Як виміряти 10 000 А постійного струму?

Який стандартний спосіб вимірювання струму близько 10 000 А? Здається, затискачі постійного струму мають лише масштаби до 2000 А.

Редагувати

Деякі відомості щодо цього питання:

Я вчитель фізики середньої школи і намагаюся вдосконалити деякі класичні експерименти, використовуючи високі струми від надконденсаторного розряду.

Зокрема, я шукаю хороший спосіб виміряти струм розряду ультраконденсатора на дуже короткий час, як у цьому експерименті "стрибкового кільця":

Безпечна та ефективна модифікація експерименту зі стрибком у кінці Томсона

Друга мотивація цього питання була лише тому, що я просто хочу дізнатися це з цікавості, щоб дізнатися про те, що сьогодні є звичайним способом вимірювання таких високих струмів.

Ні, зонди затискачів постійного струму мають масштаби значно вище ± 10000А. Ніхто навіть не перевіряє Amazon на їх ± 12000A постійного струму до 40 кГц струмовий зонд вже не потрібен?
Я жартую. Але ви можете повністю придбати це на Amazon. А у них 10 на складі. Жоден із них не має права на Amazon Prime :(.

Що б ви не робили, ігноруйте всіх цих людей, які говорять вам про використання шунта. Ні, не використовуйте шунт. Немає жодної переваги використовувати шунт у цій програмі, окрім дуже незначної межі точності вимірювання та смішно величезних недоліків.

Чому шунт - жахлива ідея:

1. Будь-яке рішення, яке працює шляхом вимірювання резистивної напруги провідника (шунта), яке може мати будь-яку розумну роздільну здатність, також вимагатиме надмірно великого падіння напруги. Як уже згадувалося в іншому плакаті, типовий 50-метровий шунт буде розсіювати 500 Вт. Це безвідповідально велика трата енергії, коли ви можете виміряти струм менше, ніж ват енергоспоживання.

2. Буде потрібно власне активне охолодження в усі часи. Отже, є набагато більше витраченого енергії, але що ще важливіше, ви внесли в систему розподілу електроенергії єдину точку відмови. Те, що колись вдалося пасивно перенести на порядок 10 кА, вийде з ладу дуже швидко, якщо в будь-який момент охолодження шунта завершиться невдачею або має пропускну здатність, внаслідок чого шунт плавиться і діє як найвищий у світі завищений і найповільніший удар 10 кА запобіжник коли-небудь зроблений.

3. Давайте не заважатимемо собі, не просто випадково покладіть шунт 10 кА послідовно за допомогою кабелю ємністю 10 кА, використовуючи кліпси аллігатора та бананові гнізда. Встановлення такого пристрою послідовно з цим кабелем буде нетривіальним завданням, і це буде не те, що ви легко зможете зняти на примху. Я б очікував, що це стане постійною відповідальністю у вашій системі.

4. Мені байдуже, чи кабель несе 10 кА на 1 В (з будь-якої причини) - я (і ви самі повинні) вимагати гальванічної ізоляції в такому вимірювальному апараті. 10 кА - це багато струму, і це не може не зберігати жахливі кількості енергії лише в магнітному полі.

   Я навіть не знаю, якими були б розміри дротяної або шинної планки, але давайте поїдемо з відносно низькою індуктивністю геометрії: суцільний мідний стовп діаметром 2 дюйма. Якщо в простій прямій лінії, це буде ~ 728nH індуктивності на метр. При 10 кА цей провідник матиме приблизно 35 Дж енергії, що зберігається тільки в його магнітному полі!

   Звичайно, на практиці він буде набагато нижчим, оскільки зворотний провідник буде поруч, і, ймовірно, це будуть великі плоскі шини, що ще більше знизить індуктивність.

