¿Cómo mido 10,000 A DC?

¿Cuál es la forma estándar de medir una corriente de aproximadamente 10,000 A? Las pinzas amperimétricas de CC parecen tener solo escalas de hasta 2,000 A.

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Algunos antecedentes de esta pregunta:

Soy un profesor de física de secundaria y estoy tratando de mejorar algunos experimentos clásicos usando altas corrientes de descarga de ultracondensadores.

En particular, estoy buscando una buena manera de medir la corriente de descarga de un ultracondensador durante muy poco tiempo como en este experimento de "anillo de salto":

Una modificación segura y efectiva del experimento del anillo de salto de Thomson

La segunda motivación para esta pregunta fue solo porque solo quiero saberlo por curiosidad por mi conocimiento previo de cuál es la forma habitual de medir corrientes tan altas en la actualidad.

No, las sondas de pinza DC tienen escalas muy superiores a ± 10,000A. ¿Ya nadie comprueba en Amazon si su sonda de corriente de ± 12000 A CC a 40 kHz necesita más?
Bromeo Pero puedes comprarlo totalmente en Amazon. Y tienen 10 en stock. Sin embargo, ninguno de ellos califica para Amazon Prime :(.

Hagas lo que hagas, ignora a todas estas personas que te dicen que uses una derivación. No, no uses una derivación. No hay absolutamente ninguna ventaja en usar una derivación en esta aplicación, además de una ventaja muy leve en la precisión de la medición y desventajas ridículamente enormes.

Por qué una derivación es una idea terrible:

1. Cualquier solución que funcione midiendo el voltaje resistivo de un conductor (derivación) que pueda tener una resolución razonable también requerirá una caída de voltaje prohibitivamente grande. Como se menciona en otro póster, una derivación típica de 50mV disiparía 500W. Este es un desperdicio de energía irresponsablemente grande cuando puede medir la corriente por menos de un vatio de consumo de energía.

2. Necesitará su propio enfriamiento activo en todo momento. Por lo tanto, se desperdicia mucha más energía, pero lo más importante es que ha introducido un solo punto de falla en su sistema de distribución de energía. Lo que una vez fue capaz de llevar pasivamente el orden de 10kA fallará muy rápidamente si en algún momento el enfriamiento de la derivación falla o tiene un lapso en el rendimiento, haciendo que la derivación se derrita y actúe como la 10kA más cara y más lenta del mundo. fusible alguna vez hecho.

3. No nos engañemos, uno no solo coloca una derivación de 10kA en serie con un cable de capacidad de 10kA usando pinzas de cocodrilo y conectores banana. Instalar un dispositivo de este tipo en serie con ese cableado será una tarea no trivial, y no será algo que pueda eliminar fácilmente por capricho. Espero que se convierta en una responsabilidad permanente en su sistema.

4. No me importa si el cable transporta 10 kA a 1 V (por cualquier razón): yo (y usted mismo debería) exigir el aislamiento galvánico en dicho aparato de medición. 10kA es mucha corriente, y no puede evitar almacenar cantidades aterradoras de energía solo en el campo magnético.

   Ni siquiera sé cuáles serían las dimensiones de un cable o barra de bus capaz de transportar eso, pero vamos con una geometría de inductancia relativamente baja: un poste de cobre sólido de 2 pulgadas de diámetro. Si en una línea simple y recta, esto tendrá ~ 728nH de inductancia por metro. ¡A 10kA, este conductor tendrá aproximadamente 35J de energía almacenada solo en su campo magnético!

   Por supuesto, en la práctica, será mucho más bajo ya que el conductor de retorno estará cerca y probablemente sería una barra de bus grande y plana, lo que reduciría aún más la inductancia.

   Pero aún así, debe planificar un cable de 10kA para inducir fallas espectaculares en cualquier cosa conectada a él en caso de que algo salga mal. Incluyendo (¿o especialmente?) Cosas como una placa NI DAQ de $ 1800. Hay una ley que se puede derivar de la ley de Murphy que establece que cuanto más costoso sea el equipo de adquisición de datos, más se destruirá en caso de falla.

   Bromeo, pero entiendes mi punto: el aislamiento no es algo que se descarte en esta situación.

Ahora, hay una razón para usar una derivación: precisión.

Aunque esperaría que parte de esta ventaja se vea degradada por el error introducido por los efectos del termopar en las uniones donde la derivación está conectada a los conductores de transporte de corriente reales, así como a las líneas de detección. Fuentes de error adicionales entrarán en la imagen si esta corriente no es DC también.

Pero, independientemente, una derivación no va a ser que mucho más precisa que la solución razonable que estoy a punto de sugerir. La diferencia está en el orden de 0.25% (mejor caso) vs 1% (peor caso). Sin embargo, si estás midiendo 10,000 amperios, ¿qué es ± 100A entre amigos?

Entonces, en conclusión, no use una derivación.

