Как мне измерить 10000 А постоянного тока?

Каков стандартный способ измерения тока около 10000 А? Кажется, что измерительные клещи постоянного тока имеют весы до 2000 А.

редактировать

Некоторые предыстории этого вопроса:

Я учитель физики в средней школе, и я пытаюсь улучшить некоторые классические эксперименты, используя большие токи от ультраконденсаторного разряда.

В частности, я ищу хороший способ измерения тока разряда ультраконденсатора в течение очень коротких периодов времени, как в этом эксперименте с «прыгающим кольцом»:

Безопасная и эффективная модификация эксперимента Томсона с прыгающим кольцом

Вторая мотивация для этого вопроса была просто потому, что я просто хочу узнать его из любопытства, потому что я знаю, что является обычным способом измерения таких высоких токов сегодня.

Нет, зажимные датчики постоянного тока имеют весы значительно выше ± 10 000 А. Никто даже не проверяет Amazon на предмет их потребности в токовом датчике ± 12000A от постоянного тока до 40 кГц?
Я шучу. Но вы можете полностью купить это на Amazon. И у них есть 10 в наличии. Ни один из них не подходит для Amazon Prime, хотя :(.

Что бы вы ни делали, игнорируйте всех этих людей, говорящих вам использовать шунт. Нет, не используйте шунт. Использование шунта в этом приложении абсолютно бесполезно, кроме очень незначительного снижения точности измерений и невероятно огромных недостатков.

Почему шунт это ужасная идея

1. Любое решение, которое работает путем измерения резистивного напряжения проводника (шунта), которое может иметь любое разумное разрешение, также потребует чрезмерно большого падения напряжения. Как упоминалось в другом плакате, типичный шунт 50 мВ рассеивает 500 Вт. Это безответственно большая трата энергии, когда вы можете измерить ток менее чем потребляемой мощностью.

2. Он будет постоянно нуждаться в собственном активном охлаждении. Таким образом, затрачивается гораздо больше энергии, но, что более важно, вы внедрили единственную точку отказа в вашей системе распределения энергии. То, что когда-то было в состоянии пассивно переносить порядка 10 кА, очень быстро выйдет из строя, если в какой-то момент охлаждение шунта выйдет из строя или потеряет производительность, в результате чего шунт расплавится и будет действовать как самый дорогой и самый медленный удар в 10 кА в мире. Предохранитель когда-либо сделал.

3. Давайте не будем себя обманывать, просто не случайно подключить шунт на 10 кА с кабелем на 10 кА, используя зажимы типа «крокодил» и банановые гнезда. Последовательная установка такого устройства с этим кабелем будет нетривиальной задачей, и вы не сможете легко удалить ее по прихоти. Я ожидаю, что это станет постоянной ответственностью в вашей системе.

4. Мне все равно, если кабель имеет 10 кА при 1 В (по любой причине) - я (и вы сами должны) требовать гальванической развязки в таком измерительном приборе. 10 кА - большой ток, и он не может не хранить ужасающее количество энергии только в магнитном поле.

   Я даже не знаю, каковы были бы размеры провода или шины, которые можно было бы переносить, но давайте рассмотрим геометрию с относительно низкой индуктивностью: твердый медный полюс диаметром 2 дюйма. Если в простой, прямой линии, это будет иметь ~ 728 нГн индуктивности на метр. При 10 кА этот проводник будет иметь примерно 35 Дж энергии, запасенной только в его магнитном поле!

   Конечно, на практике он будет намного ниже, так как обратный проводник будет рядом, и, вероятно, это будут большие плоские шины, еще более снижающие индуктивность.

   Но все же - вы должны запланировать кабель 10 кА, чтобы вызвать некоторые впечатляющие сбои во всем, что связано с ним, если что-то пойдет не так. Включая (или особенно?) Такие вещи, как плата NI DAQ за 1800 долларов. Существует закон, который можно вывести из закона Мерфи, который гласит, что чем дороже оборудование для сбора данных, тем тщательнее оно будет уничтожено в случае неисправности.

   Я шучу, но ты понимаешь мою точку зрения - изоляция не должна быть отклонена в этой ситуации.

Теперь есть одна причина использовать шунт: точность.

Хотя я ожидал бы, что некоторые из этих преимуществ ухудшаются из-за ошибки, вызванной эффектами термопары в местах соединения, где шунт подключен к действующим токонесущим проводникам, а также к чувствительным линиям. Дополнительные источники ошибок будут вводить изображение, если этот ток также не постоянный.

Но, несмотря на это , шунт не будет , что гораздо более точным , чем разумное решение , которое я собираюсь предложить. Разница составляет порядка 0,25% (в лучшем случае) против 1% (в худшем случае). Если вы измеряете 10000 ампер, что такое ± 100А среди друзей?

Так что, в заключение, не используйте шунт.

