить КПД усилительного устройства; д) проведено теоретическое исследование устойчивости линеаризированного КУ (как импульсной системы) с обратной связью, что позволило оптимизировать параметры различных элементов усилителя с целью увеличения его устойчивости. ф 9. Разработаны классификация ИП токов и напряжений, а также классификация ИП больших постоянных токов, которые обобщают известные методы и средства измерений и позволяют наметить пути их совершенствоавния.

10. На базе теории электрических цепей с распределенными параметрами получены уравнения для цепи большого постоянного тока, что позволило провести анализ распределения токов и напряжений в электролизных сетях заводов по производству алюминия и установить верхний предел точности измерений тока, обусловленный токами утечки в землю.

11. При анализе структурных схем ИП получен новый вывод о возможности снижения относительной аддитивной погрешности с помощью введения отрицательной обратной связи, что использовано при разработке схем ИИП.

12. Создан ИП высокого напряжения, предназначенный для замены традиционных измерительных трансформаторов напряжения и имеющий меньшие погрешности преобразования. Преобразователь изготовлен и прошел испытания, при этом основные погрешности преобразования соответствуют классу 0,2 для трансформаторов напряжения. Верхний предел напряжений, преобразуемых с помощью такого ИП, не ограничен, что выгодно его отличает от широко использующихся трансформаторов напряжения.

13. Разработаны стационарные ИП для измерения тока пакета шин на основе использования ДСИТ с выполнением измерительных преобразователей магнитной индукции как на основе метода развертывающего преобразования, так и на основе метода следящего преобразования, которые прошли испытания в лаборатории Братского алюминиевого завода, при этом получены погрешности преобразования соответственно 0,2 и 0,5%.

14. Разработаны стационарные ИП больших постоянных токов, которые, совместно с НПК "Параметр" и АО "Высокоточная аппаратура" (г.Ульяновск), внедрены на Волгоградском, Каменск-Уральском, Красноярском, Богославском алюминиевых заводах в 1994-1997 гг. Такие устройства имеют ряд преимуществ, касающихся комплекса метрологических и эксплуатационных характеристик, по сравнению с лучшими зарубежными установками. Так, вес разработанного ИП на ток до 150 кА составляет около 30 кг (вместо 835 кг устройства фирмы Siemens) при потреблении мощности до 500 Вт (вместо 5400 Вт).

15. Разработаны переносные образцовые ИП тока, изготовленые совместно с АО "Высокоточная аппаратура", которые предназначены для поверки стационарных ИП тока класса 0,2 и ниже в диапазоне (50-200) кА на месте эксплуатации. Такие преобразователи имеют погрешности не выше 0,07%, они прошли метрологическую аттестацию в Уральском НИИ метрологии с получением свидетельства и успешно используются для поверки стационарных измерительных систем. Подобные установки не имеют аналогов в мире.

1. Абрагам А. Ядерный магнетизм.- М.: Изд-во иностр. лит. 1963.

2. Аналоговые интегральные схемы / Под.ред.Дж.Конели.- М.: Мир, 1977.

3. A.c. 339884 СССР. Цифровой измеритель постоянной магнитной индукции / В.В.Брайко, И.П.Гринберг, Д.В.Ковальчук и др. (СССР) Опубл.1972, Бюл. N17.

4. A.c. 441534 СССР. Измеритель ЭДС Холла / С.Г.Таранов, В.В.Брайко (СССР) Опубл. 1974, Бюл. N32.

5. A.c. 660001 СССР. Устройство для измерения ЭДС Холла / В.В.Брайко, И.П.Гринберг, Д.В.Ковальчук и др. (СССР) Опубл. 1979, Бюл. N16.

6. A.c. 761918 СССР. Измеритель постоянного тока без разрыва цепи / С.В.Шварц., Ю.П.Шевчук, В.Н.Шонин (СССР) Опубл. 1980, Бюл. N3 .

7. A.c. 800894 СССР. Датчик тока / В.А.Гордовой, А.Е.Алехин (СССР) Опубл. 1981, Бюл. N4.

8. A.c. 819725 СССР. Измеритель больших постоянных токов / М.Л.Блюмиштейн (СССР) Опубл. 1981, Бюл. N13.

9. A.c. 851272 СССР. Устройство для измерения постоянного тока/ В.Д.Привалов и др. Опубл. 1981, Бюл. N28.

10. A.c. 9895617 СССР. Интегратор периодических сигналов / Ф.А.Зыкин, Р.И.Агрест и др. (СССР) Опубл. 1983, Бюл. N2.

11. A.c. 1065784 СССР. Устройство для измерения напряжения / В.С.Гончар (СССР). Опубл. 1984, Бюл. N1.

12. A.c. 1108509 СССР. Аналоговое запоминающее устройство / А.А.Данилов (СССР) Опубл. 1984, Бюл. N30.

13. A.c. 1174867 СССР. Измеритель постоянных токов / А.Т.Белоус (СССР) Опубл.1985, Бюл.N30.

14. A.c. 1218334 СССР. Измеритель постоянных токов /А.Т.Белоус и др. (СССР) Опубл. 1986, Бюл. N10.

15. A.c. 1260861 СССР. Измеритель постоянных токов / А.Т.Белоус и др. (СССР) Опубл. 1986, Бюл. N36.

16. A.c. 1336047 СССР. Аналоговый интегратор переменного напряжения / Ф.А.Зыкин, М.К.Казаков (СССР) Опубл. 1987, Бюл. N33.

17. A.c. 1553988 СССР. Аналоговый интегратор напряжения / М.К.Казаков (СССР) Опубл. 1989, Бюл. N4.

18. A.c. 1580526 СССР. Усилитель класса Д / М.К.Казаков (СССР). Опубл. 1990, Бюл. N27.

19. A.c. 1587618 СССР. Усилитель мощности / М.К.Казаков (СССР) -Опубл. 1990, Бюл. N31.

20. A.c. 1624484 СССР. Интегрирующее устройство / Казаков М.К. (СССР) Опубл. 1991, Бюл. N4.

21. A.c. 1716547 СССР. Интегратор с динамической коррекцией смещения нуля / М.К.Казаков (СССР). Опубл. 1992, Бюл. N8.

22. A.c. 1803879 СССР. Электрогирационное устройство для измерения высоких напряжений. Опубл. 1993, Бюл. N11.

23. A.c. 1835519 СССР. Устройство для измерения высоких напряжений / В.В.Киселев. Опубл. 1993, Бюл. N31.

24. Агаханян Т.М. Интегральные микросхемы. М.: Энергоатом-издат, 1983.

