Wie messe ich 10.000 A Gleichstrom?

Was ist die Standardmethode, um einen Strom von etwa 10.000 A zu messen? DC-Strommesszangen scheinen nur eine Skalierung von bis zu 2.000 A zu haben.

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Einige Hintergrundinformationen zu dieser Frage:

Ich bin Physiklehrer an der High School und versuche, einige klassische Experimente mit hohen Strömen aus Ultra-Kondensator-Entladungen zu verbessern.

Insbesondere suche ich nach einer guten Möglichkeit, den Entladestrom eines Ultrakondensators für sehr kurze Zeiten zu messen, wie in diesem "Springring" -Experiment:

Eine sichere und effektive Modifikation von Thomsons Springring-Experiment

Die zweite Motivation für diese Frage war nur, weil ich sie nur aus Neugier für mein Hintergrundwissen darüber wissen möchte, wie man heutzutage so hohe Ströme gewöhnlich misst.

Nein, DC-Klemmprüfköpfe haben Skalen weit über ± 10.000A. Prüft niemand mehr, ob Amazon eine Stromsonde mit ± 12000 A DC bis 40 kHz benötigt?
Ich scherze Bei Amazon kann man das aber total kaufen. Und sie haben 10 auf Lager. Keiner von ihnen qualifiziert sich jedoch für Amazon Prime :(.

Was auch immer Sie tun, ignorieren Sie all diese Leute, die Sie auffordern, einen Shunt zu benutzen. Nein, keinen Shunt verwenden. Es gibt absolut keinen Vorteil, einen Shunt in dieser Anwendung zu verwenden, abgesehen von einer sehr geringen Messgenauigkeit und lächerlich großen Nachteilen.

Warum ein Shunt eine schreckliche Idee ist:

1. Jede Lösung, die durch Messen der Widerstandsspannung eines Leiters (Shunts) mit einer angemessenen Auflösung funktioniert, erfordert auch einen übermäßig großen Spannungsabfall. Wie bereits erwähnt, würde ein typischer 50-mV-Shunt 500 W verbrauchen. Dies ist eine unverantwortlich große Energieverschwendung, wenn Sie den Strom für weniger als ein Watt Stromverbrauch messen können.

2. Es benötigt zu jeder Zeit eine eigene aktive Kühlung. Es wird also viel mehr Energie verschwendet, aber was noch wichtiger ist, Sie haben eine einzige Fehlerquelle in Ihr Stromverteilungssystem eingeführt. Was früher in der Lage war, 10 kA passiv weiterzumachen, versagt sehr schnell, wenn zu irgendeinem Zeitpunkt die Kühlung des Shunts ausfällt oder die Leistung nachlässt, was dazu führt, dass der Shunt schmilzt und sich wie der überteuerteste und langsamste 10 kA der Welt verhält Sicherung jemals hergestellt.

3. Machen wir uns nichts vor, man kann nicht einfach einen 10-kA-Shunt mit einem 10-kA-Kabel in Reihe schalten, indem man Krokodilklemmen und Bananenstecker verwendet. Die Installation eines solchen Geräts in Reihe mit dieser Verkabelung wird keine einfache Aufgabe sein, und Sie können es nicht einfach aus einer Laune heraus entfernen. Ich würde erwarten, dass es eine dauerhafte Haftung in Ihrem System wird.

4. Es ist mir egal, ob das Kabel 10 kA bei 1 V führt (aus welchem ​​Grund auch immer) - ich (und Sie sollten es selbst) fordere eine galvanische Trennung in einem solchen Messgerät. 10kA sind eine Menge Strom und es kann nicht anders, als schreckliche Energiemengen allein im Magnetfeld zu speichern.

   Ich weiß nicht einmal, wie groß ein Draht oder eine Stromschiene sein könnte, aber gehen wir von einer Geometrie mit relativ geringer Induktivität aus: einem massiven Kupferpol mit einem Durchmesser von 2 Zoll aus. Bei einer einfachen geraden Linie beträgt die Induktivität ~ 728 nH pro Meter. Bei 10 kA werden allein in diesem Leiter ca. 35 J Energie in seinem Magnetfeld gespeichert!

   Natürlich wird es in der Praxis viel niedriger sein, da der Rückleiter in der Nähe ist und es wahrscheinlich große, flache Sammelschienen wären, die die Induktivität weiter senken.

   Aber dennoch - Sie sollten ein 10-kA-Kabel einplanen, um spektakuläre Ausfälle bei allen angeschlossenen Geräten auszulösen, sollte etwas schief gehen. Einschließlich (oder besonders?) Sachen wie ein 1800-Dollar-NI-DAQ-Board. Es gibt ein Gesetz, das man aus Murphys Gesetz ableiten kann, das besagt, dass die Datenerfassungsausrüstung im Falle eines Fehlers umso gründlicher zerstört wird, je teurer sie ist.

