Erdung eines Faraday-Käfigs im siebten Stock

Ich arbeite an einem Projekt für meinen Physikunterricht, um die Beständigkeit verschiedener Flammen zu testen.

Dazu wird eine Funkenstrecke mit Hochspannung verwendet, und ich bin dabei, einen kleinen Faraday-Käfig zu bauen, um die Menschen draußen vor Funken zu schützen, die eine höhere Spannung als erwartet haben, auch nur, um sie davon abzuhalten, den Drang zu haben, es zu berühren . (Die Logik ist, dass die Menschen radioaktiven Quellen viel mehr Respekt entgegenbringen, wenn im Hintergrund ein Geigerzähler klickt.)

Das Problem ist folgendes: Ich muss den Käfig erden, damit der Käfig selbst nicht aufgeladen wird, aber ich bin im 7. Stock und es wird keine Netzstromquelle verwendet, und ich bin mir nicht sicher, was ich als Erde verwenden könnte .

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Ich hatte daran gedacht, es an einem Kühlerrohr zu erden, da sie sowieso geerdet sind, aber ich würde mir Sorgen machen, dort vielleicht eine Ladung aufzubauen, die durch jemanden in einem höheren Stockwerk oder so geht, und die meisten anderen Ideen, die ich hatte, hatten ähnliche Probleme .

Ich hatte auch darüber nachgedacht, es mit der Masse der Funkengeneratorbaugruppe zu verbinden, die nicht mit der Erde verbunden ist, aber ich habe ein seltsames Bauchgefühl, das mir sagt, dass dies etwas beschädigen oder den Käfig daran hindern würde, wie beabsichtigt zu funktionieren.

Es ist sehr wichtig, dass ich so gute Sicherheitsvorkehrungen wie möglich treffe, da mein Dozent für meine Sicherheit haftet und ich aufgrund meiner Unwissenheit keine Fehler machen möchte, die jemandem schaden könnten.

Ich habe einige Nachforschungen über Erdung und Faraday-Käfige angestellt, aber ich kann anscheinend nichts anderes finden als "Warmer, nasser Schmutz ist besser als kalter, trockener Schmutz" und ich denke nicht, dass ich einen Eimer mit warmer, feuchter Erde zum Unterricht tragen sollte wäre geschätzt, angenehm zu tun oder sogar so gut als Boden zu arbeiten, weil ich nichts darüber finden kann, wie viel Boden genau benötigt wird, um ihn als gute Erde zu qualifizieren.

HINWEISE: Es gibt geerdete Steckdosen. Ich komme aus Großbritannien, falls das wichtig ist. Ich war mir nicht sicher, ob ich einfach die Live- und Erdungskabel vom Stecker entfernen und nur für den Erdungsstift verwenden könnte, da ich mit Elektronik besser vertraut bin als mit der Gebäudeverkabelung.

Der Käfig wird ca. 42 x 30 x 23 cm

Der Käfig ist völlig blanker Stahldraht, nicht lackiert.

Die Frequenz des Wechselstromfunkens beträgt ungefähr 70 Hz mit einer Anstiegszeit von ca. 50us

Diese Anordnung und das Experiment befinden sich auf einem isolierten Sockel, der durch Ziegel vom Tisch erhöht wird.

Die Länge des Bogens beträgt ca. 3 cm, aber er geht hauptsächlich durch die Flamme, nicht durch Luft.

Die Spannung wird in der Größenordnung von 3 kV liegen und ich kann Ihnen nicht sagen, wie hoch die Stromgrenze der Quelle sein wird, bis ich mir die Spezifikationen für die Quelle ansehen kann, die derzeit etwa 30 Meilen entfernt ist.

Danke fürs Lesen.