Sinceramente, no puedo pensar en una peor opción que una derivación . Use una de las docenas de sondas de sujeción de efecto Hall adecuadas.

La razón por la que la mayoría de los medidores de pinzas de mano solo alcanzan quizás los 2.000 A es porque mucho más allá de eso y el conductor sería demasiado grande o tendría una forma inusual (barra de bus ancha y plana, por ejemplo) que requeriría que la pinza también grande para llevar cualquier cosa portátil de mano.

Pero ciertamente fabrican sondas de corriente de pinza o bucle que tienen rangos de medición no solo de 10,000 A, sino también muy por encima de él. Así que solo usa uno de esos. Son de alta calidad, seguras, puramente magnéticas (funcionan con el efecto Hall), totalmente aisladas y caracterizadas, sensibilidades del orden de 0.3mV / A.

Algo así como la sonda de corriente de abrazadera (anteriormente vinculada a su página en Amazon).

Y tienen bonitas ventanas enormes de 77 mm a 150 mm para adaptarse a su cableado. A menos que te hayas ido con algo más exótico ... y relájate.

De cualquier manera, supongo que su cableado es similar a una de las soluciones en esta imagen:

De todos modos, diviértete. Cuidate. Espero que no seas un súper villano.

Trabajé en un arrancador de locomotora eléctrica hace años, ejecutando el alternador complementario en reversa para arrancar el motor con un inversor IGBT trifásico que desarrollamos. Obtuvimos fácilmente 10kA por fase de corriente para romper la construcción del motor diesel de la locomotora. Medimos la corriente de fase (para fines de control de vectores) con sensores de corriente de pasillo de circuito cerrado de LEM Corporation.

Puede encontrar sensores actuales de hasta 20kA en su sitio web, también pueden hacer sensores personalizados si desea comprar muchos de ellos:

Sensores de corriente LEM

Mi empresa ha proporcionado medidores de corriente de hasta 15 kA para baños de placas. Solo usaron derivaciones (50mV o 60mV = 15kA IIRC).

Si su corriente tiene muchos componentes de alta frecuencia, es posible que deba tomar precauciones especiales, ya que no requiere mucha inductancia para causar problemas.

También tenga en cuenta que la caída de 10kA * 50mV es de 500W, por lo que se disipará un poco de potencia a plena corriente.

Ambos problemas anteriores se pueden reducir o evitar mediante el uso de los sensores LEM sugeridos por JohnD (+1), sin embargo, el costo puede ser mayor en los casos en que se va a medir una corriente continua relativamente estable.

Si hay una manera de ejecutar la configuración del experimento a una corriente más baja temporalmente, uno podría elegir cualquiera de los dos puntos expuestos en cualquier conductor en la configuración, conectar un voltímetro, calibrar con una corriente conocida y usar esa longitud de conductor como una derivación intrínseca .

Puedes obtener shunts en ese nivel actual. Aquí hay una serie de productos de una compañía. Tienen otros modelos y hay otros proveedores.

Shunts de la serie G

¿Descarga de la tapa comenzando por debajo de 50V y haciendo 10kA?

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

Por lo general, el punto de partida para pulsos rápidos de alta corriente es un par de órdenes de magnitud más voltaje en el banco de tapas y una red de formación de pulsos.

Me gustaría apoyar la sugerencia de rogowski, son lo suficientemente rápidos como para ver la acción e imponen una carga mínima.

$I^2R$

Mantenga la energía relativamente pequeña (las tapas más grandes NO ayudan mucho porque engendran autoinducción) y un nivel de energía pequeño == niveles de energía seguros.

No creo que vaya a suministrar fácilmente 10kA de un banco de límite de 50V, pero espero con interés el intento de intento.

Piensa en señales de 50 ohmios, y una derivación con un ESR más bajo que sus supercapas, un 50 mV es la mejor respuesta para un sensor de corriente de descarga.

Usaría tuberías de cobre de 1/2 "y realizaría una caída estándar de 50 mV. Otros asesores pueden no haber considerado que la relación de pérdida / descarga de energía total es razonablemente eficiente, de duración extremadamente corta y, por lo tanto, una pérdida de energía relativamente baja en julios y es poco probable que aumente incluso 1'C.

Necesita determinar ESR * C = Td, tiempo de descarga.

• luego use un buen coaxial con baja pérdida a 1 / Td y alcance de 50 ohmios con pulso de detección perfectamente plano sin sonar y responda más rápido que el pulso Td.

La pérdida de 500W para crear un pulso de 50mV en <100ns es de muy baja energía incluso a 10kA.

He usado con precisión este método para 100kA y el único truco fue eliminar la diafonía inducida (EMI), pero usando brazos de cobre sólido de 6 "para una derivación de 1 pie para obtener una escala completa de 50mV.

• para una simétrica perfecta para la señal y la longitud de retorno, usaría un coaxial semirrígido entre las longitudes para conectarlo al coaxial enrutado en ángulo recto con tierra de blindaje solo terminada en la fuente de derivación.

