Bagaimana cara mengukur 10.000 A DC?

Apa cara standar untuk mengukur arus sekitar 10.000 A? DC clamp meter tampaknya hanya memiliki timbangan hingga 2.000 A.

Sunting

Beberapa latar belakang pertanyaan ini:

Saya seorang guru fisika SMA dan saya mencoba untuk meningkatkan beberapa eksperimen klasik menggunakan arus tinggi dari pelepasan ultra-kapasitor.

Secara khusus saya mencari cara yang baik untuk mengukur arus pelepasan kapasitor ultra untuk waktu yang sangat singkat seperti dalam percobaan "cincin melompat" ini:

Modifikasi percobaan lompat cincin Thomson yang aman dan efektif

Motivasi kedua untuk pertanyaan ini adalah hanya karena saya hanya ingin mengetahuinya karena ingin tahu atas latar belakang pengetahuan saya tentang apa yang biasa dilakukan untuk mengukur arus tinggi seperti saat ini.

Tidak, probe penjepit DC memiliki skala jauh di atas ± 10.000A. Apakah tidak seorang pun memeriksa Amazon untuk kebutuhan arus ± 12000A DC hingga 40kHz saat ini?
Saya bercanda. Tetapi Anda benar-benar dapat membelinya di Amazon. Dan mereka memiliki 10 stok. Tak satu pun dari mereka memenuhi syarat untuk Amazon Prime :(.

Apa pun yang Anda lakukan, abaikan semua orang yang menyuruh Anda menggunakan shunt. Tidak, jangan gunakan shunt. Sama sekali tidak ada keuntungan untuk menggunakan shunt dalam aplikasi ini selain sedikit keunggulan dalam akurasi pengukuran, dan kerugian besar yang sangat besar.

Mengapa shunt adalah ide yang buruk:

1. Setiap solusi yang bekerja dengan mengukur tegangan resistif konduktor (shunt) yang dapat memiliki resolusi yang masuk akal juga akan memerlukan penurunan tegangan yang sangat besar. Seperti yang disebutkan poster lain, shunt 50mV tipikal akan menghilangkan 500W. Ini adalah pemborosan energi yang sangat besar ketika Anda dapat mengukur arus dengan konsumsi daya kurang dari satu watt.

2. Ini akan membutuhkan pendinginan aktifnya sendiri setiap saat. Jadi ada lebih banyak energi yang terbuang, tetapi yang lebih penting, Anda telah memperkenalkan satu titik kegagalan ke dalam sistem distribusi daya Anda. Apa yang dulunya dapat secara pasif menjalankan perintah 10kA akan gagal dengan sangat cepat jika pada suatu saat pendinginan untuk shunt gagal atau memiliki penyimpangan dalam kinerja, menyebabkan shunt meleleh dan bertindak seperti 10kA yang paling mahal dan paling lambat di dunia sekering yang pernah dibuat.

3. Jangan menipu diri sendiri, orang tidak hanya dengan santai memasukkan shunt 10kA secara seri dengan kabel kapasitas 10kA menggunakan klip buaya dan jack pisang. Menginstal perangkat seperti itu secara seri dengan pemasangan kabel itu akan menjadi tugas yang tidak sepele, dan itu bukan sesuatu yang bisa Anda hapus dengan mudah. Saya harapkan itu menjadi tanggung jawab permanen dalam sistem Anda.

4. Saya tidak peduli jika kabel membawa 10kA pada 1V (untuk alasan apa pun) - Saya (dan Anda sendiri harus) menuntut isolasi galvanik dalam peralatan pengukuran seperti itu. 10kA adalah arus yang banyak , dan tidak bisa tidak menyimpan energi dalam jumlah yang mengerikan hanya di medan magnet saja.

   Saya bahkan tidak tahu apa dimensi kawat atau bus bar yang mampu membawa itu, tapi mari kita pergi dengan geometri induktansi yang relatif rendah: tiang tembaga padat berdiameter 2 inci. Jika dalam garis lurus dan sederhana, ini akan memiliki ~ 728nH induktansi per meter. Pada 10kA, konduktor ini akan memiliki sekitar 35 J energi yang tersimpan di medan magnetnya saja!

   Tentu saja, dalam praktiknya, itu akan jauh lebih rendah karena konduktor pengembalian akan dekat dan mungkin akan menjadi besar, bar bus datar, lebih jauh menurunkan induktansi.