25. Алеканян A.A., Плюскин В.И., Сивере М.А. К вопросу о спектральном составе выходных сигналов усилителей класса Д // Радиотехника. 1974. - JV10.

26. Алексеев Б.А. Новые решения в технике измерения тока и напряжения на СВН // Энергохозяйство за рубежом. 1992. - N5.

27. Амеличев В.В., Галушков А.И., Цаплыгин Ю.А. Оптимизация режима работы интегрального магниточувствительного элемента на основе эффекта Холла // Измерительная техника. 1994. - N4.

28. Андреев Ю.А., Абрамзон Г.В. Преобразователи тока без разрыва цепи. JI.: Энергия, 1979.

29. Андреев В.М., Долгинов JI.M., Третьяков Д.Н. Жидкостная эпи-таксия в технологии полупроводниковых приборов. М.: Советское радио, 1975.

30. Андриевский Е.А., Таранов С.Г., Панчишин Ю.М. Новый метод измерения индукции переменных магнитных полей. // Труды метрологических институтов СССР. M.-JI.: Стандартгиз, 1971. Вып. 133.

31. Аркадьев В.К. Избранные труды,- М.: Изд. АН СССР, 1961.

32. Аркадьев В.К. Магнитные коэффициенты формы вещества и тела // ЖРФХО, физ. отд. 46, 22, 1914.

33. Артым А.Д. Усилители класса Д и ключевые генераторы в радиосвязи и радиовещании. М.: Связь, 1980.

34. Артым А.Д. Усилители класса Д. М.: Знание, 1971.

35. Атабеков Г.И. Основы теории цепей. М.: Энергия, 1969.

36. Афанасьев Ю.В., Студенков Н.В., Щелкин А.П. Магнитометрические преобразователи, приборы, установки. JI. : Энергия, 1972.

37. Балакай В.Г., Крюк И.П. Интегральные схемы аналого-цифровых и цифро-аналоговых преобразователей.- М.: Энергия, 1978.

38. Балтес Г.П., Попович P.C. // ТИИЭР. -1986. Т.74. - N8.

39. Батурин H.A. Двухтактная модуляция в усилителях мощности класса Д // Радиотехника. 1974. - N10.

40. Батурин H.A. Частотный спектр импульсов при однотактной модуляции в усилителях мощности класса Д // Радиоэлектроника .-1974.-N10.

41. Белицкая М.С., Лиманов Е.А. Трансформаторы постоянного тока. M.-JI. : Энергия, 1964.

42. Беркбиглер JI., Доллум Г. Безопасное измерение высоких напряжений при помощи волоконно-оптического передатчика // Электроника. 1981. - N7.

43. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники.- М.: Высшая школа, 1973.

44. Болотов A.B., Шепель Г.А. Электротехнические установки. -М.: Высшая школа, 1983.

45. Борю Н.В., Паук Ю.И., Калашниченко А.М. Исследование параметров трансформатора напряжения емкостного типа // Измерительная техника. 1989. - N2.

46. Бочкарь Е.П., Захаров А.И., Соколов А.П. Киловольтметр с оптической линией связи//Приборы и техника эксперимента. -1986. N1.

47. Бржезицкий В.А., Иерусалимов М.Е., Проценко А.Р. Исследование частотных характеристик делителя высокого напряжения, обусловленных неидентичностью его элементов //Электричество. -1988. N5.

48. Бурцев Г.А., Гамазов Ю.А., Захаров Б.В., Семенко Н.Г. Состояние и перспективы развития метрологического обеспечения измерения больших электрических токов // Измерительная техника. 1982.- N6.

49. Вайсс Г. Физика гальваномагнитных полупроводниковых приборов и их применение. М.: Энергия, 1974.

50. Васильев И.И., Демьянюк В.Н., Ярмолович В.А. Способы подключения преобразователей Холла // Радиопромышленность.- 1991,- N10.

51. Воднев В.Т. Основные математические формулы. Минск: Высшая школа, 1988.

52. Волгин Л.И. Аналоговые интегрирующие и дифференцирующие преобразователи . Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 1982.

53. Волгин Л.И. Аналоговые операционные преобразователи для измерительных приборов и систем. -М.: Энергоатомиздат, 1983.

54. Волгин Л.И. Измерительные преобразователи переменного напряжения в постоянное,- М.: Советское радио, 1977.

55. Волгин Л.И. Линейные электрические преобразователи для измерительных систем и приборов. М.: Советское радио, 1971.

56. Волгин Л.И., Матчак А.Т. Бесконтактный датчик тока // Приборы и техника эксперимента 1976. - N3.

57. Волгин Л.И., Матчак А.Т. Интегрирующие устройства без накопления погрешности от смещения нуля // Измерения, контроль, автоматизация. 1975. - N2.

58. Волоконно-оптические датчики / Под ред. Т.Окоси: Пер. с япон. Л.: Энергоатомиздат. - 1990.

59. Вонсовский С.В., Шур Я.С. Ферромагнетизм. М.: Гостехиздат, 1948.

60. Воросколевский В.И. Об эквивалентной схеме операционного усилителя // Радиотехника,- 1975. N1.

61. Гаджиев Ш.Х. Комплексированный датчик импульсного ЯМР-тесла-метра // Матер. краткоср. семин. "Бизнес и творчество". -СПб.дом.научн.-технич. проп., 1992.

62. Гальваномагнитные преобразователи в измерительной технике / В.В.Брайко, И.П.Гринберг, Д.В.Ковальчук и др.; Под ред. С.Г.Тара-нова. М.: Энергоатомиздат, 1984.

63. Гарет П. Аналоговые устройства для микропроцессоров и мини-ЭВМ,- М.: Мир, 1981.

