Làm cách nào để đo 10.000 A DC?

Cách tiêu chuẩn để đo dòng điện khoảng 10.000 A là gì? Đồng hồ kẹp DC dường như chỉ có thang đo lên tới 2.000 A.

Biên tập

Một số nền tảng của câu hỏi này:

Tôi là một giáo viên vật lý trường trung học và tôi đang cố gắng cải thiện một số thí nghiệm cổ điển bằng cách sử dụng dòng điện cao từ phóng điện siêu tụ điện.

Cụ thể, tôi đang tìm kiếm một cách tốt để đo dòng phóng của một siêu tụ điện trong thời gian rất ngắn như trong thí nghiệm "vòng nhảy" này:

Một sửa đổi an toàn và hiệu quả của thí nghiệm nhảy vòng của Thomson

Động lực thứ hai cho câu hỏi này chỉ là vì tôi chỉ muốn biết nó vì tò mò về kiến ​​thức nền tảng của tôi về cách thức thông thường để đo dòng điện cao như vậy ngày nay.

Không, đầu dò kẹp DC có tỷ lệ tốt trên ± 10.000A. Có ai thậm chí không kiểm tra Amazon về đầu dò hiện tại từ ± 12000A DC đến 40kHz của họ không?
Đua thôi. Nhưng bạn hoàn toàn có thể mua nó trên Amazon. Và họ có 10 trong kho. Không ai trong số họ đủ điều kiện cho Amazon Prime mặc dù :(.

Dù bạn làm gì, hãy bỏ qua tất cả những người này bảo bạn sử dụng shunt. Không, không sử dụng shunt. Hoàn toàn không có lợi thế nào khi sử dụng shunt trong ứng dụng này bên cạnh lợi thế đo lường rất nhỏ và những nhược điểm rất lớn một cách lố bịch.

Tại sao một shunt là một ý tưởng khủng khiếp:

1. Bất kỳ giải pháp nào hoạt động bằng cách đo điện áp điện trở của một dây dẫn (shunt) có thể có bất kỳ độ phân giải hợp lý nào cũng sẽ yêu cầu giảm điện áp quá lớn. Như một poster khác đã đề cập, một shunt 50mV điển hình sẽ tiêu tan 500W. Đây là một sự lãng phí năng lượng lớn vô trách nhiệm khi bạn có thể đo dòng điện với mức tiêu thụ điện năng ít hơn một watt.

2. Nó sẽ cần làm mát hoạt động riêng của mình mọi lúc. Vì vậy, có rất nhiều năng lượng bị lãng phí, nhưng quan trọng hơn, bạn đã đưa một điểm thất bại duy nhất vào hệ thống phân phối điện của mình. Những gì đã từng có thể mang theo một cách thụ động theo thứ tự 10kA sẽ thất bại rất nhanh nếu tại bất kỳ thời điểm nào, việc làm mát cho shunt không thành công hoặc mất hiệu suất, khiến shunt tan chảy và hoạt động như 10kA bị thổi phồng và chậm nhất thế giới cầu chì từng được thực hiện.

3. Chúng ta đừng tự đùa, người ta không chỉ tình cờ đưa một shunt 10kA nối tiếp với cáp dung lượng 10kA bằng cách sử dụng kẹp cá sấu và giắc chuối. Cài đặt một thiết bị như vậy nối tiếp với hệ thống cáp đó sẽ là một nhiệm vụ không hề nhỏ và nó sẽ không phải là thứ bạn có thể dễ dàng loại bỏ trong một ý thích bất chợt. Tôi hy vọng nó sẽ trở thành một trách nhiệm vĩnh viễn trong hệ thống của bạn.

4. Tôi không quan tâm nếu cáp mang 10kA ở 1V (vì bất kỳ lý do gì) - Tôi (và chính bạn nên) yêu cầu cách ly điện trong một thiết bị đo như vậy. 10kA là rất nhiều dòng điện, và nó không thể giúp lưu trữ một lượng năng lượng đáng sợ trong từ trường.

   Tôi thậm chí không biết kích thước của một dây hoặc thanh cái có khả năng mang theo là gì, nhưng hãy đi với một hình dạng có độ tự cảm tương đối thấp: một cột đồng rắn có đường kính 2 inch. Nếu trong một đường thẳng, đơn giản, nó sẽ có ~ 728nH độ tự cảm trên mỗi mét. Ở mức 10kA, dây dẫn này sẽ có khoảng 35J năng lượng được lưu trữ trong từ trường của nó!

   Tất nhiên, trong thực tế, nó sẽ thấp hơn nhiều vì dây dẫn trở lại sẽ ở gần và nó có thể là các thanh bus lớn, phẳng, càng làm giảm độ tự cảm.

