Jahresbericht 2003 - BEV

gesamten angestrebten Strom- und Frequenzbereich
einen geringen Transferfehler
aufweisen. Bisher wurden die dazu
notwendigen Shunts bis 40 A sowie
die benötigten T-Stücke für den Schaltungsaufbau
hergestellt und einige der
wichtigsten Kenngrößen theoretisch abgeschätzt.
Geplant ist der Endausbau
auf einen Nennstrom von 100 A.
T-Stück
Abbildung
Induktivität
2: Hochstrom-T-Stück mit geringer
Damit die induktive Belastung der zur
Messung verwendeten Stromquelle
möglichst gering gehalten werden kann,
wurde im ersten Schritt ein Hochstrom-T-
Stück mit möglichst geringer Induktivität
entwickelt. Der schematische Aufbau ist
in Abbildung 2 dargestellt.
Die Konstruktion besteht aus drei in einer
Bienenwabengeometrie angeordneten
Schichten aus Kupfer, eingebaut in
ein Messinggehäuse und durch ungefähr
0.2 mm dicke PTFE-Folien isoliert.
Messungen am T-Stück inklusive Stecker
ergaben bei 100 A und 100 kHz einen
Spannungsabfall von weniger als 3 V.
Hochstromshunts
Um eine möglichst geringe Induktivität zu
erreichen, wurde eine Koaxialkonstruktion,
bestehend aus einem zylindrischen,
glasfaserverstärkten Epoxyträger und
einer Widerstandsfolie aus Manganin
mit Stromkontakten auf einer Seite und
Spannungsabgriff für den Thermoumformer
mittels Kupferfolien auf der gegenüberliegenden
Seite verwendet (Abbildung
3). Als Anschlüsse wurden adaptierte
Koaxialstecker verwendet.
Bei der Bestimmung des Absolutwertes
des Wechselstromes ist neben der
Abbildung 3: Schematischer Aufbau eines Hochstromshunts
Kenntnis der Transferdifferenz auch der
exakte Widerstandswert des verwendeten
Shunts notwendig. Die Bestimmung
des Temperaturkoeffi zienten Shunts im
Labor für Gleichgrößen erfolgt in einem
Temperaturbad bei konstanter Temperatur
und einem Messstrom von 1 A. Wird
der Shunt mit Nennstrom betrieben, so
führt der wesentlich höhere Strom zu einer
deutlichen Erwärmung des Shunts.
Um den daraus resultierenden Lastkoeffi
zienten zu bestimmen, wurde in Kooperation
mit der Universität Wien die
Erwärmung mit einer infrarotempfi ndlichen
Thermokamera ortsaufgelöst als
Funktion der Zeit beobachtet. In Abbildung
4 ist das zeitliche Temperaturverhalten
des Widerstandes entlang der
grün eingezeichneten Linie dargestellt. .
Abbildung 4: Zeitlicher Verlauf der Erwärmung
des 20 A Shunts
Höhere Temperaturen werden in rot,
niedrigere Temperaturen in blau dargestellt.
Im unteren Bereich des Diagramms
wurde der Strom abgeschaltet
und die Abkühlung gemessen. Ziel dieser
Untersuchungen ist es, aus der beobachteten
Oberfl ächenerwärmung das
Betriebsverhalten des Shunts zu bestimmen
sowie Informationen zur Verbesserung
des mechanischen und elektrischen
Aufbaues zu gewinnen.
Shunts für keinere und mittlere Ströme:
Für den Strombereich zwischen 2 A und
10 A wird die innere Kupferfolie durch ein
Messingrohr ersetzt. Im Strombereich
von 10 mA bis 1 A werden die Shunts
aus einer Reihe von parallel geschalteten
Metallfi lmwiderständen in Vierpunktkontaktierung
gebildet (Abbildung 5)
Abbildung
Ströme.
Ausblick
5: Aufbau der Shunts für kleine
Bis Ende 2004 sind der Ausbau der
Shunts mit Nominalwerten von 80 A und
100 A und die Untersuchung des Einfl usses
der Verbindung zwischen Shunt und
Thermoumformer geplant. Weiters ist
die Berechnung des Lastkoeffi zienten
der Shunts aus der örtlichen und zeitlichen
Temperaturverteilung zur Verringerung
der Messunsicherheit bei absoluten
Wechselstrommessungen vorgesehen.
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10 Leistungsbericht 2003
Mess- und Eichwesen