64. Глоба Б.А., Захаров Б.В., Хижинская В.А. Лабораторный измерительный трансформатор переменного тока до 10000 А класса точности 0,05 // Измерительная техника,- 1965.- N1.

65. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. М.: Советское радио, 1977.

66. Гусев В.П., Фомин A.B., Кунявский Г.М. и др. Расчет электрических допусков радиоэлектронной аппаратуры. М.: Советское радио, 1963 .

67. Гутников B.C. Интегральная электроника в измерительных устройствах. JI. : Энергоатомиздат , 1988.

68. Данилов A.A. Устройства выборки-хранения: состояние разработки, пути совершенствования // Измерения, контроль, автоматизация,- 1986,- N4.

69. Девис П. Суперсила. М.: Мир, 1989.

70. Демченко А. И., Драпезо А. П., Потапов A.JI. Магниточувстви-тельная гибридная ИМС на основе преобразователей Холла // Приборы и системы управления. 1992. - N2.

71. Детлаф A.A., Яворский Б.М. Курс физики (в трех томах). М.: Высшая школа, 1979. - Т.З.

72. Добрынин В.И. Конденсаторы для емкостных трансформаторов напряжения 500 кВ высокого класса точности // Электротехническая промышленность. Аппараты высокого напряжения, трансформаторы, силовые конденсаторы. 1981. - N5.

73. Егиазарян Г.А., Стафеев В.И. Магнитопроводы, магнитотранзис-торы и их применение. М.: Радио и связь, 1987.

74. Зайцев Г.Ф. Анализ линейных импульсных схем автоматического регулирования и управления. Киев: Техника, 1967.

75. Заявка 59-124112 Япония. Емкостной трансформатор напряжения / О.Такахиса, Т.Сибаура (Япония). Опубл. 18.07.84.

76. Заявка 59-202615 Япония. Трансформатор напряжения / Я.Тадао и др. (Япония). Опубл. 16.11.84.

77. Заявка 59-202616 Япония. Трансформатор напряжения / Я.Тадао и др. (Япония). Опубл. 16.11.84.

78. Заявка 59-219911 Япония. Трансформатор напряжения / Я.Тадао и др. (Япония). Опубл. 11.12.84.

79. Заявка 4201434 ФРГ. Измерительный преобразователь, чувствительный к потенциалу высокого напряжения / А.Шваб (ФРГ) -Опубл. 22.07.93.

80. Захаров Б.В. Образцовый трансформатор тока до 25000 А // Труды метролог, инст. СССР.-ВНИИМ, 1972.-Вып.138 (198).

81. Захаров Б.В. Расчет оптимизированного измерительного трансформатора большого переменного тока // Электротехника. 1974,- N10.

82. Захаров Б.В., Шаталов А.Н. Погрешности двухступенчатого трансформатора тока // Измерительная техника. 1980,- N4.

83. Зубков В.П. Оптико-электронные методы измерения в установках высокого напряжения. Деп. в Информэнерго 27.01.86, N 2047.

84. Зубков В.П., Крастина А.Д. Оптико-электронные методы измерения тока и напряжения в установках высокого напряжения: Обзор // М.: Информэлектро, 1975.

85. Зыкин Ф.А., Казаков М.К. Вопросы построения аналого-цифровых интеграторов напряжения // Тез. XXXI НТК УлГТУ. -Ульяновск: Изд-во УлГТУ, 1997.

86. Зыкин Ф.А., Казаков М.К. Высоковольтный измерительный преобразователь переменного напряжения //Изв.вузов. Приборостроение.• 1990. -N5.

87. Зыкин Ф.А., Казаков М.К. Гальваномагнитные измерители постоянных токОв // Тез. науч.пр. конф. "Наукоемкие технологии товаров народного потребления". Ульяновск: Из-во УлГТУ, 1997.

88. Зыкин Ф.А., Казаков М.К. Интеграторы периодических сигналов // Изв.вузов. Энергетика 1988. - N7.

89. Зыкин Ф.А., Казаков М.К. Измерительный преобразователь высокого напряжения на основе емкостно-трансформаторного делителя // Изв. вузов. Энергетика. 1988. - N5.

90. Зыкин Ф.А., Казаков М.К. Измерительный трансформатор переменного тока // Тез. науч.пр.конф. "Наукоемкие технологии товаров народного потребления". Ульяновск: Из-во УлГТУ, 1997.

91. Зыкин Ф.А., Казаков М.К. Переносной цифровой измеритель больших постоянных токов // Тез. XXXI НТК УлГТУ //Ульяновск : Изд-во УлГТУ, 1997.

92. Зыкин Ф.А., Казаков М.К. Распределение токов и напряжений в электролизных сетях алюминиевых заводов // Электричество.-1996.-N7.

93. Zykin F.A., Kazakov М.К. Development of precision measuring transducers of high direct currents // Тез. науч.техн.сем. "Проблемы энергетики и пути их решения". Барселона (Испания), 1997.

94. Зыкин Ф.А., Казаков М.К. Способ измерения больших постоянныхтоков // Электричество,- 1995,- N10.

95. Зыкин Ф.А., Казаков М.К., Сидоров В.А. Мощный усилитель для высоковольтного преобразователя напряжения // Изв.вузов. Энергетика. 1989. - N3.

96. Ивахненко М.М., Цыганаш В.Е. Управляемый генератор синусоидальных колебаний // Приборы и системы управления.- 1968,- N10.

97. Невская Н.М., Умарходжаев P.M. О спиновом генераторе // Электричество.-1965.-N7.

98. Измеритель высоких напряжений с оптической развязкой / В.Г. Николайченко, Ю.К.Клименко, Н.А.Фефелов, А.Б.Чиликин // Приборы и техника эксперимента. 1987. - N5.

99. Измерительные преобразователи больших постоянных токов /Зыкин Ф.А., Казаков М.К., Дивеев А.И., Чистякова Т.С. // Тез. НТС "Автоматиз. сист.контр, и упр." Ульяновск: изд-во УлПИ, 1989.

