Безпека каскаду Вільярда


12

Мій син-підліток останнім часом у вільний час будує мультиплікатори Коккрофта-Уолтона, і я, можливо, мало хвилююся у випадку, якщо він пошкодить себе електричним струмом. Його ланцюг живиться 4 послідовними елементами АА (6 В), і, судячи з іскрової щілини, йому вдалося дістатись до 6 кВ за допомогою осцилятора і трансформатора, а потім за каскадом Коккрофта-Уолтона. Оскільки він будує це на простій макетній дошці, то між ним та частинами ланцюга немає ізоляції, і він мені вже сказав, що у нього було декілька поштовхів.

Я фізик, який працює в університеті, тому я роздивився положення щодо побутової техніки в Європі, і я думаю, що це повинно бути нормально (ми використовуємо ті самі правила, щоб оцінювати демонстрації генераторів Van der Graaf). Загальна ємність каскадної схеми закінчується приблизно в 1 nF, тому при 6000 В загальний заряд повинен бути 6uC, що, на мою думку, повинно бути безпечним (EN-60335-1), але оскільки я не інженер, я не можу сказати точно .

Моє запитання: чи варто зупинити мого сина на їх будівництві? Я завжди заохочував творчість і його любов до електроніки, але не хочу, щоб він отримав травму чи гірше.


Якщо він хороший у в'язанні, можливо, ви можете порадити йому в’язати заземлену сорочку з мідного дроту? (Це повинно працювати як клітка фарадеїв, але я, очевидно, не перевіряв безпеку цього.)
Оскар Ског

7
Якщо він працює від акумулятора, і його можна тримати в одній руці (що обмежує об’єм ковпачків і так накопичена енергія (більш сиру, ніж 60335-1, але простіше в застосуванні)), то це зазвичай досить безпечно. Справжня небезпека починається з підключення до електромережі. Не змушуйте його в'язати сорочки з мідного дроту, це вирішення іншої проблеми.
Neil_UK

1
Дякую, у мене було таке ж враження щодо використання акумуляторів, які роблять це безпечним, і він каже мені, що каскад трансформатора плюс напруги робить струм дуже низьким поверх цього.
HGros

3
люди загинули від тазерів (невеликих одноручних акумуляторних пристроїв)
dandavis

Відповіді:


24

Шокований - це добре. Крапля припою на одязі та шкірі - це добре. Ходити пальцями по гострих металевих краях добре. Люди виживають, досліджуючи. Люди навчаються від болю. Інакше ми будемо ковтати на болотах.

У дитинстві я відчув 117 пальців змінного струму через пальці ніг від старих силових трансформаторів. Я навчився сидіти на дерев'яних стільцях і не торкатися пальцями ніг до бетонної підлоги.

Пізніше, коли «калібрував» осцилоскоп, я штовхнув обшитий приціл до металевої лавочки, торкнувшись розетки трубки EICO до лавки, а потім нахилився животом до передньої частини лавки через сорочку, і Знову торкнувся моїх грудей через сорочку до шасі, коли я дотягнувся далеко, щоб налаштувати потенціметр "фокусування". 3000 вольт по грудях. Я просидів, приголомшений, пару хвилин.

Але у мене було ще кілька уроків про високу напругу, які ще слід вивчити.

Нехай ваш син перегляне кілька відеозаписів про високу напругу.

Навчіть його фокусу "тримати одну руку в кишені" навколо високої напруги.

EDIT: Тоді великий струм; Професор коледжу розповів про приятеля, який втратив лівий безіменний палець, адже обручка закінчилася сильним потоком , завдяки чому кільце світилося червоним, вбиваючи шкіру, м’язи, сухожилля та кістку.

У мене також було встановлено, що драйвери MOSFET для воріт MOSFET відривають верхню частину пакета під час події "біполярного оснащення", коли конденсатори для зберігання 1000 мкФ всередині величезної лабораторії HP мали потребу вивантажувати свою енергію в 2 мм × 4 мм кремній водія воріт. Ніхто з нас троє, зависаючи досить близько, не потрапив. Але після цього я завжди розміщував аркуш паперу на вершині ланцюга, щоб перехопити більше скидів енергії ІС. Енергія? 1/2 * C * V ^ 2 = 0,5 * 1,000uf припускається (не відкривав подачу HP) * 20v * 20v = 200 мілі джоулів, що пояснює, чому пластиковий верх DIP був здутий. І пропустив наші 6 очей (тхо я носив окуляри).