Gibt es keine geerdete Steckdose in der Nähe? Wie viel Energie wird freigesetzt, wie lang sind Lichtbogenlänge, Anstiegszeit und Käfiggröße? Lichtbogenschweißer arbeiten die ganze Zeit draußen. Ist es HGÜ oder HLK? Ist der Käfig lackiert. Möglicherweise gibt es mit diesen Antworten eine einfache Lösung.
Bearbeiten Sie die Frage jetzt.
Das sollte alles sein.
Welche Bogenlänge in Luft? Stromspannung ? Gleichstrom? ? derzeitige Begrenzung? Induktivität ? Widerstand? L/R?
Wie überprüfen Sie den Impuls mit 50-Ohm-Wechselstromlast auf die Strommessung?
Die Informationen aus Ihrem zweiten Kommentar hinzugefügt, aber ich verstehe Ihren dritten nicht?
Was ist Ihre Stromquelle, ein kleiner Transformator oder ein großer? gleichgerichteter AC oder DC? Messungen von Lichtbogenimpulsen neigen dazu, Nanosekunden-Anstiegszeiten von nicht 50 us zu haben, was eine Impulsbreite von 50 % oder PW50 sein kann
Ich werde einen Schaltplan hinzufügen.
Es macht einen großen Unterschied, einen winzigen Lichtbogen in einer Flamme oder einen großen Lichtbogen zu leiten und ob es sich um Gleichstrom oder Wechselstrom handelt. Die Abschirmung ist trivial, aber ich befürchte, dass Ihr Testaufbau und Ihre Messungen fehlschlagen werden, da Sie Stehwellenresonanz und Übersprechen und eine schlechte Impedanzkontrolle bei der Erfassung der Wellenform haben werden.
Da dies für die Schule ist, kann ich immer noch bestehen, wenn das Experiment fehlschlägt, solange ich herausfinde, warum.
Ich habe Informationen über die Größe der Lücke und ihre AC hinzugefügt.
Welche Instrumentierung? DSO? aktueller Sinn? Hochgeschwindigkeits-Flammenzündung Kamera? oder nur Sichtprüfung bei Zündung oder nicht
Wir messen die Spannung über einem Shunt-Widerstand in Reihe mit der Funkenstrecke. #
OK, dann verwenden Sie hochwertiges Koaxialkabel, das mit 50 Ohm am DSO abgeschlossen ist, um die besten Ergebnisse mit einem Shunt von beispielsweise <= 0,1 Ohm zu erzielen. Andernfalls falsches Klingeln von der Sonde
Was ist ein DSO? Alles andere habe ich bekommen.
Digitales Oszilloskop .... Relaisinduktivität beeinflusst die Toggle-Rate. es könnte nicht sein und nur en.wikipedia.org/wiki/Digital_storage_oscilloscope brummen und dann könnten die Relaiskontakte durchbrennen und die Kappe könnte explodieren (je nachdem, ob Plastik oder E-Kappe).
Ich bin mir ziemlich sicher, dass Sie die Schaltung nicht verstehen, da ich nicht alle Variablen für Induktivität, Halte- / Freigabestrom des Relais, xfmr-Verhältnis, Induktivitätsfunkenstrecke usw. habe. Es ist komplexer als Sie denken ... tinyurl . com/ycoa6prr
Zu viele Variablen, die die HV-Wellenform beeinflussen werden. Bisher schlecht definiert

Antworten (2)

Ihre Steckdose hat einen Erdungskontakt, den Sie für Ihren Zweck verwenden können (auch wenn Sie die Steckdose nicht als Stromquelle verwenden).

Es ist einer dieser Kontakte, die freigelegt sind und berührt werden können. ZB in diesem Bild die beiden Kontakte oben und unten an jeder der beiden Schuko-Steckdosen.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Wenn ich ein Laborpaket als Stromquelle verwende, wäre es sicher, den Käfig mit seinem Erdungsstift zu verbinden? (Womit ich an der Buchse meine, die das Laborpaket mit Strom versorgt, nicht an dem gemeinsamen Pin von seinem Ausgang.)
Oder sollte die Masse des Käfigs von der Stromquelle isoliert werden?
Auch in Großbritannien sind die Masseverbindungen nicht freigelegt. Suchen Sie in Google-Bildern nach einer UK-Steckdose.
Ich kenne die Stromquelle Ihres Laborpakets nicht, aber es kann sein, dass sein GND über die Steckdose mit Erde verbunden ist. Mit einem Multimeter solltest du das testen können.
@Douglas Sie können Steckblöcke speziell für die Erdung erhalten - z .
@Douglas: Ok, im Falle einer britischen Steckdose schlage ich vor, einen Stecker vorzubereiten, der Ihnen nur die Erdverbindung gibt
Danke an alle, auch Curd, ausgezeichneter Benutzername. @Tom Carpenter hat der Kauf eines Steckers einen Vorteil, anstatt nur einen Standardstecker neu zu verkabeln?
@Douglas nur einfacher. Sie sind auch nützlich zum Einstecken von ESD-Armbändern. Aber wenn Sie einen Stecker zur Hand haben, können Sie ihn genauso gut verwenden.

In Anbetracht Ihrer geringen gespeicherten Energie und niedrigen Wiederholungsrate wäre eine Sicherheitsumhausung aus Kunststoff wahrscheinlich angemessen.

Da Sie Ihre Zündspule mit einer 10-uF-Kappe bei 12 V Ladung bei 70 Hz betreiben, beträgt Ihre durchschnittliche Verlustleistung:

1 2 ( 10 μ F ) ( 12 v ) 2 ( 70 H z ) = 50 M W

Bei einer Anstiegszeit von 50 us (scheint für eine Funkenstrecke etwas langsam zu sein) sollte das HF-Rauschen bei etwa 5 kHz liegen. Ihre Spitzenleistung ist hoch, aber in Anbetracht der geringen gespeicherten Energie werden Ihre Pulse sehr kurz sein und sollten nicht viel EMF abgeben.

Wenn Sie einen Faraday-Käfig verwenden, ist die elektrische Erdung die beste Option (wie Curd erwähnte), aber die Verwendung einer Bauerde wie eines Heizkörperrohrs funktioniert in Bezug auf die Sicherheit genauso gut.

Der Grund für die Verwendung eines Käfigs anstelle von Kunststoff besteht darin, dass die Flammen eine leicht verfügbare Sauerstoffversorgung haben. Aber deine Antwort war trotzdem sehr aufschlussreich danke.