Bezpieczeństwo podczas eksperymentów z dużymi prądami

13

Eksperymentuję z dużymi prądami z wyładowań ultra kondensatorowych.

Na przykład przy 500 A (przy 2,8 V) uzyskuje się imponującą demonstrację pola magnetycznego prostego przewodnika za pomocą igieł kompasu lub wiórów żelaznych (porównaj: http://iopscience.iop.org/article/10.1088/0143-0807 / 31/1 / L03 / pdf ).

Innym przykładem jest eksperyment pierścienia Thomsona http://www.rose-hulman.edu/~moloney/Ph425/0143-0807_33_6_1625JumpingRing.pdf, w którym można uzyskać do 9000 A przez bardzo krótki czas.

Załóżmy, że wszystkie użyte napięcia są niższe niż 60 V. Co należy wziąć pod uwagę w związku z bezpieczeństwem w tym przypadku?

Oto, co myślę:

  • Ponieważ napięcie jest zbyt niskie, prąd nie powinien być zagrożony przez ciało ludzkie.
  • W przypadku problemów z kontaktem może wystąpić niebezpieczeństwo iskrzenia i błyskawicy.
    • Może to być niebezpieczne z powodu światła UV
    • i z powodu iskier trafiających bezpośrednio w oko
  • Mogą również występować problemy z ciepłem, które powodują parowanie myśli, które możesz wdychać
  • Wyładowanie kondensatora generuje EMP, który może wpływać na przykład na rozruszniki serca

Nie jestem pewien, czy wspomniałem o wszystkich możliwych zagrożeniach związanych z tym. Moje pytanie brzmi:

  • W jakich warunkach (minimalny prąd, czas rozładowania ...) jakie niebezpieczeństwo stanie się istotne
  • Co zrobić, aby było bezpieczne
safety high-current Julia
źródło
5
60 V jest wystarczająco wysokie, aby stanowić potencjalne zagrożenie. Nawet akumulatory samochodowe o napięciu nie większym niż 12 V należy traktować ostrożnie, ponieważ mogą bardzo szybko wydobyć dużo energii na wszystko, do czego są podłączone. Jest to coś, co, jeśli musisz zapytać, naprawdę nie powinieneś tego robić.
Palenisko
6
Wysoki prąd może generować bardzo wysokie napięcie i znaczną energię przy niewielkiej indukcyjności po przełączeniu, więc nie można tego zignorować. Niebezpieczeństwo poparzenia i ewentualnej ślepoty spowodowanej stopionym metalem i uszkodzeniem skóry powodującym raka UV lub promieniowaniem ultrafioletowym (może dojść do złego oparzenia słonecznego od łuku niskiego napięcia). Nawet akumulator samochodowy może spowodować utratę palca, jeśli przypadkowo przyspiesz go na przewodzącym pierścieniu. Spróbuj znaleźć uniwersyteckie wytyczne dotyczące zdrowia i bezpieczeństwa lub wytyczne korporacyjne. Niektórzy z nas je napisali.
Spehro Pefhany
2
Nie zapomnij dodać do listy kontrolnej bezpieczeństwa „mieć pod ręką gaśnice” i „wykupić ubezpieczenie”.
Enric Blanco
5
Myślę, że punktem Spehro jest V = L * di / dt. Jeśli masz trochę L i bardzo szybko przełączasz prąd (wysokie di / dt), możesz uzyskać bardzo duże V. Tak więc podstawowa formuła indukcyjności ładnie określa punkt. Wszystkie kable i przewody mają trochę L.
John D
5
Rzeczy, które mogę wymyślić, nie są na twojej liście, głównie zebrane z filmów z YouTube poświęconych analizie ryzyka przez ludzi, którzy lubią wysadzać rzeczy w powietrze: Dostępna gaśnica; ogniotrwała wykładzina podłogowa, jeśli pracujesz z rzeczami, które mogą rozpylać stopiony metal (brzmi to intuicyjnie, ale dywan zapobiega odbijaniu się stopionych kawałków w niezauważalne / niedostępne miejsca); nigdy nie pracuj sam, zawsze miej kolegę; uważaj na rzeczy, które wytwarzają promienie rentgenowskie; mieć zdalne miejsce, z którego możesz odciąć zasilanie, jeśli musisz uciec; oczyścić pokój z potknięć; utrzymuj obszar w czystości i porządku.
Jason C

Odpowiedzi:

5

Jeśli weźmiemy pod uwagę ten model obwodu przełączającego o wysokiej energii, możemy symulować napięcie indukowane na pobliskim przewodniku. Zapewnia to prostą symulację rodzaju zakłóceń elektromagnetycznych, które byłyby sprzężone z pobliskimi przewodnikami lub urządzeniami elektronicznymi.

schematyczny

symulacja tego obwodu - Schemat utworzony przy użyciu CircuitLab

Gdy jakikolwiek przełącznik się otworzy lub po prostu złączysz przewody razem, aby krótko przewodzić te 1000 amperów, gdy masz 1u (1 mikron, 10 000 angstremów lub 1/25 mila) separacji przewodów, potencjał 3 woltów powoduje łuk.

100pF w odstępie 1 mikronów (3 mm na 4 mm ---- ciężki drut --- styk) rezonuje z drutem 1uH (~ 1 metr) na ścieżce wysokoprądowej. Fring będzie wynosił 15 MHz. Jaka jest wartość dI / dT 1000 amperów dzwoniących z częstotliwością 15 MHz?

100 000 MegaAmps / sekundę.

Umieść drut 4 ”od wysokiego prądu, który to drut uformował się w pętlę 4” na 4 ”; spodziewaj się 2000 woltów na końcach tej pętli 4”.

analogsystemsrf
źródło
Fajnie, ale myślę, że 200 V będzie tam bardzo krótko (ile?). Wtedy zdeponowana energia będzie odpowiednim parametrem. Ile będzie energii, jeśli dotknę styków twojego drutu 200 V?
Julia
1
Miałem literówkę; dI / dT wynosi 100 000 amperów / uSec lub 100 miliardów (10 ^ + 11) amperów na sekundę; zatem Vloop wynosi 2000 woltów; zwróć uwagę na formułę Vinduce --- jeśli jest całkowicie dokładna --- wymaga pewnej integracji i / lub logów_logicznych. Jednak dla stosowanych przeze mnie współczynników z krawędziami Odległość i Pętla ok. to samo, jest mały błąd. Więc spodziewaj się 2000 woltów.
analogsystemsrf
1
@JRE: Jak powiedziałem, zależy to od skali czasu, a następnie od energii. Często dotykałem demonstracyjnego równoległego kondensatora płytowego (niska energia!) Lub kapryśnej maszyny (30 kV), nic się nie wydarzyło (jednak obliczyłem zawartość energii przed użyciem).
Julia
3
OP chciał wiedzieć, jak być bezpiecznym. Ta odpowiedź ilustruje ryzyko.
analogsystemsrf
1
Jeśli częstotliwość dzwonienia wynosi 15 MHz, głębokość skóry (przy 63% tłumieniu) wynosi 17 mikronów. Ale przy 2000 woltów w porównaniu do 20 miliwoltów (potencjałów neuronowych) potrzebujesz 100 000: 1 tłumienia; przy 8,6 dB na skindepth (neper) potrzebujesz 100dB (100,00: 1) / 8,6 dB lub 12 głębokości skóry lub 200 mikronów. Wygląda na to, że tkanka skóry głowy zatrzyma energię poza neuronami. Ale twój przebieg może się różnić w zależności od tych liczb.
analogsystemsrf