   Ich scherze, aber Sie verstehen, dass Isolation in dieser Situation nicht zu vernachlässigen ist.

Nun gibt es einen Grund, einen Shunt zu verwenden: Genauigkeit.

Ich würde allerdings erwarten, dass sich ein Teil dieses Vorteils durch Fehler verschlechtert, die durch Thermoelementeffekte an den Übergängen hervorgerufen werden, an denen der Shunt mit den eigentlichen stromführenden Leitern sowie den Messleitungen verbunden ist. Zusätzliche Fehlerquellen treten in das Bild ein, wenn dieser Strom ebenfalls nicht DC ist.

Aber, unabhängig, ein Shunt wird nicht sein , dass viel genauer als die vernünftigste Lösung , das ich vorschlagen. Die Differenz liegt in der Größenordnung von 0,25% (bester Fall) gegenüber 1% (schlechtester Fall). Wenn Sie 10.000 Ampere messen, was sind dann ± 100A unter Freunden?

Verwenden Sie also abschließend keinen Shunt.

Ich kann mir ehrlich gesagt keine schlechtere Option als einen Shunt vorstellen . Verwenden Sie eine der Dutzenden geeigneten Hall-Effekt-Aufstecksonden.

Der Grund, warum die meisten handgehaltenen Zangenmessgeräte nur bis zu 2.000 A ansteigen, liegt darin, dass der Leiter zu groß oder in einer ungewöhnlichen Form (z. B. breite und flache Sammelschiene) ist, für die die Zange ebenfalls erforderlich wäre groß, um alles tragbare von Hand zu tragen.

Aber sie stellen sicher Klemm- oder Schleifenstromsonden her, deren Messbereich nicht nur bis 10.000 A reicht, sondern auch weit darüber liegt. Also benutze einfach einen davon. Sie sind von hoher Qualität, sicher, rein magnetisch (arbeiten nach dem Hall-Effekt), vollständig isoliert und charakterisiert und haben Empfindlichkeiten in der Größenordnung von 0,3 mV / A.

So etwas wie Clamp-on Current Probe (früher mit seiner Seite bei Amazon verlinkt).

Und sie haben schöne, riesige Fenster mit einer Größe von 77 mm bis 150 mm, die zu Ihrer Verkabelung passen. Es sei denn, Sie haben sich für etwas Exotischeres entschieden .

Ich gehe davon aus, dass Ihre Verkabelung einer der folgenden Lösungen ähnelt:

Wie auch immer, viel Spaß. Sicher sein. Hoffentlich bist du kein Superschurke.

Ich habe vor Jahren an einem Elektrolokomotiven-Starter gearbeitet und den dazugehörigen Generator rückwärts laufen lassen, um den Motor mit einem von uns entwickelten 3-Phasen-IGBT-Wechselrichter zu starten. Wir haben leicht 10 kA pro Stromphase, um die Haftreibung des Dieselmotors der Lokomotive zu brechen. Wir haben den Phasenstrom (für Vektorsteuerungszwecke) mit Hallstromsensoren mit geschlossenem Regelkreis von LEM Corporation gemessen.

Aktuelle Sensoren bis zu 20 kA finden Sie auf ihrer Website. Sie können auch kundenspezifische Sensoren herstellen, wenn Sie viele davon kaufen möchten:

LEM-Stromsensoren

Meine Firma hat Strommesser bis 15kA für Galvanisierbäder geliefert. Sie verwendeten gerade Shunts (50 mV oder 60 mV = 15 kA IIRC).

Wenn Ihr Strom viele Hochfrequenzkomponenten hat, müssen Sie möglicherweise besondere Vorsichtsmaßnahmen treffen - es ist nicht viel Induktivität erforderlich, um Probleme zu verursachen.

Beachten Sie auch, dass ein Abfall von 10kA * 50mV 500W ist, sodass sie bei vollem Strom ein gutes Stück Leistung abgeben.

Beide oben genannten Probleme können durch die Verwendung der von JohnD (+1) vorgeschlagenen LEM-Sensoren verringert oder vermieden werden. In Fällen, in denen ein relativ gleichmäßiger Gleichstrom gemessen werden soll, können die Kosten jedoch höher sein.

Wenn es eine Möglichkeit gibt, den Versuchsaufbau vorübergehend mit einem niedrigeren Strom zu betreiben, kann man zwei beliebige freiliegende Stellen auf einem Leiter im Aufbau auswählen, ein Voltmeter anbringen, mit einem bekannten Strom kalibrieren und diese Leiterlänge als Eigenwiderstand verwenden .

