Seguridad de la cascada de Villard

Question

Mi hijo adolescente ha sido la construcción de la ecuación de Cockcroft-Walton multiplicadores en su tiempo libre últimamente, y estoy potencialmente un poco de que se trate en caso de que él electrocutes a sí mismo. Su circuito es alimentado por 4 pilas AA en serie (6V), y a juzgar por la chispa se las ha arreglado para llegar a alrededor de 6kV el uso de un oscilador y transformador, seguido por la fórmula de Cockcroft-Walton de la cascada. Desde que el edificio esta en un circuito sencillo que no hay aislamiento entre él y las partes del circuito, y él ya me ha dicho que ha tenido un par de golpes.

Soy un físico que trabaja en una universidad, así que busqué la normativa en materia de electrodomésticos en Europa y creo que se debería de aceptar (usamos el mismo reglamento para evaluar Van der Graaf generator demos). La capacitancia total de la cascada de circuito termina en alrededor de 1nF, por lo que en 6000V la carga total debe ser 6uC que creo que debería ser seguro (EN-60335-1), pero como yo no soy un ingeniero que no puedo decir seguro.

Mi pregunta es: ¿debo dejar a mi hijo de la construcción de estas? Siempre he favorecido la creatividad, y su amor por la electrónica, pero no quiero hacerle sufrir lesiones o peor.

Answer 1

Ser sorprendido es bueno. Caída de la soldadura en la ropa y la piel es buena. Mellar los dedos de metal afilados bordes es bueno. Los seres humanos sobrevivir por explorar. Los seres humanos aprenden de dolor. De lo contrario, estaremos huyendo de los pantanos.

Como un niño, me sentía 117 VAC hormigueo a través de los dedos de los pies, desde los viejos transformadores de potencia. He aprendido a sentarse en sillas de madera y no tocar los dedos de los pies al suelo de hormigón.

Más tarde, mientras que "ajustar" un osciloscopio, me empujó a la desnuda espalda del alcance contra el metal de la mesa de laboratorio, tocar el EICO ámbito de tubo para el banco, y luego se inclinó hacia adelante con la panza contra la parte frontal de la banca a través de mi camisa, y tocó mi pecho de nuevo a través de la camisa al alcance de chasis como he llegado muy lejos para ajustar un "foco" potenciómetro. De 3.000 voltios en el pecho. Me senté, aturdido, durante un par de minutos.

Pero yo tenía un par de lección más acerca de la de alta tensión sigue a aprender.

Deje que su hijo vea algunos de alta tensión-la muerte de vídeos.

Enseñarle el "mantenga una mano en el bolsillo" truco de alto voltaje.

EDIT: Entonces, no es de alta corriente; la universidad profe dijo de alguien que perdió el dedo anular izquierdo, debido a que el anillo de boda terminó en una corriente de alta ruta, haciendo que el anillo de un resplandor rojo, matando a la piel, los músculos, los tendones y el hueso.

También he tenido MOSFET de puerta de conductor ICs golpe en la parte superior del paquete, durante la "bipolar snapback" evento cuando los 1.000 µF almacenamiento de los condensadores en el interior de un enorme HP laboratorio de suministro tenido la necesidad de descargar su energía en los 2 mm × 4 mm de silicio de la puerta del conductor. Ninguno de nosotros tres, flotando muy cerca, fueron afectadas. Pero después de eso, yo siempre coloca una hoja de papel en la cima del circuito, para interceptar más de IC de la energía de los vertederos. La energía? 1/2 * C * V^2 = 0.5 * 1,000 uf supone (no abrir el HP de suministro) * 20v * 20v = 200 milijoules que explica por qué DIP en la parte superior de plástico fue volado. Y echaba de menos a nuestro 6 ojos (aunque yo llevaba gafas).

