如何测量 10,000 A DC?

电器工程 电流测量
2022-01-19 05:08:39

测量大约 10,000 A 电流的标准方法是什么?直流钳形表似乎只有高达 2,000 A 的刻度。

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这个问题的一些背景:

我是一名高中物理老师,我正在尝试使用来自超级电容器放电的高电流来改进一些经典实验。

特别是我正在寻找一种在非常短的时间内测量超级电容器放电电流的好方法,就像在这个“跳环”实验中一样:

汤姆森跳环实验的安全有效修改

这个问题的第二个动机只是因为我只是出于好奇而想知道它,因为我对当今测量如此高电流的常用方法的背景知识是什么。

4个回答

不,直流钳形探头的刻度远高于 ±10,000A。甚至没有人检查亚马逊的 ±12000A DC 至 40kHz 电流探头需要吗?
钳形电流探头 我开玩笑。但你完全可以在亚马逊上买到。他们有10个库存。不过,他们都没有资格使用 Amazon Prime :(。

无论您做什么,请忽略所有这些告诉您使用分流器的人。不,不要使用分流器。在此应用中使用分流器绝对没有任何优势,除了测量精度的微小优势和可笑的巨大缺点。

为什么分流是一个糟糕的主意:

  1. 任何通过测量可以具有任何合理分辨率的导体(分流器)的电阻电压来工作的解决方案也需要非常大的电压降。正如另一张海报所提到的,典型的 50mV 分流器会耗散 500W。当您可以以不到一瓦的功耗测量电流时,这是一种不负责任的巨大能源浪费。

  2. 它始终需要自己的主动冷却。因此浪费了更多的能源,但更重要的是,您在配电系统中引入了单点故障。如果分流器的冷却在任何时候发生故障或性能下降,曾经能够被动地进行 10kA 量级的东西将很快失效,导致分流器熔化并像世界上价格最高和最慢的 10kA 一样运行保险丝曾经做过。

  3. 我们不要自欺欺人,不要随便用鳄鱼夹和香蕉插孔将 10kA 分流器与 10kA 容量电缆串联起来。将这样的设备与该电缆串联安装将是一项艰巨的任务,而且它不是您可以随心所欲地轻松移除的东西。我希望它成为您系统中的永久责任。

  4. 我不在乎电缆是否在 1V 时承载 10kA(无论出于何种原因)——我(以及你自己应该)要求在这样的测量设备中进行电流隔离。10kA 是很大的电流,它不禁仅在磁场中存储了可怕的能量。

    我什至不知道能够承载它的电线或母线的尺寸是多少,但让我们使用电感相对较低的几何形状:直径为 2 英寸的实心铜杆。如果采用简单的直线,每米的电感约为 728nH。在 10kA 时,该导体仅在其磁场中就会存储大约 35J 的能量!

    当然,在实践中,它会低得多,因为返回导体会在附近,而且它可能会是大而扁平的母线,从而进一步降低电感。

    但是仍然 - 您应该计划使用 10kA 电缆,以便在出现任何问题时在与之连接的任何设备中引发一些惊人的故障。包括(或特别是?)像 1800 美元的 NI DAQ 板之类的东西。从墨菲定律中可以得出一条定律,即数据采集设备越贵,一旦发生故障,它就会被破坏得越彻底。

    我开玩笑,但你明白我的意思——在这种情况下,隔离不是可以被忽视的。

现在,使用分流器有一个原因:准确性。

虽然我预计这种优势的一部分会因热电偶效应在分流器连接到实际载流导体以及感应线的结点处引入的误差而降低。如果该电流也不是 DC,则会出现其他错误源。

但是,无论如何,分流不会比我即将建议的合理解决方案准确得多。差异大约为 0.25%(最佳情况)与 1%(最坏情况)。但是,如果您测量的是 10,000 安培,那么朋友之间的 ±100A 是多少?

所以,总而言之,不要使用分流器。

老实说,我想不出比分流更糟糕的选择了使用几十种合适的霍尔效应钳式探头中的一种。

大多数手持式钳形表只能达到 2,000A 的原因是因为超出此范围,导体会太大或形状不寻常(例如,宽而扁平的母线),这将需要钳子太大。随身携带的任何东西都很大。

但他们肯定会制造测量范围不仅达到 10,000A,而且远高于它的钳式或回路电流探头。因此,只需使用其中之一。它们质量高、安全、纯磁性(以霍尔效应运行)、完全隔离和表征,灵敏度约为 0.3mV/A。

类似Clamp-on Current Probe 的东西 (之前链接到它在亚马逊上的页面)。

他们有 77 毫米到 150 毫米的漂亮大窗户,以适应您的布线。除非你带着更异国情调的东西走了……而且 冷静。

无论哪种方式,我假设您的布线看起来类似于这张图片中的一种解决方案:

在此处输入图像描述

不管怎样,玩得开心。注意安全。希望你不是超级反派。

几年前,我从事电力机车启动器的工作,使用我们开发的 3 相 IGBT 逆变器反向运行配套交流发电机来启动发动机。我们很容易获得每相 10kA 的电流来打破机车柴油发动机的静摩擦。我们使用 LEM 公司的闭环霍尔电流传感器测量相电流(用于矢量控制目的)。

您可以在他们的网站上找到高达 20kA 的电流传感器,如果您想购买很多,他们也可以定制传感器:

LEM 电流传感器

我公司为电镀槽提供了高达 15kA 的电流表。他们只是使用了分流器(50mV 或 60mV = 15kA IIRC)。

在此处输入图像描述

如果您的电流有很多高频成分,您可能需要采取特殊的预防措施——不需要太多的电感就会引起问题。

另请注意,10kA * 50mV 压降为 500W,因此它们会在全电流下消耗相当多的功率。

使用 JohnD (+1) 建议的 LEM 传感器可以减少或避免上述两个问题,但是在要测量相对稳定的直流电流的情况下,成本可能会更高。

如果有一种方法可以暂时在较低电流下运行实验装置,则可以在装置中的任何导体上选择任意两个暴露点,连接电压表,使用已知电流进行校准,然后使用该长度的导体作为本征分流器.