100. Измерительные преобразователи тока (ПИТ) ЭП7001 // Приборы и системы управления. 1992. - N9.

101. Изыскать методы автоматической оптимизации процесса электролиза алюминия с применением вычислительной техники: отчет о НИР /ВАМИ; N гос.per. 01840053505. Л., 1986.

102. Ицхоки Я.С., Овчинников Н.И. Импульсные и цифровыеустройства. M.: Советское радио, 1972.

103. Каган Б.М., Сташин В.В. Микропроцессоры в цифровых системах. М.: Энергия, 1978.

104. Казаков M.K. Анализ устойчивости усилительного устройства ключевого типа//Тез.док. XXIV НТК УлПИ.-Ульяновск : Изд-во УлПИ,1990.

105. Казаков М.К. Влияние неравномерности намотки измерительной катушки. / Ульян.гос.тех.ун-т.- Ульяновск, 1997,- Деп. в ВИНИТИ 29.10.97., N 31131-В97.

106. Казаков М.К. Высоковольтный измерительный преобразователь напряжения. Ульяновск.: Изд-во ЦНТИ, 1986 (брошюра / Ульяновский межотраслевой террит. центр НТИ и пропаганды, N 86-15).

107. Казаков М.К. Измерение больших постоянных токов без разрыва электрической цепи. Ульяновск: Изд-во УлГТУ, 1997.-152 с.

108. Казаков М.К. Измерительные преобразователи высоких и сверхвысоких переменных напряжений в аналоговый сигнал : Дис. . . канд.техн.наук. Ульяновск, 1990.

109. Казаков М.К. Измерительные преобразователи высоких и сверхвысоких переменных напряжений в аналоговый сигнал: Автореф. дис. канд.техн.наук. М.: Изд-во МЭИ, 1991.

110. Казаков М.К. Интегратор периодических сигналов. Ульяновск. -Изд-во ЦНТИ, 1987 (брошюра / Ульяновский межотраслевой террит. центр НТИ и пропаганды, N 87-9).

111. Казаков М.К. Использование отрицательной обратной связи для снижения аддитивной погрешности электронных устройств // Тез. докл. XXVII НТК УлПИ,- Ульяновск: Изд-во УлПИ, 1993. 4.II.

112. Казаков М.К. Использование закона полного тока в дискретной форме для измерения больших постоянных токов // Электричество. -1997. N9.

113. Казаков М.К. Комплексный подход к проблеме измерений больших постоянных токов // Тез. докл. науч.практич.конф. "Наука-производству".- Ульяновск: Изд-во УлГТУ, 1997.

114. Казаков М.К. Магнитное поле токопровода прямоугольного сечения /Ульян.гос.тех.ун-т. Ульяновск, 1997. - Деп. в ВИНИТИ 11.12.97, N 3631-В97.

115. Казаков М.К. Метод снижения погрешности квантования при преобразовании напряжения в число импульсов // Тез. XXXI НТК УлГТУ.- Ульяновск: Изд-во УлГТУ, 1997.

116. Казаков М.К. Переносные измерители электрических токов // Тез.науч.практич.конф. "Наукоемкие технологии товаров народного потребления".- Ульяновск: Изд-во УлГТУ, 1997.

117. Казаков М.К. Пути совершенствования измерительных преобразователей больших постоянных токов // Тез. докл. XXIX НТК УлГТУ.- Ульяновск: Изд-во УлГТУ, 1995. 4.2.

118. Казаков М.К. Способ увеличения КПД аналого-ключевого усилителя / Изв.вузов. Энергетика Минск, 1989. - Деп. в ВИНИТИ 22.12.89, N 7594-В89.

119. Kazakov М.К. Transcendental measuring transducers of high voltages // Тез. науч.техн.сем. "Проблемы энергетики и пути их решения". Барселона (Испания), 1997.

120. Казаков М.К. Трансформатор напряжения на основе активного емкостного делителя // Электроснабжение и электрооборудование отраслей народного хозяйства: Межвуз. научн. сб. Ульяновск: Изд-во УлПИ, 1990.

121. Казаков M.K. Трансцендентные измерительные преобразователи электрических величин // Тез. науч.пр.конф. "Наука-производству". -Ульяновск: Изд-во УлГТУ, 1997.

122. Казаков М.К. Усилитель напряжения. Ульяновск. - Изд-во ЦНТИ, 1988 (брошюра / Ульяновский межотраслевой террит. центр НТИ ипропаганды, N 88-18).

123. Казаков М.К. Устройства для преобразования высоких напряжений в АСУ /Тез. докл. НТС "Автоматиз. сист. контр. и упр." -Ульяновск Изд-во УлПИ, 1989.

124. Казаков М.К. Электромеханический образцовый измерительный преобразователь постоянного тока // Тез. докл. НТК с междунар. участ. "Проблемы промышленных электромеханических систем и перспективы их развития". Ульяновск: Изд-во УлГТУ, 1996.

125. Казаков М.К., Назаров Д.В. Определение картины магнитного поля вокруг шин прямоугольного сечения // Тез. докл. XXX НТК УлГТУ. Ульяновск: Изд-во УлГТУ, 1996.

126. Kazakov М.К. Using the full current law in discrete form for measuring high direct currents // Electrical Technology. -1997. -N3. (Elsivier Science Ltd, Great Britain)

127. Калантаров П. JI., Нейман Л. Р. Теоретические основы электротехники.- М.: Госэнергоиздат, 1951.g 129. Карандеев К.Б. Специальные методы электрических измерений.- М.: Гостехиздат, 1963.

128. Карлинер М.М., Кушнир В.И., Медведко A.C. Широкодиапазонный ядерный магнитомер // Приборы и техника эксперимента. -1973,- N2.

129. Калиткин H.H. Численные методы. М.: Наука, 1978.

130. Кеймах Р.Я., Кудрявцев В.И. Способ объективного измерения угла вращения плоскости поляризации световой волны // Приборостроение.- 1959,- N11.

131. Кибакин В.М., Гильман O.A., Петяшин Н.Б. О методе улучшения формы выходного сигнала ключевого генератора // Радиотехника,- N1.- 1976.