   Але все-таки - вам слід запланувати кабель розміром 10 кА, щоб викликати вражаючі збої в чомусь, що пов'язано з ним, якщо щось піде не так. У тому числі (або особливо?) Такі речі, як дошка $ 1800 NI DAQ. Існує закон, який можна отримати із закону Мерфі, який стверджує, що чим дорожче обладнання для збору даних, тим ретельніше він буде знищений у разі вини.

   Я жартую, але ви розумієте - ізоляція не є чим слід звільнятись у цій ситуації.

Тепер є одна причина використання шунта: Точність.

Хоча я б очікував, що деяка частина цієї переваги погіршується через похибки, введені від ефектів термопари в місцях стику, де шунт підключений до фактичних провідників струму, а також сенсорних ліній. Додаткові джерела помилок увійдуть у зображення, якщо цей струм також не є постійним струмом.

Але, незважаючи на це , шунт НЕ буде , що набагато більш точним , ніж розумне рішення , яке я збираюся запропонувати. Різниця полягає в порядку 0,25% (найкращий випадок) проти 1% (найгірший випадок). Якщо ви вимірюєте 10000 ампер, що становить ± 100 А серед друзів?

Тож на закінчення не використовуйте шунт.

Я чесно можу придумати не гірший варіант, ніж шунт . Скористайтеся однією з десятків підходящих затискаючих зондів Hall Effect.

Причина, що більшість ручних затискачів піднімається лише до 2 000 А, полягає в тому, що набагато поза цим і провідник був би занадто великим або в незвичній формі (наприклад, широка і плоска шина, що вимагає занадто затискача). великий, щоб перейти на будь-який портативний ручний.

Але вони, безумовно, роблять затискаючі або цикличні датчики струму, які мають діапазон вимірювань не тільки до 10000А, але і значно вище цього. Тому просто використовуйте один із них. Вони високоякісні, безпечні, чисто магнітні (працюють на ефект Холла), повністю ізольовані та характеризуються чутливістю порядку 0,3мВ / А.

Щось на зразок Clamp-on Current Pronde (раніше пов’язаний зі своєю сторінкою в Amazon).

І у них є гарні величезні вікна розміром від 77 до 150 мм для розміщення кабелів. Якщо ви не поїхали з чимось екзотичнішим ... і холодом.

Так чи інакше, я припускаю, що ваш кабель схожий на одне з рішень на цій фотографії:

У будь-якому разі, розважайтеся. Будь обережним. Сподіваємось, ти не супер лиходій.

Я працював над стартером з електровозами років тому, запускаючи генератор-супутник заднім ходом, щоб запустити двигун із 3-фазним інвертором IGBT, який ми розробили. Ми легко отримали 10 кА на фазу струму, щоб зламати силу локомотивного дизеля. Ми вимірювали фазовий струм (для цілей векторного управління) за допомогою датчиків струму в закритому циклі від корпорації LEM.

Ви можете знайти датчики струму до 20 кА на їхньому веб-сайті, вони також можуть робити власні датчики, якщо ви хочете придбати багато з них:

Датчики струму ЛЕМ

Моя компанія забезпечила поточні лічильники до 15 кА для обшивки ванн. Вони просто використовували шунти (50mV або 60mV = 15kA IIRC).

Якщо ваш струм має дуже високочастотний компонент, можливо, вам доведеться вжити спеціальних запобіжних заходів - це не потребує великої індуктивності, щоб викликати проблеми.

Також зауважте, що 10kA * 50mV падіння становить 500 Вт, тому вони будуть розсіювати неабияку потужність при повному струмі.

Обидві вищевказані проблеми можна зменшити або уникнути, використовуючи датчики LEM, запропоновані JohnD (+1), однак вартість може бути вищою у випадках, коли слід виміряти відносно постійний струм постійного струму.

Якщо є можливість запустити експериментальну установку на меншому струмі тимчасово, можна вибрати будь-які дві відкриті плями на будь-якому провіднику в установці, приєднати вольтметр, відкалібрувати відомий струм і використовувати цю довжину провідника як внутрішній шунт .