   Nhưng vẫn vậy - bạn nên lập kế hoạch cho cáp 10kA để gây ra một số thất bại ngoạn mục trong bất kỳ điều gì được kết nối với nó nếu có bất cứ điều gì sai. Bao gồm (hoặc đặc biệt?) Những thứ như một bảng NIQ $ 1800. Có một luật mà người ta có thể rút ra từ luật của Murphy nói rằng thiết bị thu thập dữ liệu càng đắt tiền, nó sẽ càng bị phá hủy triệt để trong trường hợp xảy ra lỗi.

   Tôi vui vẻ, nhưng bạn có được quan điểm của tôi - sự cô lập không phải là thứ để loại bỏ trong tình huống này.

Bây giờ, có một lý do để sử dụng một shunt: Độ chính xác.

Mặc dù tôi hy vọng rằng một số lợi thế này bị suy giảm do lỗi được đưa ra từ các hiệu ứng cặp nhiệt điện tại các điểm nối mà shunt được kết nối với các dây dẫn mang dòng thực tế, cũng như các đường cảm giác. Các nguồn lỗi bổ sung sẽ nhập vào hình ảnh nếu dòng điện này không phải là DC.

Nhưng, bất kể, một shunt sẽ không được mà chính xác hơn nhiều so với các giải pháp hợp lý mà tôi sắp đề nghị. Sự khác biệt là theo thứ tự 0,25% (trường hợp tốt nhất) so với 1% (trường hợp xấu nhất). Nếu bạn đang đo 10.000 amps, thì bạn bè có 100A là bao nhiêu?

Vì vậy, trong kết luận, không sử dụng một shunt.

Thành thật tôi có thể nghĩ không có lựa chọn nào tồi tệ hơn một shunt . Sử dụng một trong hàng chục đầu dò kẹp hiệu ứng Hall phù hợp.

Lý do hầu hết các đồng hồ kẹp cầm tay chỉ có thể lên đến 2.000A là bởi vì vượt xa điều đó và dây dẫn sẽ quá lớn hoặc có hình dạng bất thường (ví dụ, thanh xe buýt rộng và phẳng) sẽ yêu cầu kẹp quá. lớn để đi trên bất cứ thứ gì cầm tay

Nhưng họ chắc chắn thực hiện các đầu dò hiện tại kẹp hoặc vòng lặp có phạm vi đo không chỉ đến 10.000A, mà còn cao hơn nó. Vì vậy, chỉ cần sử dụng một trong những. Chúng có chất lượng cao, an toàn, hoàn toàn từ tính (hoạt động dựa trên Hiệu ứng Hall), tách biệt hoàn toàn và đặc trưng, ​​độ nhạy theo thứ tự 0,3mV / A.

Một cái gì đó giống như Kẹp thăm dò hiện tại (trước đó được liên kết với trang của nó trên Amazon).

Và họ có các cửa sổ lớn rất đẹp từ 77mm đến 150mm để phù hợp với hệ thống cáp của bạn. Trừ khi bạn đã đi với một cái gì đó kỳ lạ hơn ... và thư giãn.

Dù bằng cách nào, tôi cho rằng hệ thống cáp của bạn trông giống như một trong những giải pháp trong hình này:

Dù sao, hãy vui vẻ. Hãy an toàn. Hy vọng bạn không phải là một nhân vật phản diện siêu hạng.

Tôi đã làm việc trên một máy khởi động đầu máy điện nhiều năm trước, chạy máy phát điện xoay chiều ngược lại để khởi động động cơ với biến tần IGBT 3 pha mà chúng tôi đã phát triển. Chúng tôi dễ dàng có được 10kA mỗi pha của dòng điện để phá vỡ sự kỳ thị của động cơ diesel đầu máy. Chúng tôi đã đo dòng điện pha (cho mục đích điều khiển véc tơ) với các cảm biến dòng điện vòng kín từ tập đoàn LEM.

Bạn có thể tìm thấy các cảm biến hiện tại lên đến 20kA trên trang web của họ, họ cũng có thể thực hiện các cảm biến tùy chỉnh nếu bạn muốn mua nhiều trong số chúng:

Cảm biến dòng điện LEM

Công ty của tôi đã cung cấp các mét hiện tại lên đến 15kA cho phòng tắm mạ. Họ chỉ sử dụng shunts (50mV hoặc 60mV = 15kA IIRC).

Nếu hiện tại của bạn có nhiều thành phần tần số cao, bạn có thể cần phải thực hiện các biện pháp phòng ngừa đặc biệt - nó không mất nhiều điện cảm để gây ra vấn đề.

Cũng lưu ý rằng mức giảm 10kA * 50mV là 500W vì vậy chúng sẽ tiêu tan một chút công suất ở mức hiện tại.