132. Кибакин В.М. Основы ключевых методов усиления. М.: Энергия, 1980.

133. Кибакин В.М. Усилитель со следящим источником питания // Радиотехника. 1975. - N3.

134. Килевой В.К. Элегазовый трансформатор напряжения типа ЗН0Г-220-79 // Электротехническая промышленность. Аппараты высокого напряжения, трансформаторы, силовые конденсаторы. 1981. - N2.

135. Киффер И.И. Испытания ферромагнитных материалов. М.: Энергия, 1969.

136. Кобус А., Тушинский Я. Датчики Холла и магниторезисторы: Пер. с польск. М.: Энергия, 1971.

137. Красносельских В.А., Семенко Н.Г. Поверочная установка для приборов большого постоянного тока // Измерительная техника,- 1982. N6.

138. Кужекин И.П. Испытательные установки на высоком напряжении. М.: Энергия, 1980.

139. Куликовский K.JI., Купер В.Я. Методы и средства измерений. М.: Энергоатомиздат, 1986.

140. Лебедев C.B. Магнитооптический измеритель постоянных токов для систем питания городского электротранспорта // Измерительная техника. 1995. - N8.

141. Лейтман М.Б. Нормирующие измерительные преобразователи электрических сигналов. М.: Энергоатомиздат, 1986.

142. Леше А. Ядерная индукция. М.: Изд-во иностр. лит., 1963.

143. Мартяшин А.И., Шахов Э.К., Шляндин В.М. Преобразователи электрических параметров для систем контроля и измерения. М.: Энергия, 1976.

144. Меерович Э.А., Андриевская Л.И. Измерение больших постоянных токов с использованием датчиков Холла. // Электричество,- 1967.-N9.

145. Назаров П.А., Аблаев А.Т. О выборе магнитопроводов устройств с датчиками Холла // Электричество. 1981. - N2.

146. Нейман Л.Р., Калантаров П.Л. Теоретические основы электротехники. Л.: Энергоиздат, 1948. - Ч.З

147. Николайченко В.Г., Михалишин Б.Е. Исследование электрогира-ционных измерителей высоких напряжений // Техническая электродинамика. 1990. - N4.

148. Новицкий П.В., Зограф И.А. Оценка погрешностей результатов измерений.- Л.: Энергоатомиздат, 1991.

149. Новоселов О.Н., Фомин А.Ф. Основы теории и расчета информационно-измерительных систем. М.: Машиностроение, 1980.

150. Оказать техническую помощь по оптимизации режима работы электролизеров с пониженной плотностью тока: Отчет о НИР / ВАМИ; N гос.per. 01850013810. -Л., 1985.

151. Оптимизация параметров оптоэлектронных узлов для высоковольтных электрооптических измерителей / Я.О.Довгый, И.В.Китых и др. // Автометрия. 1995. - N2.

152. Оптоэлектрические трансформаторы тока /Воробьев Ю.В. и др. // Оптоэлектронная и полупроводниковая техника. 1995. - N1.

153. Орнатский П.П. Автоматические измерения и приборы (аналоговые и цифровые) Киев.: Вища школа, 1986.

154. Панчишин Ю.М. Применение гальваномагнитных эффектов для измерения индукции переменных магнитных полей: Автореф. дис. канд. тухн. наук,- Киев: ИЭД АН УССР, 1969.

155. Панчишин Ю.М., Усатенко С.Т. Измерение переменных магнитных полей. Киев: Техника, 1973.

156. Пат. 63903 СРР / Р.Ж. Метрология и измерительная техника, 1980, N3.

157. Пат. 1713364 Россия. Измерительный преобразователь больших постоянных токов пакета шин / М.К.Казаков, Ф.А.Зыкин, А.И.Дивеев, Т.С.Чистякова (Россия). (Публикац. не подлежит).

158. Пат. 2006043 Россия. Переносной измеритель токов / Ф.А.Зыкин, М.К.Казаков и др. (Россия) Опубл. 1994, Бюл.АП.

159. Пат. 2041466 Россия. Измерительный преобразователь больших постоянных токов пакета шин / Ф.А.Зыкин, М.К.Казаков, А.И.Дивеев, Т.С.Чистякова (Россия) Опубл. 1995, Бюл.АТ22.

160. Пат. по заявке 9510935 Россия. Устройство для бесконтактного измерения больших постоянных токов / М.К.Казаков (Россия) -Полож.реш. от 14.12.96.

161. Пат. по заявке 96102997 Россия. Измерительный трансформатор переменного тока / Ф.А.Зыкин, М.К.Казаков (Россия) -Полож.реш. от 17.12.96.

162. Пат. по заявке 96103079 Россия. Способ измерения больших постоянных токов / М.К.Казаков (Россия).- Полож.реш.от 23.07.97.

163. Переносной измеритель больших постоянных токов на основе пояса Роговского / Ф.А.Зыкин, М.К.Казаков, Т.С.Чистякова // Тез. докл.XXVII НТК УлПИ. Ульяновск: Изд-во УлПИ, 1993. - 4.2.

164. Пат. по заявке 96118960 Россия. Способ градуировки измерителей больших постоянных токов / Казаков М.К. Полож. реш. от 27.03.98.

165. Плетнев В.В., Семенко Н.Г. Исследование влияния внешних постоянных магнитных полей на работу трансформатора постоянного тока // Труды метрологических институтов СССР . М.: ВНИИМ.-1972. Вып.138(198).

166. Портной Г.Я., Болотин O.A. Новое поколение датчиков для измерения токов // Приборы и системы управления.- 1996. N1.

167. Потич П. Коэффициент трансформации и погрешности при измерениях с емкостными трансформаторами напряжения / Перевод N1048 торгово-промышленной палаты СССР. Свердловск, Свердл. отд. бюро переводов, 1975.

168. Преображенский A.A. Теория магнетизма, магнитные материалы и элементы. М.: Высшая школа, 1972.

169. Прецизионный усилитель мощности /Ф.А.Зыкин, С.Г.Желателев, М.К.Казаков, Т.С.Плотникова // Изв.вузов. Энергетика,- 1983. N10.