Я, честно говоря, не могу придумать не худший вариант, чем шунт . Используйте один из десятков подходящих зажимных датчиков Холла.

Причина, по которой большинство ручных измерителей зажима достигает только 2000 А, заключается в том, что намного выше этого, и проводник будет слишком большим или необычной формы (например, широкая и плоская шина), что потребует слишком большого зажима. большой, чтобы пойти на что-нибудь портативное из рук в руки

Но они, безусловно, изготавливают измерительные щупы или токовые датчики, которые имеют диапазоны измерений не только до 10 000 А, но и значительно выше его. Так что просто используйте один из них. Они высококачественные, безопасные, чисто магнитные (работают на эффекте Холла), полностью изолированы и характеризуются чувствительностью порядка 0,3 мВ / А.

Что-то вроде текущего датчика (ранее связанного с его страницей на Amazon).

И у них есть красивые огромные окна размером от 77 мм до 150 мм, чтобы соответствовать вашей кабельной системе. Если вы не пошли с чем-то более экзотическим ... и расслабьтесь.

В любом случае, я предполагаю, что ваши кабели похожи на одно из решений на этой картинке:

В любом случае, получайте удовольствие. Быть в безопасности. Надеюсь, ты не супер злодей.

Я работал над электровозом-стартером несколько лет назад, запустив вспомогательный генератор задним ходом, чтобы запустить двигатель с 3-фазным инвертором IGBT, который мы разработали. Мы легко получили 10 кА на фазу тока, чтобы сломать шум дизельного двигателя локомотива. Мы измерили фазный ток (для векторного управления) с помощью датчиков холловского тока в замкнутом контуре от корпорации LEM.

Вы можете найти датчики тока до 20 кА на их веб-сайте, они также могут создавать собственные датчики, если вы хотите купить их много:

Датчики тока LEM

Моя компания предоставила счетчики тока до 15 кА для гальванических ванн. Они просто использовали шунты (50 мВ или 60 мВ = 15 кА IIRC).

Если ваш ток содержит высокочастотную составляющую, вам, возможно, придется принять особые меры предосторожности - для возникновения проблем не требуется большая индуктивность.

Также обратите внимание, что падение 10 кА * 50 мВ составляет 500 Вт, поэтому они будут рассеивать значительную часть мощности при полном токе.

Обе вышеуказанные проблемы можно уменьшить или избежать, используя датчики LEM, предложенные JohnD (+1), однако стоимость может быть выше в тех случаях, когда необходимо измерять относительно постоянный постоянный ток.

Если есть способ временно запустить экспериментальную установку при более низком токе, можно выбрать любые два открытых пятна на любом проводнике в установке, подключить вольтметр, откалибровать с известным током и использовать эту длину проводника в качестве внутреннего шунта. ,

Вы можете получить шунты на этом текущем уровне. Вот одна серия продуктов от одной компании. У них есть другие модели и есть другие поставщики.

Шунты серии G

Разряд крышки начинается ниже 50 В и составляет 10 кА?

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

Обычно отправной точкой для быстрых импульсов сильного тока является на пару порядков больше напряжения на блоке колпачков и сети формирования импульсов.

Я бы поддержал предложение Роговского: они достаточно быстры, чтобы увидеть действие, и налагают минимальное бремя.

$I^2R$

Держите энергию относительно маленькой (большие заглавные буквы НЕ помогают, потому что они порождают самоиндуктивность) и малый уровень энергии == безопасный уровень энергии.

Я не думаю, что вы легко подадите 10 кА от 50-вольтового банка, но я с интересом жду известий о попытке покушения.

Он думает о сигналах 50 Ом и шунте с более низким ESR, чем у ваших суперкапс, 50 ​​мВ - лучший ответ для датчика тока разряда.

Я бы использовал 1/2 "медную сантехнику и сделал бы стандартное падение напряжения 50 мВ. Другие консультанты, возможно, не сочли, что общее отношение потерь / разрядов мощности является достаточно эффективным, чрезвычайно коротким по продолжительности и, таким образом, относительно малыми потерями энергии в джоулях и вряд ли увеличится даже 1'C.

Вам необходимо определить ESR * C = Td, время разряда.

• затем используйте хороший коаксиальный кабель с низкими потерями при 1 / Td и 50-омном оконечном прицеле с импульсом обнаружения, совершенно ровным без звонка, и отвечайте быстрее, чем импульс Td.

Потеря 500 Вт для создания импульса 50 мВ при <100 нс - очень низкая энергия даже при 10 кА.

Я точно использовал этот метод для 100 кА, и единственная хитрость заключалась в устранении индуцированных перекрестных помех (EMI), но с использованием 6-дюймовых сплошных медных плеч для 1-футового шунта для получения полной шкалы 50 мВ.