Cả hai vấn đề trên đều có thể được giảm hoặc tránh bằng cách sử dụng các cảm biến LEM được đề xuất bởi JohnD (+1), tuy nhiên chi phí có thể cao hơn trong trường hợp cần đo dòng điện một chiều tương đối ổn định.

Nếu có một cách để chạy thiết lập thử nghiệm ở dòng điện thấp hơn tạm thời, người ta có thể chọn bất kỳ hai điểm tiếp xúc nào trên bất kỳ dây dẫn nào trong thiết lập, gắn vôn kế, hiệu chỉnh với dòng điện đã biết và sử dụng chiều dài của dây dẫn như một shunt nội tại .

Bạn có thể nhận được shunts ở mức hiện tại. Đây là một loạt sản phẩm từ một công ty. Họ có các mô hình khác và có các nhà cung cấp khác.

Dòng G

Cap xả bắt đầu dưới 50V và làm 10kA?

$5 \cdot 10^{-3} \Omega$

Thông thường điểm khởi đầu cho các xung dòng cao nhanh là một vài bậc điện áp lớn hơn trên bờ nắp và mạng hình thành xung.

Tôi sẽ đề nghị thứ hai rogowski, họ đủ nhanh để thấy hành động, và áp đặt gánh nặng tối thiểu.

$I^2R$

Giữ năng lượng tương đối nhỏ (Mũ lớn hơn KHÔNG giúp ích nhiều vì chúng quên đi độ tự cảm) và mức năng lượng nhỏ == mức năng lượng an toàn.

Tôi không nghĩ rằng bạn sẽ dễ dàng cung cấp 10kA từ ngân hàng giới hạn 50V, nhưng tôi chờ đợi nỗ lực cố gắng với lãi suất.

Nó nghĩ về tín hiệu 50 Ohm và shunt có ESR thấp hơn so với siêu mũ của bạn, 50 mV là câu trả lời tốt nhất cho cảm biến dòng xả.

Tôi sẽ sử dụng hệ thống ống nước bằng đồng 1/2 "và giảm 50mV tiêu chuẩn. Các cố vấn khác có thể không coi tổng tỷ lệ tổn thất / xả điện là hiệu quả hợp lý, thời gian cực ngắn và do đó mất năng lượng tương đối thấp ở Joules và thậm chí sẽ không tăng 1'C.

Bạn cần xác định ESR * C = Td, thời gian xả.

• sau đó sử dụng dỗ tốt với mức tổn thất thấp ở mức 1 / Td và phạm vi kết thúc 50 Ohm với xung phát hiện hoàn toàn phẳng mà không đổ chuông và phản hồi nhanh hơn xung Td.

Mất 500W để tạo xung 50mV trong <100ns là năng lượng rất thấp ngay cả ở mức 10kA.

Tôi đã sử dụng chính xác phương pháp này cho 100kA và mẹo duy nhất là loại bỏ nhiễu xuyên âm gây ra. (EMI) nhưng sử dụng 6 "cánh tay đồng rắn cho shunt 1 ft để có được thang đo đầy đủ 50mV.

• để đối xứng hoàn hảo cho tín hiệu và độ dài trở lại, tôi sẽ sử dụng dỗ dỗ nửa cứng giữa các độ dài để kết nối với dỗ dỗ định tuyến góc phải với mặt đất chỉ được kết thúc tại nguồn vòi.

Nếu sự dỗ dành không được đặt ra với các góc vuông hoàn hảo với đường dẫn cao, thì sẽ xảy ra lỗi ghép ăng ten. Rõ ràng kết nối với ống đồng cần mặt bích đồng rộng được hàn bằng đèn khò propane sau đó là dây thợ hàn ngắn hoặc dây Litz nặng để giảm độ tự cảm xuống dưới 100nH, hạ thấp tốt hơn.

Hầu hết các câu trả lời khác đã cho rằng bạn muốn đo 10KA liên tục . Tuy nhiên, việc sử dụng được tham chiếu của bạn cho thấy rằng nó chỉ cho một xung khoảng 5 mili giây. Do thời gian ngắn này, cách duy nhất bạn có thể có được phép đo là sử dụng phạm vi lưu trữ để chụp dạng sóng.
Bạn cũng cần một cảm biến được kết nối với phạm vi '. Cho dù đó là shunt hay kẹp, không quan trọng lắm, miễn là nó "khớp" với phạm vi 'đang được sử dụng.

Các biện pháp an toàn thích hợp nên được thực hiện và tuân theo (như trong thí nghiệm được tham chiếu).

Khi tôi 13 tuổi, tôi đã làm một thí nghiệm tương tự, và những gì tôi đã làm là tạo ra một cặp ống đồng với các ống đồng được hàn giữa các ống góp. Hiệu quả một shunt. Sau đó, tôi đặt một cái kẹp hội trường vào nó và sử dụng một phạm vi để đo xung, và tích hợp khu vực dưới đường cong.