Sie können Shunts auf diesem aktuellen Level bekommen. Hier ist eine Produktserie aus einer Hand. Sie haben andere Modelle und es gibt andere Lieferanten.

Serie G Shunts

Kappenentladung ab unter 50V und 10kA?

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

Normalerweise ist der Ausgangspunkt für schnelle Hochstromimpulse eine um ein paar Größenordnungen höhere Spannung an der Kappenbank und ein impulsbildendes Netzwerk.

Ich würde dem Rogowski-Vorschlag zustimmen, sie sind schnell genug, um die Handlung zu sehen und eine minimale Belastung aufzuerlegen.

$I^2R$

Halten Sie die Energie relativ klein (größere Kappen helfen NICHT viel, weil sie Selbstinduktivität erzeugen) und halten Sie das Energieniveau == sicher.

Ich glaube nicht, dass Sie leicht 10kA von einer Bank mit 50V-Kappe liefern können, aber ich erwarte mit Interesse das Wort des Versuchs.

Bei 50-Ohm-Signalen und einem Shunt mit niedrigerem ESR als Ihre Super Caps ist ein 50-mV-Signal die beste Antwort für einen Entladestromsensor.

Ich würde 1/2 "Kupferrohrleitungen verwenden und einen Standardabfall von 50 mV erzielen. Andere Berater haben das Verhältnis zwischen Gesamtverlustleistung und Entladung möglicherweise nicht als einigermaßen effizient, extrem kurz und daher relativ energiesparend in Joule eingestuft und würden wahrscheinlich nicht einmal ansteigen 1'C.

Sie müssen ESR * C = Td, Entladezeit, bestimmen.

• Verwenden Sie dann ein gutes Koaxialkabel mit geringem Verlust bei 1 / Td und einem mit 50 Ohm abgeschlossenen Oszilloskop, wobei der Erfassungsimpuls vollkommen flach ist, ohne zu klingeln, und reagieren Sie schneller als der Impuls Td.

Ein Verlust von 500 W, um einen 50 mV-Impuls in <100 ns zu erzeugen, ist selbst bei 10 kA eine sehr niedrige Energie.

Ich habe diese Methode für 100 kA genau angewendet und der einzige Trick war die Beseitigung des induzierten Übersprechens (EMI), aber die Verwendung von 6 "-Kupferarmen für einen 1 ft-Shunt, um 50 mV im vollen Maßstab zu erhalten.

• Für eine perfekte Symmetrie von Signal- und Rückleitungslänge würde ich ein halbstarres Koaxialkabel zwischen den Längen verwenden, um eine Verbindung zu einem rechtwinklig verlegten Koaxialkabel herzustellen, dessen Abschirmungsmasse nur an der Abgriffsquelle abgeschlossen ist.

Wenn das Koaxialkabel nicht im richtigen Winkel zum Hochstrompfad ausgelegt ist, treten Antennenkopplungsfehler auf. Offensichtlich erfordert der Anschluss an das Kupferrohr breite Kupferflansche, die mit einem Propanbrenner, einem kurzen Schweißdraht oder einem schweren Litzendraht verlötet werden, um die Induktivität deutlich unter 100 nH zu verringern. Je niedriger desto besser.

Die meisten anderen Antworten gingen davon aus, dass Sie 10KA kontinuierlich messen möchten . Die Verwendung, auf die Sie sich beziehen, zeigt jedoch, dass dies nur für einen Impuls von etwa 5 Millisekunden gilt. Aufgrund dieser kurzen Zeit können Sie eine Messung nur mithilfe eines Speicherbereichs durchführen, um die Wellenform zu erfassen.
Sie benötigen außerdem einen Sensor, der an das Zielfernrohr angeschlossen ist. Ob es sich um einen Shunt oder eine Klemme handelt, ist nicht sehr wichtig, solange es dem verwendeten Zielfernrohr "entspricht".

Geeignete Sicherheitsmaßnahmen sollten implementiert und befolgt werden (wie im angegebenen Experiment).

Als ich 13 Jahre alt war, habe ich ein ähnliches Experiment durchgeführt und ein Paar Verteiler aus Kupfer mit zwischen den Verteilern gelöteten Kupferrohren hergestellt. Eigentlich ein Shunt. Dann legte ich eine Hallenklemme darauf und benutzte ein Zielfernrohr, um den Puls zu messen, und integrierte den Bereich unter der Kurve.