Ви можете отримати шунти на поточному рівні. Ось одна серія товарів від однієї компанії. У них є інші моделі, є й інші постачальники.

Серії G Шунти

Розряд ковпачка починається нижче 50 В і складає 10 кА?

Варто порахувати, що | Z | повинно бути, щоб зняти це .... Я не більше , і якщо велика частина цього є індуктивним, значення буде потрібно ще нижчим, оскільки індуктивність буде обмежувати швидкість підйому. $5 \cdot 10^{-3} \Omega$

Зазвичай початковою точкою для швидких імпульсів високого струму є пара на величину більше напруги на банку ковпачків та мережа формування імпульсу.

Я б сказав, що пропозиція Роговського, вони досить швидкі, щоб побачити дію, і накладають мінімальний тягар.

Це імпульсний додаток, тому втрати не накладають великих розмірів кабелю, але геометрія має значення для контролю індуктивності, продумайте широку мідну фольгу, розділену тонкою ізоляцією, щоб мінімізувати ділянки петлі, врахуйте, що механічних сил буде багато індуковані магнітними полями між провідниками.$I^2R$

Тримайте енергію порівняно мало (Більші ковпачки НЕ допомагають сильно, тому що вони починають самоіндуктивність) і малий рівень енергії == безпечний рівень енергії.

Я не думаю, що ви легко збираєтесь поставити 10 кА з банку з 50 В, але я чекаю слова спроби спроби з відсотком.

Він думає про 50 Ом сигналів, і шунт з нижчим коефіцієнтом ШОЕ, ніж ваші суперкапки, 50 мВ - найкраща відповідь для датчика струму розрядки.

Я б використовував 1/2 "мідну сантехніку і зробив стандартне падіння 50мВ. Інші радники, можливо, не вважали, що загальний коефіцієнт втрат / розряду енергії є досить ефективним, надзвичайно коротким за тривалістю і, таким чином, відносно низькими втратами енергії в джоулях і навряд чи підвищиться 1'C.

Потрібно визначити ESR * C = Td, час розряду.

• потім використовуйте хороший коаксіальний з низькими втратами при 1 / Тд і 50 Ом, що закінчується, з імпульсом виявлення ідеально рівним без дзвінка і реагувати швидше, ніж імпульс Td.

Втрати потужністю 500 Вт для створення імпульсу 50 мВ при <100нс - це дуже низька енергія навіть при 10 кА.

Я точно використав цей метод для 100kA, і єдиним трюком було усунення індукованих перехресних розмов (EMI), але використовуючи 6-дюймові мідні зброї на 1-футовий шунт, щоб отримати 50mV в повному масштабі.

• для ідеальної симетричної для сигналу та зворотної довжини, я б використовував напівжорсткий коаксіаз між довжинами для підключення до прямокутного коаксіального коакса з щитом-землею, що закінчується лише у джерела крана.

Якщо коаксіальний механізм не викладений з ідеальним прямим кутом до тракту високого струму, то виникнуть помилки з’єднання антени. Очевидно, що для підключення до мідної трубки потрібні широкі мідні фланці, припаяні пропановим факелом, потім короткий дріт зварювальника або важкий літт, щоб знизити індуктивність набагато нижче 100 нГ, тим краще.

Більшість інших відповідей припускають, що потрібно вимірювати 10KA постійно . Однак, згадане вами використання показує, що це лише для імпульсу близько 5 мілісекунд. Через цей короткий час єдиний спосіб отримати вимірювання - це використовувати область зберігання для захоплення форми хвилі.
Вам також потрібен датчик, підключений до області ". Будь то маневровий або затискач, це не дуже важливо, доки воно "відповідає" області використання.

Слід застосовувати та дотримуватись належних заходів безпеки (як у згаданому експерименті).