Tôi chắc chắn có rất nhiều cách tốt hơn để làm điều đó, nhưng với 13 yo với phạm vi và các công cụ gia đình, điều này đã làm việc. Có lẽ bạn có thể sử dụng hai thanh bus đồng và tạo các shunt dây hàn giữa chúng.

Chạy đến nơi bán kim loại phế liệu và cửa hàng thặng dư điện tử trong thành phố luôn có rất nhiều thứ thú vị, và phần lớn, họ chỉ đưa nó cho tôi.

Đề nghị của tôi sẽ là đo chuyển vị của vòng / lực và hoạt động trở lại hiện tại.

Hoặc bạn có thể tạo ra một vẻ đẹp của nam châm điện ... và đo trường của nó từ phía bên kia của lớp học ...

Liên quan đến phần chung của câu hỏi làm thế nào để đo dòng cực lớn, cũng có những thiết bị gọi là FOCS sử dụng hiệu ứng faraday để xác định từ trường của dây và sau đó tính toán dòng điện. Ví dụ, ABB bán các thiết bị như vậy để đo tới 500 kA DC. Xem thêm: http://www.ee.co.za/wp-content/uploads/legacy/ABB%20Innovation%20in%20high%20DC.pdf

Tôi không thể cho bạn biết làm thế nào để đo dòng trạng thái ổn định của bạn. Tuy nhiên, bạn dường như quan tâm đến việc đo xung. Nếu bạn có một trong các dây dẫn cách ly đủ, bạn có thể đặt một vòng hình chữ nhật gần đó với một bên song song với dòng điện cao của bạn. Đo điện áp cảm ứng và ghi lại bằng dao động. Điều đó sẽ cung cấp cho bạn DERIVECT của hiện tại của bạn. Vì rất ít dòng chảy trong vòng cảm giác, sẽ có tác động không đáng kể đến dòng điện được đo khi có thể có shunt.

Bạn sẽ phải có một phần thẳng bị cô lập của dây dẫn hiện tại nhiều lần kích thước vòng lặp; không có dây dẫn khác và không có sắt từ xung quanh để làm rối loạn tính đối xứng hình trụ của trường! Và hiệu chuẩn sẽ phụ thuộc vào cách bạn xây dựng và định vị chính xác vòng lặp đối với dây dẫn chính hiện tại. Vì bạn là một người vật lý, tôi nghĩ bạn sẽ có thể tra cứu μ̻ và tính điện áp cảm ứng (volt-giây / amp) trong các đoạn vòng song song với dây dẫn nặng. Hãy chắc chắn để trừ điện áp gây ra ở cạnh sau của vòng lặp!

OK, bạn đã cảm nhận và ghi lại dI / dt. Để có được dòng điện thực tế, có hai cách: nếu máy hiện sóng của bạn hỗ trợ nó, hãy chuyển dữ liệu dao động được lấy mẫu và lượng tử hóa vào bảng tính và thực hiện tích hợp ở đó để có được dòng điện thực tế. Hoặc bạn có thể sử dụng một bộ tích hợp tương tự giữa phạm vi và vòng cảm biến tốc độ hiện tại.

Cảm ứng không chỉ là một lý thuyết; nó thật sự có hiệu quả.

Cách tiêu chuẩn để đo dòng điện khoảng 10.000 A là gì? Đồng hồ kẹp DC dường như chỉ có thang đo lên tới 2.000 A.

dòng xả của bạn có thể sẽ không nhận được bất cứ nơi nào gần loại hiện tại.

với điều đó đã nói, một máy biến áp hiện tại sẽ là cách của tôi: đơn giản, hiệu quả và rẻ tiền: chỉ cần một đoạn dây vòng quanh dây dẫn.

có nó được hiệu chỉnh tuy nhiên có thể là khó khăn.

thiếu điều đó, hãy thử một số cảm biến hiệu ứng hội trường -> giữ nó cách xa dây dẫn. Tôi không chắc về đặc điểm động của chúng - một cái gì đó có thể quan trọng ở đây.

một ý tưởng khác: giả sử rằng bạn sẽ không duy trì 10.000amp, bạn có khả năng sử dụng dây mỏng ở đây. với điều đó, bạn có thể chỉ cần lấy hai điểm và đo điện áp rơi trên hai điểm. tự sưởi ấm sẽ không thành vấn đề trừ khi dòng điện được duy trì trong một khoảng thời gian.

về cơ bản, dây dẫn là một điện trở lấy mẫu.

nó sẽ không hoạt động nếu bạn đang sử dụng các thanh đồng cứng như ống dẫn.