EDIT: La puerta del conductor golpe-top-off fue casualidad, porque me tomó de la lección en el corazón y se dio cuenta de que el peligro de la energía almacenada en 1.000 µF tapas. Me enteré de cómo se burlan de-el-dragon en la evaluación de bipolar-snapback, permitiendo sólo 1.000 pF derecha a través de la Puerta del Conductor, con 220 Ohm resistor a la (experimentalmente variable) Vdd. El uso a largo plomo de 1.000 pF (3" conduce, 6" total, o 100 nanohenry) junto con la externa de 1.000 pF y el chip bien sustrato de ~1,000 pF, durante el cambio de eventos el silicio VDD_GND se vendría abajo y, a continuación, de rebote 5 o 10 o 15 voltios por encima de la nominal de 18 voltios. En algún nivel, el slewrate de la señal (100 nH y 500 pF suena a 22 MHz) inducida suficiente transitorio de la carga en el silicio que bipolar-snapback se produjo, y la VDD (suministrado por 1.000 pF) sería arrastrado hacia abajo a los 16 o 17 voltios con lo cual el snapback se auto-extingue. Me encontré estos dispositivos, en/fuera de snapback a 100 kHz, con ausencia de daño, como me diagnosticó que el transitorio de carga de la ruta y se dio cuenta de que el diseño de las reglas de cambio que se necesita. Serendipity. La energía? 0.5 * C * V^2 = 0.5 * {total protoboard + de silicona Tapa = 2,000 pF} * 31.6 voltios^2 = 1,000 pF * 1,000 (voltios^2) = 1microJoule.

Décadas atrás, volver de almorzar, se le dijo para ir a su laboratorio y examinar "los escombros" en la XXXX del banco. Hubo 6panel de envoltura de la junta (30*6=180 ICs), muchos de ICs con sus tops de soplado. Resulta un colgante de uno-end-cable suelto tenía enroscada sobre y alrededor y por debajo de la parte delantera banco de borde y * * * * *EN* el caliente de contacto de 117VAC poder. Por lo tanto la gestión querían que todos los ingenieros y los técnicos y de renovación de folk entender el peligro de elástico-rizado de envoltura de cables a la izquierda colgando.

Ahhhh Asignado a 400 vatios Tritek de conmutación de suministro para la par de semanas, por alguna razón. Acabo de darme de experiencia en switchers; yo no era el diseñador. En repetidas ocasiones, el sacrificio de 5 vatios 5 ohm bobinas de cable de protección de las resistencias --- explotaron, su cerámica núcleos expulsó de la heatsinkable caso y a través de la pasarela entre los bancos, el resistiva de alambre por detrás como guía de alambre para un REMOLQUE de misiles. Hemos aprendido a no interponerse en el camino.

Para la seguridad, y ningún zumbido en highgain amplificadores (100dB y 120dB), aprendí a usar la de 9 voltios "B" 3" 3" 4" de las baterías. La alta Derrota causada oscilaciones, casi todo el tiempo, hasta que aprendí a implementar "las pilas" con LPF RC en la VDD a LNA etapas. Una colección de 5.000 uF tapas de los que yo tenía.

Answer 2

Parece seguro de lo que usted describe, mientras él sólo usa baterías y mantiene los condensadores pequeños. CW multiplicadores de aumentar la tensión, pero reducir la corriente por lo que sólo habrá unos pocos cientos de microamperes en el extremo de salida.

EN60335-1 sugiere que en virtud de 15kV tan larga como la carga total de un choque está a menos de 45 microcolumbs, no hay peligro. Su hijo circuito parece que está por debajo de eso como Q=CV. Obviamente, si él comienza a ir más y más tensiones que necesitará para reducir el tamaño de las tapas para mantenerse a salvo. Con 6000V y 1nF cualquier "shock" que se siente mucho como un choque estático de un picaporte. Es también una clase similar de la salida comercial de aguijones para ganado tienen.

Otra propiedad de CW cascadas es que el voltaje de salida y corriente depende de la carga: la menor es la resistencia de la carga menor es la corriente pasa, lo que los hace realmente ineficaz, pero puede salvar su tocino demasiado si se va a llegar a ser conectado a ella.

También estoy de acuerdo en que él debe ser supervisado, creo que casi evidente.

Creo que la única manera para 4 pilas AA (o D, etc) baterías a ser peligroso en un circuito sería si un circuito como el de arriba fue utilizado para cargar un condensador enorme. Yo podría estar equivocado en eso.