РЕДАКТИРУВАННЯ: Здув водія затвора був надзвичайним, тому що я сприйняв урок і зрозумів небезпеку накопиченої енергії в 1000 мкФ шапки. Я дізнався, як дражнити дракона при оцінці біполярного оснащення, дозволяючи лише 1000 пФ вправо через драйвер воріт, з резистором 220 Ом до (експериментально змінної) Vdd. Використовуючи довгопровідний 1000 пФ (3 ″ відведення, 6 ″ загальної кількості або 100 нанохенрі) разом із зовнішнім 1000 pF і вкладеним добре підкладкою ~ 1000 pF, під час подій комутації кремній VDD_GND руйнується, а потім відновлюється. На 5 або 10 або 15 вольт вище номінальних 18 вольт. На деякому рівні магістраль дзвінка (кільця 100 нГ та 500 пФ при 22 МГц) викликала достатній перехідний заряд у кремній, який стався біполярним оснащенням, і ВДД (подається 1, 000 пФ) буде всмоктуватися до 16 або 17 вольт, після чого оснащення самозагаситься. Я запускав ці пристрої в режимі швидкого звороту на 100 кГц без пошкоджень, оскільки діагностував перехідний шлях заряду і зрозумів, що потрібно змінити схему розташування. Серенда. Енергія? 0,5 * C * V ^ 2 = 0,5 * {загальний протоборд + кремнієва кришка = 2000pF} * 31,6 вольт ^ 2 = 1,000pF * 1000 (вольт ^ 2) = 1microJoule.

Десятиліття назад, повертаючись з обіду, було сказано піти в лабораторію та оглянути "сміття" на лавці XXXX. Була 6панельна дротова обмотка (30 * 6 = 180 ІС), багато ІМС з верхівками підірвали. Виявляється висячий провідний кінець-вільний дріт закрутився навколо та навколо та під передньою кромкою лавки та ** INTO * гарячим контактом потужності 117 ВAC. Таким чином, керівництво хотіло, щоб усі інженери та технічні працівники переробили людей, щоб зрозуміти небезпеку того, як пружинисті кучеряві дротяні дроти обмотуються.

Ахххх Призначено на 400 ват Tritek комутацію поставок на пару тижнів, чомусь. Просто, щоб дати мені досвід роботи з комутаторами; Я не був дизайнером. Неодноразово жертовні 5-ватові захисні резистори із захисним струмом 5 ом --- вибухали, їх керамічні сердечники вибухали з корпусу, що охоплює тепло, і через доріжку між лавками, резистивний дріт, що тягнеться, як навідний провід для ракети TOW. Ми навчилися не стояти на шляху.

В цілях безпеки і без шуму в підвищених підсилювачах (100 дБ і 120 дБ) я навчився використовувати батареї 9 В (3 "на 3" на 4 ""). Висока маршрутизація викликала коливання майже весь час, поки я не навчився застосовувати "локальні батареї" з RC LPF на етапах VDD до LNA. Досить колекція ковпаків у 5000 фунтів у мене була.


3
був там, (смикався) ... робив усе це (здригався). Ви пропустили вибуховий 4,7 фут / 16 В конденсатор, зворотний зміщений бризок електроліту на обличчя (шум у вухах). Уроки не тримаються, доки вони не трапляться з вами , і розкладайте їх для дітей.
glen_geek

2
+1для (продумано відібраних) відеозаписів із смертю від високої напруги, можливо, згадка про кілька реальних випадків втрати життя, пов’язаних із відтворенням експериментів на YouTube, які були задокументовані. Чудово переживати ці речі, але трапляються прикрощі, і не всі вони - вольтметри.
uhoh

