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工频电场测量方法和传感器的研究

作　者: 胡泽文
导　师: 何为
学　校: 重庆大学
专　业: 电气工程
关键词: 工频电场电场传感器电场测量电磁环境 C8051F020
分类号: TM937
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 339次
引　用: 2次
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内容摘要

电场测量广泛运用于电力、航天、医疗等行业之中。近年来,随着超高压电网在全国范围内覆盖面的逐渐扩大,因高压电力设备带来的关于电磁环境的争论日益增多。此外,国家电网公司为优化能源资源配置、保障国家能源安全奠定基础,自2005年初提出加快建设特高压电网建设的战略以来,有关特高压输电系统的电磁环境问题的研究在国内迅速兴起。可以预见,特高压输电系统必将给环境带来更加严峻的电磁问题。为积极面对这一问题,本文选用比数值计算更直接、有说服力的电场测量方法,研制了高压工频电场测量系统。文章结合国家有关人体暴露在工频电磁场的标准,在系统中置入了声光报警系统。本文完成的主要内容及结论如下:①学习了电场测量的各种方法。通过各种测量方法优缺点的对比,针对测量高压工频电场的要求,本文选择以成本低廉、易于制作的交变电场传感器为核心设计高压工频电场测量系统;②学习了交变电场测量的原理。在此基础上,对球型传感器测量工频电场的基本原理进行了深入、详细的分析。分析了球型交变电场传感器在均匀电场、非均匀电场中的测量原理,分析了当电场传感器在非均匀场中及其轴线与待测电场方向不一致时的测量误差;③在深入理解工频电场测量原理的基础上,针对电流、电压两种不同的取样方式,分析了测量电容对取样信号的影响,所得结论与实验数据相吻合;④以C8051F120单片机为基础设计了高压工频电场测量系统。装置还结合国家关于人体在工频电场中暴露值的规定,置入了报警系统;⑤借助国外同类型的高精度电场测量仪器,对系统作了校正;⑥在500kV输电线下和变电站内的220kV开关间隔,使用研制的工频高压电场测量系统与国外仪器作了对比测验。测试结果表明,在强电场下,系统的工作性能稳定,能有效的测量工频电场。但也具有许多不足,比如传感器的尺寸过大;当电场太低时的测试误差较大等,还需要改进。

全文目录

中文摘要  3-4
英文摘要  4-8
1 课题背景和意义  8-18
  1.1 电场测量的应用  8-11
    1.1.1 测量高压工频电场  8-9
    1.1.2 测量瞬态电场  9-10
    1.1.3 监测电磁环境  10-11
  1.2 电磁环境及其危害  11-13
    1.2.1 电磁环境  11
    1.2.2 电磁辐射的危害  11-12
    1.2.3 工频电磁场的影响  12-13
  1.3 工频电场测量的意义  13-15
  1.4 工频电场测量的国内外研究现状  15-16
  1.5 本文的内容  16-18
2 工频电场测量原理  18-36
  2.1 电场测量概述  18-26
    2.1.1 光学式电场测量法  18-20
    2.1.2 电学原理电场测量法  20-26
  2.2 球形电场传感器测量方向与电力线方向一致时的测量原理  26-31
    2.2.1 导体球壳在交变电场中的面电荷分布  26-28
    2.2.2 传感器在均匀电场中的测量原理  28-29
    2.2.3 传感器在非均匀场中的测量原理  29-31
  2.3 球形传感器测量方向与电力线方向不一致时的测量误差  31-34
  2.4 本章小结  34-36
3 系统的硬件设计  36-54
  3.1 引言  36-37
  3.2 传感器及信号处理单元  37-42
    3.2.1 传感器固有电容的影响  37-38
    3.2.2 信号处理电路  38-42
  3.3 单片机综合分析单元  42-44
    3.3.1 C8051F120 概述  42-43
    3.3.2 C8051F120 片内集成ADC 简介  43-44
    3.3.3 单片机综合分析单元电路设计  44
  3.4 输出单元  44-47
    3.4.1 强场显示  44-46
    3.4.2 声光报警  46-47
  3.5 电源单元  47-50
  3.6 PCB 电路整体设计  50-52
  3.7 本章小结  52-54
4 系统的程序设计及调试  54-62
  4.1 Keil 开发环境的介绍  54
  4.2 主程序流程  54-55
  4.3 AD 变换程序  55-56
  4.4 输出单元  56-60
    4.4.1 液晶显示程序  56-59
    4.4.2 声光报警程序  59-60
  4.5 本章小结  60-62
5 高压工频电场测量系统的试验研究  62-74
  5.1 引言  62
  5.2 传感器信号的测量与获取  62-64
  5.3 传感器线性度的校正  64-67
    5.3.1 试验方法及结果  65-66
    5.3.2 试验结果的分析  66-67
    5.3.3 传感器线性度的校正  67
  5.4 系统测试性能的比较  67-72
    5.4.1 500kV 输电线的电场测量  68-69
    5.4.2 220kV 开关间隔的电场测量  69-72
    5.4.3 实验小结  72
  5.5 本章小结  72-74
6 总结与展望  74-76
  6.1 主要结论  74
  6.2 后续工作展望  74-76
致谢  76-78
参考文献  78-82
附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录  82

工频电场测量方法和传感器的研究

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