Ich bin mir sicher, dass es viele bessere Möglichkeiten gibt, aber bis zu 13 Jahren mit einem Zielfernrohr und Haushaltswerkzeugen hat dies funktioniert. Vielleicht könnten Sie zwei Kupferschienen verwenden und Schweißdraht-Shunts zwischen ihnen herstellen.

Als ich zum Schrottplatz und Elektronikschrottladen in der Stadt rannte, bekam ich immer viele interessante Sachen, und die meisten gaben sie mir einfach.

Mein Vorschlag wäre, entweder die Verschiebung des Rings / der Kraft zu messen und auf den Strom zurückzugreifen.

Oder Sie können einfach eine Schönheit eines Elektromagneten bauen ... und das Feld von der anderen Seite Ihres Klassenzimmers aus messen ...

Was den allgemeinen Teil der Frage anbelangt, wie extrem große Ströme gemessen werden können, gibt es auch Geräte namens FOCS, die den Faraday-Effekt verwenden, um das Magnetfeld des Drahtes zu bestimmen und dann den Strom zu berechnen. Beispielsweise vertreibt ABB solche Geräte zur Messung von bis zu 500 kA Gleichstrom. Siehe auch: http://www.ee.co.za/wp-content/uploads/legacy/ABB%20Innovation%20in%20high%20DC.pdf

Ich kann Ihnen nicht sagen, wie Sie Ihren stationären Strom messen sollen. Sie scheinen jedoch daran interessiert zu sein, einen Puls zu messen. Wenn einer der Leiter ausreichend isoliert ist, können Sie eine rechteckige Schleife in der Nähe platzieren, wobei eine Seite parallel zu Ihrem Hochstrom ist. Messen Sie die induzierte Spannung und zeichnen Sie sie mit einem Oszilloskop auf. Das gibt dir das DERIVAT deiner Strömung. Da in der Erfassungsschleife nur sehr wenig Strom fließt, wird der gemessene Strom vernachlässigbar beeinträchtigt, wie dies bei einem Shunt der Fall sein könnte.

Sie müssten einen isolierten geraden Abschnitt des Stromleiters für ein Mehrfaches der Schleifenabmessung haben. Keine anderen Leiter und nichts Ferromagnetisches, das die zylindrische Symmetrie des Feldes durcheinander bringt! Die Kalibrierung hängt davon ab, wie genau Sie die Schleife in Bezug auf den Hauptstromleiter aufbauen und positionieren. Da Sie ein Physiker sind, werden Sie wahrscheinlich in der Lage sein, μ̻ nachzuschlagen und die induzierte Spannung (Volt-Sekunden / Ampere) in den Schleifensegmenten zu berechnen, die parallel zum Starkstromleiter liegen. Subtrahieren Sie unbedingt die an der hinteren Kante der Schleife induzierte Spannung!

OK, Sie haben den dI / dt gemessen und aufgezeichnet. Um den tatsächlichen Strom zu ermitteln, gibt es zwei Möglichkeiten: Wenn Ihr Oszilloskop diesen unterstützt, übertragen Sie die abgetasteten und quantisierten Oszilloskopdaten in eine Tabelle und integrieren Sie sie dort, um den tatsächlichen Strom zu ermitteln. Oder Sie können einen analogen Integrator zwischen dem Oszilloskop und der Stromratensensorschleife verwenden.

Induktion ist nicht nur eine Theorie; Es funktioniert wirklich.

Was ist die Standardmethode, um einen Strom von etwa 10.000 A zu messen? DC-Strommesszangen scheinen nur Skalen bis zu 2.000 A zu haben.

Ihr Entladestrom würde wahrscheinlich nicht annähernd so hoch sein.

Trotzdem wäre ein Stromwandler meine Methode: einfach, effektiv und billig: Ich brauche nur ein Stück Draht, das sich um den Leiter schlängelt.

es zu kalibrieren kann jedoch schwierig sein.

Versuchen Sie es mit Hall-Effekt-Sensoren -> halten Sie sie vom Leiter fern. Ich bin mir nicht sicher über ihre dynamischen Eigenschaften - etwas, das hier wahrscheinlich wichtig ist.

eine andere Idee: Unter der Annahme, dass Sie nicht 10.000 Ampere aushalten werden, werden Sie hier wahrscheinlich dünne Drähte verwenden. Damit können Sie einfach zwei Punkte erfassen und den Spannungsabfall über den beiden Punkten messen. Die Selbsterhitzung wäre kein Problem, wenn der Strom nicht über einen längeren Zeitraum aufrechterhalten würde.

im Grunde ist der Leiter selbst ein Abtastwiderstand.

Es würde nicht funktionieren, wenn Sie bullige Kupferstangen als Leitung verwenden.