+1 LOL Мені довелося сміятися, що там робилося, а потім робив це знову лише на добру міру. Я впевнений, що у нас були всі ці моменти "ой .. це була погана ідея". А деякі з нас мають деякі шрами, щоб довести це.
Trevor_G

Також впевнений, що у більшості ЕЕ є чітка відсутність відбитків пальців і відчуття на кінчиках пальців ..
Trevor_G

1200 В постійного струму. Тільки один раз. | РФ від різних. Занадто багато укусів 230 В змінного струму. Дивно, але 50 В постійного струму на рамі електропроводки на задній частині руки дратує в дуже вологий день. Дзвінок по телефону не приємний. Індуктивний удар ступні односелекторного не приємно. || Все менше і менше експоненціально із збільшенням віку :-). || Люди померли з 12 ВДК через груди за виняткових обставин. || Світлодіодна лампа 12В постійного струму на риболовлі на підводній лові спричинила блокування користувачем msucle (друга). | Дугове зварювання (PV) з 250-ти ВВ-панелі напругою 30 В було несподіванкою. Детальніше .... :-)
Рассел Макмахон

12

Виглядає в безпеці від опису, який ви описуєте, доки він використовує лише батареї та тримає конденсатори невеликими. Помножувачі CW збільшують напругу, але зменшують струм, тому на вихідному кінці буде лише кілька сотень мікроампер.

EN60335-1 припускає, що при 15 кВ, якщо загальний заряд ударного струму менше 45 мікроколам, небезпеки не повинно бути. Схема вашого сина виглядає так, що це нижче, ніж Q = CV. Очевидно, що якщо він почне виходити на більш високі і більш високі напруги, йому знадобиться зменшити розмір кришок, щоб залишатися в безпеці. З 6000 В і 1 nF будь-який "шок" буде відчувати багато, як статичний удар від дверної ручки. Це також подібний вид виробництва, який мають торгові худоби.

Ще одна властивість каскадів CW полягає в тому, що вихідна напруга та струм залежать від навантаження: чим менший опір навантаження, тим менший струм, що робить їх справді неефективними, але також може врятувати ваш бекон, якщо ви до нього приєднаєтесь.

Я також погоджуюся з тим, що його слід контролювати, я думаю, що це майже безсумнівно.

Я думаю, що єдиний спосіб, коли 4 батареї типу АА (або D тощо) можуть бути небезпечними в ланцюзі, був би, якщо ланцюг, як описано вище, використовувався для зарядки величезного конденсатора. Я можу помилитися з цього приводу.


1
+1але хіба штоки для худоби дають такий самий "досвід користувача", як і статичний удар від ручки дверей?
uhoh

найгірші іскри дверної ручки: 150 пФ і 15 кВ = 34 міліюулів. Дивіться лоти на веб- сайті web.archive.org/web/20070210193125/http://www.jci.co.uk:80/… Найвищий показник коли-небудь був понад 50 кВ, це в зимових умовах на північному березі штату Аляска, після того, як ковзав по довгому сидінню на лавці у вантажівці.
wbeaty

7

Безпечний - відносний термін, те, що безпечно для однієї людини, може бути не для іншої, і як професіонал я не можу реально сказати, що він на 100% безпечний. Це звучить так, що задіяні енергії досить тривіально, але це не означає, що він не підчепить це до силового трансформатора через годину, щоб отримати більшу іскру. Крім того, навіть при цих значеннях він міг перенапружити конденсатор і призвести до його виходу з ладу досить сильно. Захисні окуляри були б хорошою ідеєю для цього та інших проектів.

Робота з електрикою завжди пов'язана з цим ризиками. Вони можуть бути від електричного струму, вибуху, опіків, розпалу вогню, хімічної дії та кількох інших. Це якраз і відповідає характеру роботи.

Ви мусите його зупинити? Добре, ви можете спробувати, але вам може бути краще, щоб він був належним чином навчений щодо ризиків та заходів безпеки, які він повинен вживати, щоб обмежити свою вразливість до чогось не так. Ці заходи повинні включати суворе обмеження: "Ми не граємо з електрикою, коли нікого іншого немає!" .

Існує ряд простих і складних вказівок в режимі он-лайн.