   Tapi tetap saja - Anda harus merencanakan kabel 10kA untuk menyebabkan beberapa kegagalan spektakuler dalam hal apa pun yang terhubung dengannya jika terjadi kesalahan. Termasuk (atau terutama?) Barang-barang seperti papan DAQ $ 1800 NI. Ada hukum yang dapat diambil dari hukum Murphy yang menyatakan bahwa semakin mahal peralatan akuisisi data, semakin menyeluruh akan dihancurkan jika terjadi kesalahan.

   Saya bercanda, tetapi Anda mengerti maksud saya - isolasi bukanlah sesuatu yang harus diabaikan dalam situasi ini.

Sekarang, ada satu alasan untuk menggunakan shunt: Akurasi.

Meskipun saya akan berharap bahwa beberapa keuntungan ini terdegradasi oleh kesalahan yang diperkenalkan dari efek termokopel di persimpangan di mana shunt terhubung ke konduktor pembawa arus aktual, serta garis-garis indera. Sumber kesalahan tambahan akan masuk ke gambar jika saat ini tidak DC juga.

Tapi, terlepas, shunt tidak akan menjadi yang jauh lebih akurat daripada solusi yang masuk akal yang saya akan menyarankan. Perbedaannya ada pada urutan 0,25% (kasus terbaik) vs 1% (kasus terburuk). Jika Anda mengukur 10.000 amp, berapa ± 100A di antara teman-teman?

Jadi, sebagai kesimpulan, jangan gunakan shunt.

Jujur saya tidak bisa memikirkan pilihan yang lebih buruk daripada shunt . Gunakan salah satu dari puluhan probe penjepit Efek Hall yang cocok.

Alasan kebanyakan clamp meter genggam hanya naik hingga 2.000A adalah karena jauh melebihi itu dan konduktor akan terlalu besar atau dalam bentuk yang tidak biasa (bar bus lebar dan datar, misalnya) yang akan membutuhkan penjepit terlalu besar untuk pergi pada apa pun yang portabel digenggam.

Tetapi mereka tentu saja membuat penjepit saat ini atau loop arus probe yang memiliki rentang pengukuran tidak hanya hingga 10.000A, tetapi juga jauh di atasnya. Jadi gunakan saja salah satunya. Mereka berkualitas tinggi, aman, murni magnetik (beroperasi pada Hall Effect), sepenuhnya terisolasi dan ditandai, sensitivitas pada urutan 0,3mV / A.

Sesuatu seperti Clamp-on Current Probe (sebelumnya tertaut ke halamannya di Amazon).

Dan mereka memiliki jendela besar yang bagus sebesar 77mm hingga 150mm agar sesuai dengan kabel Anda. Kecuali jika Anda pergi dengan sesuatu yang lebih eksotis ... dan dinginkan.

Either way, saya menganggap kabel Anda terlihat mirip dengan salah satu solusi dalam gambar ini:

Pokoknya, bersenang-senanglah. Berhati-hatilah. Semoga Anda bukan penjahat super.

Saya bekerja pada starter lokomotif listrik bertahun-tahun yang lalu, menjalankan alternator pendamping secara terbalik untuk memulai mesin dengan IGBT inverter 3 fase yang kami kembangkan. Kami dengan mudah mendapat 10kA per fase saat ini untuk memecah kehancuran mesin diesel lokomotif. Kami mengukur arus fasa (untuk tujuan kontrol vektor) dengan sensor arus ruang loop tertutup dari LEM corporation.

Anda dapat menemukan sensor saat ini hingga 20kA di situs web mereka, mereka dapat melakukan sensor kustom juga jika Anda ingin membeli banyak dari mereka:

Sensor arus LEM

Perusahaan saya telah menyediakan meter saat ini hingga 15kA untuk mandi rendaman. Mereka hanya menggunakan shunts (50mV atau 60mV = 15kA IIRC).

Jika saat ini Anda memiliki banyak komponen frekuensi tinggi, Anda mungkin perlu mengambil tindakan pencegahan khusus - tidak perlu banyak induktansi untuk menyebabkan masalah.

Perhatikan juga bahwa penurunan 10kA * 50mV adalah 500W sehingga mereka akan membuang sedikit daya pada arus penuh.

Kedua masalah di atas dapat dikurangi atau dihindari dengan menggunakan sensor LEM yang disarankan oleh JohnD (+1), namun biaya mungkin lebih tinggi dalam kasus di mana arus DC yang relatif stabil akan diukur.