• для идеальной симметрии для длины сигнала и возврата, я бы использовал полужесткий коаксиальный кабель между длинами, чтобы подключиться к прямолинейному коаксиальному кабелю с заземлением экрана только в источнике ответвления.

Если коаксиальный кабель не расположен с прямыми прямыми углами к тракту с большим током, то возникнут ошибки подключения антенны. Очевидно, что для соединения с медной трубкой нужны широкие медные фланцы, припаянные пропановой горелкой, затем короткая сварочная проволока или тяжелая лицевая проволока, чтобы уменьшить индуктивность значительно ниже 100 нГн, чем ниже, тем лучше.

Большинство других ответов предполагали, что вы хотите измерить 10KA непрерывно . Тем не менее, ваше ссылочное использование показывает, что это только для импульса около 5 миллисекунд. Из-за этого короткого времени единственный способ получить измерение - использовать область хранения для захвата формы сигнала.
Вам также нужен датчик, подключенный к «прицелу». Является ли это шунтом или зажимом, не очень важно, если оно «соответствует» используемому объему.

Должны быть приняты и соблюдены надлежащие меры безопасности (как в указанном эксперименте).

Когда мне было 13 лет, я провел аналогичный эксперимент, и я сделал пару медных коллекторов с медными трубами, впаянными между коллекторами. Эффективно шунт. Затем я наложил на него зажим Холла и с помощью прицела измерил пульс, и интегрировал область под кривой.

Я уверен, что есть много лучших способов сделать это, но для 13 лет с прицелом и бытовыми инструментами это сработало. Возможно, вы могли бы использовать две медные шины и создать шунты сварочной проволоки между ними.

Бегая к месту металлолома и магазину излишков электроники в городе, всегда было много интересного, и по большей части, они просто дали его мне.

Мое предложение было бы либо измерить смещение кольца / силы, и вернуться к текущему.

Или вы можете просто создать одну красоту электромагнита ... и измерить его поле с другой стороны вашего класса ...

Что касается общей части вопроса о том, как измерить чрезвычайно большие токи, существуют также устройства, называемые FOCS, которые используют эффект Фарадея для определения магнитного поля провода, а затем рассчитывают ток. Например, АББ продает такие устройства для измерения постоянного тока до 500 кА. Смотрите также: http://www.ee.co.za/wp-content/uploads/legacy/ABB%20Innovation%20in%20high%20DC.pdf

Я не могу сказать вам, как измерить ваш постоянный ток. Тем не менее, вы, кажется, заинтересованы в измерении пульса. Если у вас один из проводников достаточно изолирован, вы можете поместить прямоугольную петлю рядом с одной стороной, параллельной вашему сильному току. Измерьте наведенное напряжение и запишите его осциллографом. Это даст вам производную вашего текущего. Поскольку в сенсорном контуре протекает очень мало тока, это окажет незначительное влияние на измеряемый ток, как это может быть с шунтом.

Вы должны иметь изолированный прямой участок токового проводника в несколько раз больше размера петли; никаких других проводников и ничего ферромагнитного вокруг, чтобы испортить цилиндрическую симметрию поля! И калибровка будет зависеть от того, насколько точно вы построите и расположите контур относительно основного проводника тока. Поскольку вы - физик, я думаю, вы сможете найти μ̻ и рассчитать индуцированное напряжение (вольт-секунды / ампер) в сегментах контура, которые параллельны проводнику с сильным током. Обязательно вычтите напряжение, индуцированное на задней кромке петли!

ОК, вы почувствовали и записали dI / dt. Чтобы получить фактический ток, есть два способа: если ваш осциллограф его поддерживает, перенесите дискретизированные и квантованные данные осциллографа в электронную таблицу и выполните там интеграцию для получения фактического тока. Или вы можете использовать аналоговый интегратор между прицелом и контуром датчика текущей скорости.

Индукция - это не просто теория; это действительно работает.

Каков стандартный способ измерения тока около 10000 А? Кажется, что измерительные клещи постоянного тока имеют весы до 2000 А.

Ваш ток разряда, вероятно, не достигнет такого уровня.

с учетом вышесказанного, трансформатор тока был бы моим способом: простым, эффективным и дешевым: просто нужен кусок провода, обмотанный вокруг проводника.

однако его калибровка может быть сложной.

Если не считать этого, попробуйте несколько датчиков Холла -> держите их подальше от проводника. я не уверен насчет их динамических характеристик - что-то важное здесь.

Другая идея: предполагая, что вы не выдержите 10000 ампер, вы, скорее всего, будете использовать тонкие провода здесь. при этом вы можете просто взять две точки и измерить падение напряжения в двух точках. Самонагрев не будет проблемой, если ток не поддерживается в течение определенного периода времени.

в основном, сам проводник является резистором выборки.

это не сработает, если вы используете медные слитки в качестве канала.