Можливо, провести з ним якийсь час, поки він експериментує. Вам може сподобатися, і я впевнений, що ваш син оцінить це.

ДОДАТОК: Хоча, як батько, я б вживав заходів, щоб гарантувати, що там, де працює хлопець, належним чином обладнаний. Правильні інструменти, обладнання, несправності заземлення, що перериваються, є важливими для освітлення, вентиляції.


6

НЕБЕЗПЕЧНО! Серцевість розряду шапки визначається енергією, а не кулонами.

Дивіться pdf: IEEE 2009: система класифікації електричних небезпек

Взагалі погано дозволяти вашим конденсаторам потрапляти в діапазон 10 джоулів і вище. Це, звичайно, для викидів через груди. Значна небезпека для серця починається з 20-річних розрядів. Нижче 10 джоулей основна проблема - скорочення м'язів, нарізання їх, забиття гострими предметами тощо.

0,001uF і 6KV дає 36 міліджаулів. Досить безпечно, якщо трохи боляче.

І все-таки серцеві ефекти залежать від щільності енергії, а не лише джоулів. Якщо ви зарізали гострий кінцевий конденсатор у ребро, енергія, подана в систему кардіостимулятора, була б на порядок вище, ніж якби до тих самих клем конденсатора торкнулися двома руками.

Працюючи із системами нагнітання, використовуйте лише одну руку. Таким чином випадкові викиди не перейдуть на ваші груди. Або ще краще, завжди залишайтеся дуже боязливими та параноїдними, що ви помилитесь і отримаєте невдалий захват. Певна серйозна повага (якщо не чистий терор) заздалегідь сприяє належним дослідженням, а також уникнути розвитку будь-яких неосвічених ризикованих поведінок при роботі з кіловольтними конденсаторами.


Цікаво. Чи знаєте ви, чому правила Великобританії 60335-1 говорять про те, що нижче 15 кВ заряд повинен бути менше 45 уС, а вище 15 кВ енергія повинна бути менше 350 мДж? Це визначає, чи вважається вихід "живим", але, мабуть, ви можете піти трохи вище і все-таки бути безпечним (я не читав твердого числа в регламенті).
Курт Ньюмен

Ого. 10J - це багато енергії, я дуже здивований, читаючи, що це може бути безпечним.
HGros

+1 за "Певна серйозна повага (якщо не чистий терор) заздалегідь сприяє належним дослідженням"
Trevor_G

@HGros не "безпечний", а лише нефібриляційний. Хіба в цьому документі не було сказано, що травми починаються з 1 Дж, від екстремальних скорочень м’язів?
wbeaty

3

Було кілька натяків на тему "живлення його від акумулятора, періоду". Існує вагомий привід не робити цього в експериментах, коли генерується кілька кіловольт, навіть якщо використовується нормально безпечне джерело живлення, яке тут не було згадано.

Високі напруги в кількості (максимальний постійний струм, акумульована енергія), яка зазвичай не могла завдати вам великої постійної шкоди, як і раніше, приносить принаймні такі небезпеки:

  • він може зламатися первинної до вторинної ізоляції в навіть харчуванні міцного - в гіршому випадку на постійній основі , так що речі, які не повинні бути безпосередньо підключені мережі зараз . Навіть джерело живлення, побудований ідеально для стандартів безпеки, швидше за все, може призвести до поломки ізоляції, якщо вам вдасться помилково вкласти більше 3-4 кВ проти землі в будь-який з її клем.

  • Дуги високої напруги дуже легко вражають. Якщо вам вдасться вдарити по дузі проти всього, що на ньому є мережевою мережею живлення (це може бути недосконало ізольований роз'єм біля вашої установки, як, наприклад, кришка шнура, що не вставляється в розетку, або щось, що піддається вентиляційному отвору в електроживленні випадок подачі ...), ця дуга тепер є провідником, здатним провести все, що з нею пов'язано (якщо вам пощастило, дуга триває лише до тих пір, поки не відбудеться нульовий перетин мережі змінного струму.).

Використовуючи наш веб-сайт, ви визнаєте, що прочитали та зрозуміли наші Політику щодо файлів cookie та Політику конфіденційності.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.