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Messplatz zur Kalibrierung von Stoßstrommesseinrichtungen

31.12.2003

Eine Reihe großer Leistungsprüffelder im In- und Ausland beabsichtigt in einer konzertierten Aktion, die Einheitlichkeit und Rückverfolgbarkeit ihrer Messungen von transienten Strömen bis zu einigen hundert Kiloampere zu gewährleisten. Im ersten Schritt werden drei Messsysteme aufgebaut, die von verschiedenen metrologischen Staatsinstituten kalibriert und von den beteiligten Leistungsprüffeldern in einem Ringvergleich eingemessen werden sollen. Zur Kalibrierung der von einem deutschen Prüffeld entwickelten Messeinrichtung mit niederohmigem Shunt ist die PTB vorgesehen. Als Vorbereitung für diese Aufgabe wurde in der PTB ein Messplatz für Stoßstrom bis zum derzeit maximal erzeugbaren Scheitelwert von 20 kA aufgebaut und hinsichtlich seiner Messunsicherheit untersucht. Die Normalmesseinrichtung besteht aus einer Messspule mit hochpermeablem Kern und einem Digitalrecorder, mit dem der Zeitverlauf des Stromes aufgezeichnet wird. Der Vorteil bei Verwendung der Messspule, die bei der vorgesehenen Kalibrierung mit dem zu kalibrierenden Hochstromshunt in Reihe angeordnet sein wird, besteht in der potentialfreien und damit störungsarmen Messung der transienten Ströme. Die Eigenschaften der Messspule wurden einzeln und im vollständigen Messsystem zusammen mit dem Digitalrecorder ermittelt. Das dynamische Verhalten der Messspule wurde im unteren Frequenzbereich mit Wechselstrom und bei höheren Frequenzen aus der Sprungantwort bestimmt. Danach betragen die Grenzfrequenzen, zwischen denen sich der Maßstabsfaktor der Messspule um nicht mehr als 0,1 % ändert, 25 Hz und 200 kHz. Die Linearität der vollständigen Normalmesseinrichtung wurde bis 20 kA für beide Polaritäten durch Vergleichsmessungen mit einem 100-kA-Shunt bei Stoßstrom
(8 µs Stirnzeit/20 µs Rückenhalbwertzeit) innerhalb von ±0,2 % nachgewiesen. Mit Stoßstrom wurden auch die Abweichungen der Normalmesseinrichtung bei der Messung der Stirnzeit und der Rückenhalbwertzeit bestimmt. Weitere Untersuchungen zeigen, dass der Störeinfluss durch elektrische und magnetische Streufelder verschwindend klein ist. Unter Berücksichtigung aller Einflussparameter beträgt die erweiterte Unsicherheit (k = 2) der Normalmesseinrichtung 0,5 % für den Scheitelwert und 1 % für die Zeitparameter.