Коли мені було 13, я зробив подібний експеримент, і я зробив пару колекторів міді з мідними трубами, припаяними між колекторами. Ефективно шунт. Потім я поклав на нього холосний затискач і застосував область для вимірювання пульсу та інтегрував область під кривою.

Я впевнений, що є багато кращих способів зробити це, але для 13 років, які мають сферу застосування та побутові інструменти, це спрацювало. Можливо, ви могли б використовувати два мідні шини і створити між ними зварювальні дроти.

Забігаючи до магазину металобрухту та магазину надлишків електроніки у місті, завжди було багато цікавого, і здебільшого вони мені його просто дарували.

Моя пропозиція полягала б у тому, щоб або виміряти зміщення кільця / сили, і повернутися до струму.

Або ви могли просто побудувати одну красу електромагніту ... і виміряти поле з іншого боку вашого класу ...

Що стосується загальної частини питання про те, як вимірювати надзвичайно великі струми, існують також пристрої під назвою FOCS, які використовують ефект фарадея для визначення магнітного поля проводу, а потім обчислення струму. Наприклад, ABB продає такі пристрої для вимірювання до 500 кА постійного струму. Дивіться також: http://www.ee.co.za/wp-content/uploads/legacy/ABB%20Innovation%20in%20high%20DC.pdf

Я не можу сказати вам, як виміряти струм постійного стану. Однак вам, здається, цікаво вимірювати пульс. Якщо у вас один із провідників досить ізольований, ви можете розмістити поруч прямокутну петлю з однією стороною, паралельною вашому сильному струму. Виміряйте індуковану напругу і запишіть її осцилографом. Це дасть вам ДЕРІВАТИВНУ Вашу течію. Оскільки в сенсовому циклі дуже мало потоків струму, то вплив на вимірюваний струм буде незначним, як це могло бути з шунтом.

Вам би довелося мати ізольований прямий переріз струмового провідника для декількох розмірів петлі; жодних інших провідників і нічого феромагнітного навколо, щоб зіпсувати циліндричну симетрію поля! А калібрування залежатиме від того, наскільки точно ви побудуєте та розташуєте петлю щодо основного провідника струму. Оскільки ви - фізик, я думаю, ви зможете шукати μ̻ і обчислювати індуковану напругу (вольт-секунд / ампер) в сегментах петлі, паралельних провіднику важкого струму. Обов’язково віднімайте напругу, індуковану в задньому краї петлі!

Гаразд, ви відчули та записали dI / dt. Щоб отримати фактичний струм, є два шляхи: якщо ваш осцилограф підтримує його, перенесіть вибіркові та квантовані дані осцилографа в електронну таблицю і зробіть там інтеграцію, щоб отримати фактичний струм. Або ви можете використовувати аналоговий інтегратор між діапазоном і потоком датчика струму.

Індукція - це не просто теорія; це справді працює.

Який стандартний спосіб вимірювання струму близько 10 000 А? Здається, затискачі постійного струму мають лише масштаби до 2000 А.

струм вашого розряду, ймовірно, нікуди не наблизиться до такого струму.

з урахуванням сказаного, трансформатор струму був би моїм способом його переходу: простий, ефективний та дешевий: просто потрібен шматочок дроту, що петлюється навколо провідника.

проте його калібрування може бути складним.

окрім цього, спробуйте кілька датчиків ефекту Холла -> тримайте його подалі від провідника. Я не впевнений у їх динамічних характеристиках - щось, ймовірно, важливе тут.

інша ідея: якщо припустити, що ви не збираєтеся підтримувати 10000 ламп, то, швидше за все, тут ви будете використовувати худі дроти. з цим можна просто набрати дві точки і виміряти падіння напруги над двома точками. самостійне нагрівання не було б проблемою, якщо струм підтримується протягом певного періоду часу.

в основному сам провідник є резистором для відбору проб.

це не спрацює, якщо ви використовуєте мідні прутки в якості трубопроводу.