170. Прокошин В.И., Ярмолович В.А., Васильев И.И. Магнитопленоч-ные датчики Холла // Измерительная техника. 1992. - N3.

171. Прянишников В.А. Интегрирующие цифровые вольтметры постоянного тока. Л. : Энергия, 1976.

172. Пузей И.М. Температурная стабилизация магнитных свойств сплавов. М.: Изв. АН СССР, сер. физич. 22, - 1958.

173. Рабкин Л.И. Высокочастотные ферромагнетики. М.: Физматиз., 1960

174. Разин Г.И., Щелкин А.П. Бесконтактное измерение электричес ких токов,- М.: Атомиздат, 1974.

175. Разработка и исследование измерительных преобразователей больших постоянных токов: Отчет о НИР / УлПИ; N гос.per. 01870071347. Ульяновск, 1989.

176. Разработка и исследование усилительно-интегрирующего устройства трансформаторов напряжения для КРУЭ: Отчет о НИР / УлПИ; Nгос. per. 8184.0060228. Ульяновск, 1985.

177. Разработка принципов построения измерительных приборов и методов их проверки в эксплуатационном режиме применительно к энергоемким объектам: Отчет о НИР / ФТИ АН ТССР; N гос.per. 01840033673. Ашхабад, 1986.

178. Разработка средств метрологического обеспечения измерений большого тока для ведомственных метрологических служб: Отчет о НИР / Свердл.филиал ВНИИМ; N гос.per. 77058723. Свердловск, 1982.

179. Расчет электромагнитных элементов источников вторичного электропитания / А.Н.Горевий, Ю.С.Русин, Н.Р.Иванов, Л.А.Сергеева -М.: Радио и связь, 1988.

180. Рейнбот Г. Технология и применение магнитных материалов: Пер.с нем./Под ред. A.A. Преображенского.-М.: Госэнергоиздат, 1963.

181. Розенберг Г. Эксплуатационные характеристики емкостных трансформаторов напряжения. М.: Бюро технической информ., 1968.

182. Розенблат М.А. Магнитные элементы автоматики и вычислительной техники,- М.: Наука, 1966.

183. Роль высших гармонических составляющих при измерении высокого напряжения / В.А.Бржезицкий, А.Н.Калашниченко, В.К.Килевой и др. // Измерительная техника. 1984. - N11.

184. Романовский П.И. Ряды Фурье. Теория поля. Аналитические испециальные функции. Преобразования Лапласа. М.: Наука, 1980.

185. Рудный М.Н., Чухланцев A.A. Повышение точности мер малого сопротивления // Измерительная техника.- 1957,- N5.

186. Рутковски Дж. Интегральные операционные усилители. М.: Мир, 1978.

187. Свидет. на полезную модель к заявке 96123220 Россия. Измеритель постоянных токов/М.К.Казаков (Россия) -Полож.реш. от 27.05.97.

188. Свидет.на полезную модель к заявке 97101160 Россия. Электрометрический измеритель больших постоянных токов / М.К.Казаков (Россия). Полож.реш. от 27.05.97.

189. Семенко Н.Г., Гамазов Ю.А. Измерительные преобразователи больших электрических токов и их метрологическое обеспечение. М.: Изд-во стандартов, 1984.

190. Семенко Н.Г., Гамазов Ю.А. Методы и средства измерений больших постоянных токов и их метрологическое обеспечение // НТО "Прим-прибор". М.: Изд-во стандартов, 1982.

191. Семенов Н.М., Яковлев Н.И. Цифровые феррозондовые магнитометры. Л.: Энергия, 1979.

192. Серков В.В. Бесконтактные амперметры постоянного тока //

193. Приборы и техника эксперимента 1991.- N5.

194. Серков В.В. Измерение больших постоянных токов интегрирующим контуром, основанным на эффекте Холла // Приборы и техника эксперимента. 1962, N1.

195. Скрипник Ю.А., Таранов С.Г., Кравченко A.A. Новые схемы прецизионных измерителей магнитной индукции // Матер, конфер. "Методы и аппаратура для измерения параметров магнитных полей" JI. : НТО Приборпром, 1968.

196. Соколова Р.Н. Емкостной трансформатор напряжения с коррекцией // Электрические станции. 1979. - N12.

197. Спектор С. А. Измерение больших постоянных токов. JI.: Энергия, 1978.

198. Спектор С.А., Гаджиев Ш.Х., Логинов Г.В. Микропроцессорный ЯМР-тесламетр // Цифровая инф.-измерит. техника. 1992.

199. Спектор С.А., Паст Я.О., Гаджиев Ш.Х. Импульсный ЯМРтесламетр-градиентометр на основе разделения во времени // Приборы и системы управления. 1993. - N1.

200. Справочник металлурга по цветным металлам. Производство алюминия. М.: Металлургия, 1971.

201. Справочник по электрическим конденсаторам / М.Н.Дьяков, В.И.Карабанов, В.И.Присняков и др. М.: Радио и связь, 1983.

202. Справочник по электротехническим материалам / Под ред. Ю.В.Корицкого и др.- Л.: Энергоатомиздат, 1988,- Т.З.

203. Справочное пособие по теории систем автоматического регулирования и управления / В.Д.Громыко, В.В.Зубарь, В.В.Кругликов и др. Минск: Высшая школа, 1973.

204. Стафеев В.И. Модуляция длины диффузионного смещения как новый принцип действия полупроводниковых приборов // ФТТ, 1959.

205. Стафеев В.И., Каракуман Э.И. Магнитодиоды. М.: Наука, 1975 .

206. Стильбанс Л.С. Гальваномагнитные явления // Полупроводники в науке и технике. М.: Изд-во АН СССР, 1957. - Т.1.

207. Тетерич Н.М. Генераторы шума и измерение шумовых характеристик. М.: Энергия, 1968.

208. Техника высоких напряжений / Под ред. Д.В.Разевига. М.: Энергия, 1976.

209. Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника. Справ.рук-во: Пер. с нем. М.: Мир, 1982.

210. Толстов Г.П. Ряды Фурье. М.: Наука, 1980.