Si el cable coaxial no se presenta con ángulos rectos perfectos a la ruta de alta corriente, se producirán errores de acoplamiento de la antena. Obviamente, la conexión a la tubería de cobre necesita bridas anchas de cobre soldadas con una antorcha de propano y luego un cable de soldador corto o un cable pesado de Litz para reducir la inductancia muy por debajo de 100nH, bajar mejor.

La mayoría de las otras respuestas han asumido que desea medir 10KA continuamente . Sin embargo, su uso de referencia muestra que es solo para un pulso de alrededor de 5 milisegundos. Debido a este corto tiempo, la única forma de obtener una medición es mediante el uso de un osciloscopio para capturar la forma de onda.
También necesita un sensor conectado al 'alcance. Si es una derivación o una abrazadera, no es muy importante, siempre y cuando "coincida" con el alcance que se está utilizando.

Se deben implementar y seguir medidas de seguridad adecuadas (como en el experimento al que se hace referencia).

Cuando tenía 13 años hice un experimento similar, y lo que hice fue hacer un par de colectores de cobre con tubos de cobre soldados entre los colectores. Efectivamente una derivación. Luego le puse una pinza de pasillo y usé un telescopio para medir el pulso, e integré el área debajo de la curva.

Estoy seguro de que hay muchas maneras mejores de hacerlo, pero para un niño de 13 años con un alcance y herramientas domésticas, funcionó. Quizás podría usar dos barras colectoras de cobre y crear derivaciones de alambre de soldadura entre ellas.

Correr hacia el lugar de chatarra y la tienda de excedentes de basura electrónica en la ciudad siempre tenía muchas cosas interesantes, y en su mayor parte, simplemente me lo dieron.

Mi sugerencia sería medir el desplazamiento del anillo / la fuerza y ​​volver a la corriente.

O simplemente podría construir una belleza de un electroimán ... y medir su campo desde el otro lado de su clase ...

Con respecto a la parte general de la cuestión de cómo medir corrientes extremadamente grandes, también hay dispositivos llamados FOCS que usan el efecto faraday para determinar el campo magnético del cable y luego calcular la corriente. Por ejemplo, ABB vende dichos dispositivos para medir hasta 500 kA CC. Ver también: http://www.ee.co.za/wp-content/uploads/legacy/ABB%20Innovation%20in%20high%20DC.pdf

No puedo decirte cómo medir tu corriente de estado estable. Sin embargo, parece interesado en medir un pulso. Si tiene uno de los conductores suficientemente aislado, puede colocar un bucle rectangular cerca con un lado paralelo a su corriente alta. Mida el voltaje inducido y regístrelo con un osciloscopio. Eso te dará el DERIVADO de tu corriente. Dado que fluye muy poca corriente en el circuito de detección, habrá un impacto insignificante en la corriente que se está midiendo, ya que podría haber una derivación.

Tendría que tener una sección recta aislada del conductor de corriente durante varias veces la dimensión del bucle; ¡No hay otros conductores y nada ferromagnético alrededor que estropee la simetría cilíndrica del campo! Y la calibración dependerá de la precisión con la que construya y coloque el bucle con respecto al conductor de corriente principal. Como eres un tipo de física, creo que podrás buscar μ̻ y calcular el voltaje inducido (voltios-segundos / amperio) en los segmentos de bucle que son paralelos al conductor de corriente pesada. ¡Asegúrese de restar el voltaje inducido en el borde posterior del bucle!

OK, has detectado y grabado dI / dt. Para obtener la corriente real, hay dos formas de hacerlo: si su osciloscopio lo admite, transfiera los datos del osciloscopio muestreado y cuantificado a la hoja de cálculo y realice la integración allí para obtener la corriente real. O puede usar un integrador analógico entre el alcance y el bucle del sensor de velocidad actual.

La inducción no es solo una teoría; realmente funciona.

¿Cuál es la forma estándar de medir una corriente de aproximadamente 10,000 A? Las pinzas amperimétricas de CC parecen tener solo escalas de hasta 2,000 A.

su corriente de descarga probablemente no se acercaría a ese tipo de corriente.

Dicho esto, un transformador de corriente sería mi forma de hacerlo: simple, efectivo y barato: solo necesito un trozo de cable en bucle alrededor del conductor.

sin embargo, calibrarlo puede ser complicado.

antes de eso, pruebe algunos sensores de efecto hall -> manteniéndolo alejado del conductor. No estoy seguro de sus características dinámicas, algo probablemente importante aquí.

Otra idea: suponiendo que no vas a sostener 10,000 amperios, es probable que uses cables delgados aquí. con eso, puedes recoger dos puntos y medir la caída de voltaje sobre los dos puntos. el autocalentamiento no sería un problema a menos que la corriente se mantenga durante un período de tiempo.

básicamente el conductor en sí es una resistencia de muestreo.

no funcionaría si está utilizando barras de cobre como el conducto.