Jika ada cara untuk menjalankan pengaturan percobaan pada arus yang lebih rendah untuk sementara waktu, seseorang dapat memilih dua titik yang terbuka pada setiap konduktor dalam pengaturan, memasang voltmeter, mengkalibrasi dengan arus yang diketahui, dan menggunakan panjang konduktor sebagai shunt intrinsik .

Anda bisa mendapatkan shunt di level saat ini. Berikut adalah satu seri produk dari satu perusahaan. Mereka memiliki model lain dan ada pemasok lain.

Seri G Shunts

Tutup pembuangan mulai di bawah 50V dan menghasilkan 10kA?

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

Biasanya titik awal untuk pulsa arus tinggi cepat adalah beberapa urutan besarnya lebih banyak tegangan pada tutup bank dan jaringan pembentuk pulsa.

Saya akan menyarankan saran rogowski, mereka cukup cepat untuk melihat aksinya, dan memaksakan beban minimal.

$I^2R$

Jaga agar energinya relatif kecil (Tutup yang lebih besar TIDAK banyak membantu karena mereka menghasilkan induktansi sendiri) dan tingkat energi yang kecil == tingkat energi yang aman.

Saya tidak berpikir Anda akan dengan mudah memasok 10kA dari bank cap 50V, tapi saya menunggu kabar dari upaya percobaan dengan bunga.

Ini memikirkan sekitar 50 sinyal Ohm, dan shunt dengan ESR lebih rendah dari tutup super Anda, 50 mV adalah jawaban terbaik untuk sensor arus pelepasan.

Saya akan menggunakan pipa tembaga 1/2 "dan membuat drop standar 50mV. Penasihat lain mungkin tidak menganggap rasio kehilangan / pengosongan daya total cukup efisien, durasinya sangat singkat dan dengan demikian kehilangan energi relatif rendah di Joule dan tidak mungkin naik bahkan 1'C.

Anda perlu menentukan ESR * C = Td, waktu debit.

• kemudian gunakan coax yang baik dengan kehilangan rendah pada 1 / Td dan 50 Ohm yang diakhiri dengan deteksi pulsa rata tanpa dering dan merespons lebih cepat daripada pulsa Td.

Kehilangan 500W untuk membuat pulsa 50mV dalam <100ns adalah energi yang sangat rendah bahkan pada 10kA.

Saya telah secara akurat menggunakan metode ini untuk 100kA dan satu-satunya trik adalah menghilangkan crosstalk yang diinduksi. (EMI) tetapi menggunakan lengan tembaga padat 6 "untuk shunt 1 kaki untuk mendapatkan skala penuh 50mV.

• untuk simetris sempurna untuk sinyal dan panjang kembali, saya akan menggunakan coax semi-kaku antara panjang untuk terhubung ke sudut kanan diarahkan coax dengan shield-ground hanya diakhiri pada sumber keran.

Jika coax tidak diletakkan dengan sudut kanan sempurna ke jalur arus tinggi, maka kesalahan pemasangan antena akan terjadi. Jelas koneksi ke tabung tembaga membutuhkan flensa tembaga lebar disolder dengan obor propana kemudian kawat pendek tukang las atau kawat Litz berat untuk mengurangi induktansi jauh di bawah 100nH, semakin rendah semakin baik.

Sebagian besar jawaban lain berasumsi Anda ingin mengukur 10KA terus menerus . Namun, penggunaan yang direferensikan Anda menunjukkan bahwa itu hanya untuk pulsa sekitar 5 milidetik. Karena waktu yang singkat ini, satu-satunya cara Anda bisa mendapatkan pengukuran adalah dengan menggunakan lingkup penyimpanan untuk menangkap bentuk gelombang.
Anda juga membutuhkan sensor yang terhubung ke ruang lingkup. Apakah itu shunt atau clamp, tidak terlalu penting, asalkan "cocok" dengan ruang lingkup yang digunakan.

Langkah-langkah keselamatan yang tepat harus diterapkan dan dipatuhi (seperti dalam percobaan yang dirujuk).

Ketika saya berusia 13 tahun, saya melakukan percobaan serupa, dan yang saya lakukan adalah membuat manifold dari tembaga dengan pipa tembaga yang disolder di antara manifold. Secara efektif shunt. Lalu saya meletakkan penjepit hall di atasnya dan menggunakan ruang lingkup untuk mengukur denyut nadi, dan mengintegrasikan area di bawah kurva.