211. Толстов Ю.Г. Измерительные трансформаторы постоянного тока. М.-Л.: Госэнергоиздат, 1951.

212. Устройство на эффекте Холла для измерения постоянного тока на 160-200 кА / Э.А.Меерович, Л.И.Андриевская, С.П.Владимиров, А.А.Шахунянц // Электротехника. 1971,- N3 .

213. Харада Е. Применение волоконно-оптической технологии в измерительных системах на станциях и подстанциях. Состояние разработок оптических измерительных трансформаторов тока и напряжения // 0НМ. - 1987. - Т.74, N 9. (яп.).

214. Хомерики O.K. Гальваномагнитные элементы и устройства автоматики и вычислительной техники,- М.: Энергия,1975.

215. Хомерики O.K. Полупроводниковые преобразователи магнитного поля. М.: Энергоатомиздат, 1986.

216. Хомерики O.K. Применение гальваномагнитных датчиков в устройствах автоматики и измерений.- М.: Энергия, 1971.

217. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники. Т.1: Пер. с англ. М.: Мир, 1983.

218. Фейнман Р., Лейтон Р., Сэндс М. Фейнмановские лекции по физике. Т.З: Пер. с англ. М.: Мир, 1976.

219. Цапенко М.П. Измерительные информационные системы. Принципы построения. М.: Энергия, 1974.

220. Цветков Э.И. Методические погрешности статистических измерений. Л.: Энергоатомиздат, 1984.

221. Цубоути Д. Основные принципы работы и применение емкостных трансформаторов напряжения с усилителем // Дэнки кэйсан.- 1980. Т.48, N5.

222. Цыкин Г.С. Отрицательная обратная связь в усилителях низкой частоты. М.: Связьиздат, 1940.

223. Шахов Э.К., Михотин В.Д. Интегрирующие развертывающие преобразователи напряжения. М.: Энергоатомиздат, 1986.

224. Шваб А. Измерение на высоком напряжении: Измерительные приборы и способы измерения.: Пер. с нем. М.: Энергия, 1973.

225. Шваб А. Измерение на высоком напряжении: Измерительные приборы и способы измерения,- 2-е изд.: Пер. с нем. М.: Энергоатомиздат, 1983.

226. Шляндин В.М. Цифровые измерительные преобразователи и приборы. М.: Высшая школа, 1973.

227. Электрические измерения / В.Н.Малиновский, Р.М.Демидова-Панферова, Ю.Н.Евланов и др.; Под. ред. В.Н.Малиновского. М.: Энергоатомиздат, 1985.

228. Эпитаксиальные датчики Холла и их применение / М.М.Мирзабаев, К.Д.Потаенко, В.И.Тихонов и др.- Ташкент: Изд-во ФАН, 1986.

229. Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике. М.: Наука, 1971.

230. Яковлев Н.И. Бесконтактные электроизмерительные приборы для диагностирования электронной аппаратуры. Л.: Энергоатомиздат, 1990.

231. Aki Н. Gas insulated instrument voltage transformers // Дэнки Кэйсап. 1979. - Vol.45, N15.

232. A new type of v.t. for gas-insulated switchgear // Elec. Rev. (Gr. Brit.) 1982. - Vj1. 211, N15.

233. An optical current comparator / Chu D.C.B., Ning Y.N., Jakson D.A. // Meas. Sci. and Techol. 1993. - 4, N11.

234. Arai K.I. Measurement of thin film's magnetostriction with piezoelectric ceramic substzates//IEEE Trans. Magn.-1989.-25.-N5.

235. Bertoldi W, Kressner H, Poschel C. Strommessung mit selbstintegrierenden Rogowski Spulen - Experimentelle Technik der Physik, 1967. Bd.15, N6.

236. Day G.W., Deeter M.N., Rose A.H. Advances in Optical Fiber Sensor. Bellingham, Washington: SPIE. - 1992.

237. Development in voltage transformers presision application // Elec. Rev. (Gr.Brit). 1978. - V.202, N 3.

238. Development of a high voltage pockels sensor / Enache M and oth. // Rom.J.Phy 1994. - 39, N1.

239. Development of an optical current transducer with a bulk * type faraday sensor for metering /Katsukawa H. and oth //NGR

240. Rev.: Overseas Ed. 1996. - N20.

241. Dorde T. Kapacitivni naponshi transformatori 380 kv // Tehnika. 1973. - 28, N12 (cepöoxopB.).

242. Harada M. The high precision equipment with output on microcomputers for measurement voltage and current // Nissin Elec. Rev. 1979 - Vol.24, N2.

243. Hartmann H. Kombinieter Stromm Spannungswandler für Einbau in metallgekapselte, SFö - isolirte Schaltanlagen // Broun Boveri Mitt., April 1978, Band 65, Baden ( Schweiz.)

244. Hemmert R.S. // Solid State Electron. -1974. -V.17.

245. Hertz H., Thomsen P. Optikal wideband high-voltage measurement system //Rev. Sei. Instrum. 1987. - Vol. 58, N9.

246. Higaki S. Yamada M., Katsube F. Gas-insulated voltage transformers // Nissin Elec.Rev. 1979. - Vol. 24, N2. (nn.)

247. Higaki S. The new capacitor voltage transformer // Nissin Elec. Rev. 1979. - Vol. 24, N2.

248. High-current high-precision openable-core AC and AC/DC current transformers / So Eddy and oth. // IEEE Trans.Instrum. and Meas. 1993. - 42, N2.

249. M 250^ Hlava K. Presnost mericich transformätoru napeti na tonovychkmitoctech // Elektrotechn. obz. 1987. - N1. (^eiii.).

250. Ikeuchi Y. , Ohminato H., Uchida K. Provision quality of instrument transformers // Nissin Elec. Rev. 1985. - Vol. 30, N4. (an.).

251. Integrated optical high voltage sensor using a Z-cut LiNb03 cut off modulator /L. Sang and oth. // IEEE Proton. Technol.Lett. 1993. - 5, N9.

252. Jaecklin A.A. Measuring current at extra-high voltage. -"Laser Focus" 1970. - V.6.

253. Katsube F., Salto T. The development trend of Nissin's optoelectronics instrument transformer // Nissin Elec. Rev. 1985.- Vol. 30, N4.