Answer 3

Seguro es un término relativo, lo que es seguro para una persona puede no serlo para otro, y como profesional puedo decir que es 100% seguro. Suena como las energías involucradas son bastante trivial, pero eso no quiere decir que no gancho que hasta un transformador de potencia de una hora a partir de ahora para obtener una chispa más grande. También, incluso con estos valores se podrían voltios de un condensador y hacer fallar bastante violentamente. Gafas de seguridad sería una buena idea para este y otros proyectos.

El trabajo con electricidad siempre tiene riesgos asociados con ella. Pueden ser de electrocución, explosión, quemaduras, a partir de un incendio, exposición a sustancias químicas y algunos otros. Esto viene con la naturaleza del trabajo.

Debería dejar de él? Así que usted puede probar, pero puede ser mejor tenerlo bien educados sobre los riesgos y medidas de seguridad que se deben tomar para limitar su vulnerabilidad a algo que va mal. Esas medidas deberían incluir una estricta restricción de que "no Podemos jugar con la electricidad cuando nadie está alrededor!".

Hay una serie de simplesy complejas pautas en línea.

Tal vez pasar algún tiempo con él mientras que él está experimentando. Usted puede disfrutar de ella, y estoy seguro de que su hijo se lo agradeceria.

ADEMÁS: Como un padre, sin embargo, yo sería tomar medidas para asegurar que, cuando el muchacho se está trabajando está debidamente equipado. El derecho de las herramientas, el equipo, fallo de tierra interrumpido tomas de corriente, iluminación, ventilación son todos importantes.

Answer 4

PELIGRO! El heartstopping-ness de la tapa de descarga está determinado por la energía, no por coulombs.

Ver el pdf: IEEE 2009: riesgo eléctrico, sistema de clasificación de

En general, es malo dejar que su condensadores de entrar en el 10 julios gama y por encima. Eso es para los vertidos a través de su pecho, por supuesto. Significativo corazón peligro comienza a 20joule descargas. A continuación 10joules, el principal problema es que las contracciones musculares, consiguiendo en rodajas por golpear objetos afilados, etc.

0.001 uF y 6KV da 36 milijoules. Bastante seguro, aunque sea un poco doloroso.

Aún así, los efectos cardíacos dependen de la densidad de energía, no sólo de los julios. Si usted apuñalado un agudo-terminal del condensador en la caja torácica, la energía entregada al sistema de marcapasos sería órdenes de magnitud mayor que si la misma terminales del condensador se toca con dos manos.

Cuando se trabaja con tapa de descarga de los sistemas, utilice sólo una mano. De esa manera las descargas accidentales no van a ir a través de su pecho. O mejor aún, siendo siempre muy temeroso, y la paranoia de que vas a cometer un error y recibir una mala zap. Algunos problemas graves de respeto (si no terror) va mucho en el fomento de la investigación adecuada de antemano, y para evitar el desarrollo de cualquier ignorante conductas de riesgo cuando se trata con kilovoltios condensadores.

Answer 5

Hubo un par de sugerencias sobre el "poder de la batería, período". Hay una buena razón para no hacerlo con los experimentos en un par de kilovoltios se generan incluso si normalmente una caja de red conectados a la fuente de alimentación se utiliza, y que realmente no ha sido mencionado aquí.

Alta tensión en una cantidad (máxima sostenida de la corriente, la energía almacenada) que normalmente no podía hacer mucho daño permanente a la que todavía trae, al menos, los siguientes riesgos:

• no se puede romper el primario a secundario de aislamiento, incluso, una robusta fuente de alimentación - en el peor de los casos de forma permanente, así que las cosas que no se supone que para ser directamente conexión a la red ahora son. Incluso una fuente de alimentación integrada perfectamente a las normas de seguridad es probable que tenga un fallo de aislamiento si te las arreglas para poner más de aproximadamente 3-4 kv a tierra en cualquiera de sus terminales por error

• De alta tensión huelgas arcos muy fácilmente. Si te las arreglas para golpear a un arco en contra de todo lo que tiene vivir en la red (podría ser una forma imperfecta conector aislado cerca de su instalación, como un cable de la tapa no se inserta en un zócalo de todo el camino, o algo expuesta a través de un agujero de ventilación en la caja de alimentación...), este arco es ahora un conductor perfectamente capaz de llevar a cabo cualquier cosa conectada a la misma (si tienes suerte, el arco sólo dura hasta que hay un cruce por cero mediante la red eléctrica de CA.).