Saya yakin ada banyak cara yang lebih baik untuk melakukannya, tetapi untuk 13 tahun dengan ruang lingkup dan alat-alat rumah tangga, ini berhasil. Mungkin Anda bisa menggunakan dua bus tembaga dan membuat shunt kawat las di antara mereka.

Berlari ke tempat besi tua dan toko barang bekas elektronik di kota selalu punya banyak barang menarik, dan sebagian besar, mereka hanya memberikannya kepada saya.

Saran saya adalah mengukur perpindahan cincin / gaya, dan bekerja kembali ke arus.

Atau Anda bisa membangun satu keindahan elektromagnet ... dan mengukur medan itu dari sisi lain ruang kelas Anda ...

Mengenai bagian umum dari pertanyaan tentang bagaimana mengukur arus yang sangat besar, ada juga perangkat yang disebut FOCS yang menggunakan efek faraday untuk menentukan medan magnet kawat dan kemudian menghitung arus. Misalnya ABB menjual perangkat tersebut untuk mengukur hingga 500 kA DC. Lihat juga: http://www.ee.co.za/wp-content/uploads/legacy/ABB%20Innovation%20in%20high%20DC.pdf

Saya tidak bisa memberi tahu Anda cara mengukur kondisi steady state Anda saat ini. Namun, Anda sepertinya tertarik untuk mengukur denyut nadi. Jika Anda memiliki salah satu konduktor yang cukup terisolasi, Anda dapat menempatkan lingkaran persegi panjang di dekatnya dengan satu sisi sejajar dengan arus tinggi Anda. Ukur tegangan yang diinduksi dan catat dengan osiloskop. Itu akan memberi Anda DERIVATIF saat ini. Karena sangat sedikit arus yang mengalir dalam loop indera, akan ada dampak yang dapat diabaikan pada arus yang diukur karena mungkin ada dengan shunt.

Anda harus memiliki bagian lurus terisolasi konduktor saat ini untuk beberapa kali dimensi loop; tidak ada konduktor lain dan tidak ada feromagnetik untuk mengacaukan simetri silinder dari lapangan! Dan kalibrasi akan tergantung pada seberapa akurat Anda membangun dan memposisikan loop sehubungan dengan konduktor arus utama. Karena Anda seorang pria fisika, saya pikir Anda akan dapat mencari μ̻ dan menghitung tegangan induksi (volt-detik / amp) di segmen loop yang sejajar dengan konduktor arus berat. Pastikan untuk mengurangi tegangan yang diinduksi di tepi belakang loop!

OK, Anda telah merasakan dan merekam dI / dt. Untuk mendapatkan arus aktual, ada dua cara yang harus ditempuh: jika osiloskop Anda mendukungnya, transfer data osiloskop sampel dan terkuantisasi ke dalam spreadsheet dan lakukan integrasi di sana untuk mendapatkan arus aktual. Atau Anda dapat menggunakan integrator analog antara cakupan dan loop sensor laju saat ini.

Induksi bukan hanya teori; ini benar-benar berfungsi.

Apa cara standar untuk mengukur arus sekitar 10.000 A? DC clamp meter tampaknya hanya memiliki timbangan hingga 2.000 A.

debit saat ini Anda mungkin tidak akan mendekati arus semacam itu.

dengan mengatakan itu, transformator saat ini akan menjadi cara saya untuk melakukannya: sederhana, efektif, dan murah: hanya perlu sepotong kawat melingkar di sekitar konduktor.

Setelah itu dikalibrasi bisa jadi rumit.

singkatnya, coba beberapa sensor efek hall -> jauhkan dari konduktor. Saya tidak yakin tentang karakteristik dinamis mereka - sesuatu yang mungkin penting di sini.

ide lain: dengan asumsi bahwa Anda tidak akan mempertahankan 10.000amp, Anda cenderung menggunakan kabel kurus di sini. dengan itu, Anda bisa mengambil dua titik dan mengukur penurunan tegangan pada dua titik. pemanasan sendiri tidak akan menjadi masalah kecuali jika arus berkelanjutan selama periode waktu tertentu.

pada dasarnya konduktor itu sendiri adalah resistor sampel.

itu tidak akan berhasil jika Anda menggunakan batang tembaga berdaging sebagai salurannya.