254. Kramer W. Entwicklungsstand des Gleichstromwandlers. ATM.- 1961. N302; N303.

255. Krämer W. Gleichstrom Wandlerschaltung hoher Genauigkeitl für p. 65-71 wellige Gleichstrome.- ETZ-A.- 1966,- N18.

256. Kuhrt F., Maaz K. Messung hoher Gleihströme mit Hallgeneratoren. ETZ-A. - 1956. Bd.77.• 258. Maaz K., Schmid R. Hochstromjoche mit Hallgeneratoren. 1. ETZ-A. 1957, Bd.78, N20.

257. Material "megamorphs" in magnetic field // Mach.Des. 1994.- 66. N15.

258. Mitsuru S. New types of v.t. for GIS // Дэнки гаккай дзасси J.Inst. Elec. End.Jap. 1980. - Vol. 100, N10. (яп).

259. Modrusan M. Hochspannungsteiler: Typen, Messeigenschaften und Einsats. // Bull. Schweiz, elektrotechn. Ver. 1983. - 17.

260. Mouton L. Non conventional current and voltage transformers. CIGR Rep. 1980.

261. Naranishi K. Amplifier type voltage transformer // Nissin Elec. Rev. - 1979. - Vol. 24, N2. (яп.).

262. Numerical investigation of the effects of birefringence and total internal reflection on Farfday effect current sensors // Bush Simon p. //Appl. Opt. 1992. - 31, N25.

263. Nissin's instrument transformers // Nissin Elec. Rev.- 1987. Vol. 32, N2. (яп.).

264. Ogawa K., Yamagata N., Kan K. Methods of experiment instrument transformers with microcomputers // Дэнки кэнтэйдзе гихо, JEMIC Tehn. Rept. 1985. - Vol. 20, N4. (яп.).

265. Optical current transducers for power systems: A review // IEEE Trans Power. Deliv. 1994. - 9, N4.

266. Oyabu Т., Nakanashi A. Application of the gas insulated voltage tuansformers // Nissin Elec. Rev. 1985. - Vjl, 30, N4. (яп).

267. Pat. 2333080 ФРГ. Verfahren zur Beseitigung des Einflusses der Nichtäguipotentialspannung auf die Hallspannung und Einrichtung zu dessen Verwirklichung / S.G.Taranov, W.W.Brajko, I.P.Grinberg u.a. (USSR).

268. Pat. 3849590 США. Gas filled electrical bushing concentric intermediate electrodes / J.Ozawa (Japan). Опубл. 19.11.74.

269. Pat. 3886446 США. Digital indicator of the electromotive force of a Hall-effect device / S.G.Taranov, W.W.Brajko, J.T.Chigirin, V.P.Belousov (USSR).

270. Pat. 4037150 США. Method of and apparatus for eliminating the effect of non equipotentiality voltage on the Hall element voltage / S.G.Taranov, W.W.Brajko, I.P.Grinberg a.o. (USSR).

271. Pat. 4876503 США. Method of measuring the intensity of a DC device implementing this method.- Опубл. 24.10.89.

272. Pat. 77891 Румыния. Metodä si dispozitivde mäsurare a curentior electrici intensi / C.A.Boroboi. Опубл. 30.03.81.

273. Pat. 207043 ГДР. Messeinrichtung fuer Hochspannung / B.Werner (ГДР). Опубл. 15.02.84.

274. Pat. 232559 ГДР. Meßeinrichtung für Hochspannung / M.Volkmar (ГДР). -Опубл. 29.01.86.

275. Siegenthaler А. Elektronischer Spannungswandler hoher Präzision, insbesondere für gekapselte Schaltanlagen // Bull. Schweiz, elektrotechn. Ver. 1987. - N9.

276. Sweetana A. Transient response characteristics of capacitive potential devices // IEEE Trans. PAS. 1971.

277. Tanabe T. Development optical voltage and current transformers for GIS // Nissin Elec. Rev. 1985. - V.30, N2. (яп).

278. Tokarski J. Elektronikczna kompensacja bledów indukcyjnedo prekladnika napieciowego // Zesz.nauk. PSI. Elec. 1981. (пол.).

279. Transformador de intensidad para metrolgia / Garsia eduardo // Mundo electron. 1990. - JV203. (Исп) .

280. Ueda H. The progress and trend of Nissin's new types instrument transformers // Nissin Elec.Rev. 1979. - Vol.24.- N2.

281. Uralauf A. Das trasiente Verhalten induktive spannungwandler

282. Elektrotechn. z. 1976. - N9.

283. Wisziewski A. Przekladniki w elektroenergetyce. Warzawa: WNT. - 1982. (пол.)

284. Yagi A., Saato S. // Jap. J. Appl. Phys. 1976. V.15. - N4.

285. Yashiro T. The progress and trend of Nissin's instrument transformers // Nissin Elec. Rev. 1985. - Vol.30. - N4. (яп).

286. Zykin F.A., Kazakov M.K. A method for measuring large direct currents // Electrical Technology.- 1995. N4. (Elsivier Science Ltd, Great Britain).

287. Zykin F.A., Kazakov M.K. Current and voltage distribution in electrolysis power supplies for aluminium plants // Electrical Technology. 1996. - N3. (Elsivier Science Ltd, Great Britain).

288. Г/Зф- 3 г. V Ц./а ч*- З/^Г 4

289. УЛЬЯНОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТл на правах рукописи> ■> УЗ ■ -Г¿<¿//1. удк 621.317.3-,л'; . Т/х^?

290. КАЗАКОВ МИХАИЛ 'МСШТИНОВИЧ

291. ИЗМЕРЕНИЕ ВЫСОКИХ НАПРЯЖЕНИЙ Й БОЛЬШИХ ТОКОВ В ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ

292. Специальность 05.11.05 -"Приборы и методы измерения электрических и магнитных величин"

293. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук Том 2 (Приложения)

294. Научный консультант д.т.н профессор Зыкин Ф.А.1. Ульяновск 19981. СОДЕРЖАНИЕ