Wie berechnen - Verlustleistung eines Schutzwiderstands?

[miracle]

Wie berechnet man die Verlustleistung eines Schutzwiderstands?

Ich habe ein paar große KMKP-Kondensatoren Un=850V Ueff=600V 47µF, gemäß dem Datenblatt hält der Kondensator maximal 80 Ampere aus. Damit der Kondensator nicht zuviel Strom läd, bzw. abgibt, wollte ich einen Schutzwiderstand an jeden Kondensator anbringen. Dem Ohmschen-Berechnung nach 850V/80A=10,625 Ohm. Demnach könnte ich einen 12 Ohm Widerstand an jeden Kondensator anbringen. Danach könnten nur maximal 70A geladen oder entladen werden. Doch wieviel Verlustleistung muß der Schutzwiderstand abkönnen? Wenn ich einen 1 Watt 12 Ohm Widerstand verwenden würde, geht der bestimmt kaputt. Denn durch welchen 1 Watt Widerstand könnten schon 70A fließen. Ich könnte 10 Widerstände mit je 120 Ohm parallel schalten. Dann wären es 12 Ohm mit 10 Watt und jeder Widerstand würde nur mit 7A belastet. Da der Kondensator sowieso bei Kurzschluß mit Schutzwiderstand im Bruchteil einer Sekunde entladen wäre, könnte das reichen, oder? Weiß jemand wie man das berechnet, wieviel Leistung solch ein Widerstand abkönnen muß? Die Kondensatoren werden mit viel weniger Strom geladen und entladen, nur für den Notfall, bei versehentlichen Kurzschluß, sollen die Schutzwiderstände den Kondensator vor der Zerstörung (oder Explosion) schützen.

Gruß
Benjamin

 

[edi]

Hallo,

soweit ich mich erinnere rechnet man I²x R.

Aber es ist doch entscheidend mit welcher Spannung der Kondensator betrieben wird , nicht für welche er gebaut ist....oder ?

Von welcher Anwendung reden wir ?

 

[miracle]

Wie eine normale Berechnung aussieht, bei Dauerstrom ist mir klar, jedoch hat der Kondensator für nur vielleicht 1/1000 Sekunde diese enorme Leistung, dann wäre er bei Kurzschluß entladen. Dementsprechend kleiner kann der Widerstand ja auch sein, weil er nur für den kurzen Impuls die Leistung abfangen soll. Kleine FKP-Kondensatoren sind ja impulsfest aber große KMKP-Kondensatoren nicht. Ungeachtet wofür ich das brauche, es kann immer gut sein, einen großen Kondensator vorm Kurzschluß zu schützen.

Gruß
Benjamin

 

[patois]

... Ungeachtet wofür ich das brauche, es kann immer gut sein, einen großen Kondensator vorm Kurzschluß zu schützen.
...

Ungeachtet wofür du das brauchst, kann man einem Geheimniskrämer, wenn er nicht bereit ist die komplette Schaltung zu zeigen, demzufolge auch keine Hilfestellung geben, denn eine unbekannte Schaltung kann man nicht und sollte man nicht "beurteilen"!

Mir erscheint es, nachdem was man von deinen Rechenkünsten zu sehen bekam, sehr zweifelhaft, dass du -wie du schreibst- "Wie eine normale Berechnung aussieht, bei Dauerstrom ist mir klar," dir das wirklich klar ist.

Deine weitere Aussage "jedoch hat der Kondensator für nur vielleicht 1/1000 Sekunde ..." zeigt, dass dir der Begriff "Zeitkonstante" wohl nicht bekannt ist, denn die Nennung von 1/1000 Sekunde ist doch recht laienhaft.

Aber wie gesagt, wenn du die Schaltung nicht zeigen magst, kann man dir auch nicht helfen! :wink:

Patois

PS.: mach dir mal Gedanken über den Innenwiderstand der Stromquelle, die den Ladestrom liefern soll ... :wink:

 

[miracle]

Hallo,

Ich könnte mir jetzt zwar die Formel raussuchen bezüglich der "Zeitkonstante", wie lange ein 47µF Kondensator braucht und durch einen 12 Ohm Widerstand entladen zu werden, doch sagt mir mein Verstand auch so schon, das es sehr sehr schnell geht, deshalb schrieb ich auch "für nur vielleicht 1/1000 Sekunde diese enorme Leistung". Ob es nun 1/500 sek. oder 1/2000 sek. dauert, ist mir eigentlich egal. Ich wollte ja nur einen Schutzwiderstand. Ich könnte das auch experimentell herausfinden, indem in den Kondensator auf max. 850V auflade und dann mit einem 12 Ohm Widerstand überbrücke (nachdem ich mich in Sicherheit gebracht habe). Dann sehe ich ja, ob der Widerstand es aushält oder dabei abfackelt oder "nur" heiß wird. Wenn man das berechnen könnte wär es mir aber lieber gewesen.

Gruß
Benjamin

 

[patois]

Hallo,

Ich könnte mir jetzt zwar die Formel raussuchen bezüglich der "Zeitkonstante", wie lange ein 47µF Kondensator braucht und durch einen 12 Ohm Widerstand entladen zu werden, doch sagt mir mein Verstand auch so schon, das es sehr sehr schnell geht, deshalb schrieb ich auch "für nur vielleicht 1/1000 Sekunde diese enorme Leistung". Ob es nun 1/500 sek. oder 1/2000 sek. dauert, ist mir eigentlich egal. Ich wollte ja nur einen Schutzwiderstand. Ich könnte das auch experimentell herausfinden, indem in den Kondensator auf max. 850V auflade und dann mit einem 12 Ohm Widerstand überbrücke (nachdem ich mich in Sicherheit gebracht habe). Dann sehe ich ja, ob der Widerstand es aushält oder dabei abfackelt oder "nur" heiß wird. Wenn man das berechnen könnte wär es mir aber lieber gewesen.

Gruß
Benjamin

"Ob es nun 1/500 sek. oder 1/2000 sek. dauert, ist mir eigentlich egal."

Es mag ja sein, dass es dir "egal" ist, aber für den Kondensator bedeutet es die Frage:

SEIN oder NICHTSEIN.

Leider ist bisher noch nicht einmal gesagt worden, ob mit Gleichspannung oder mit Wechselspannung "experimentiert" wird! :evil:

Würde die Antwort lauten "mit Wechselspannung", müsste man gleich nachhaken und fragen:

Welche Frequenz hat diese "Wechselspannung".

Auch noch nach der Kurvenform zu fragen, kann man sich wohl sparen,
da dem Fragesteller ja alles "sein Verstand" sagt!

"Wenn man das berechnen könnte wär es mir aber lieber gewesen."

Man kann ja verstehen, dass es dir lieber gewesen wäre, wenn man das berechnen könnte,

ABER

jetzt kommt man wieder auf das schon früher Gesagte/Geschriebene zurück,

ohne die genaue Kenntnis deiner Schaltung (inklusive Innenwiderstand der Stromquelle) ist eine Berechnung nicht machbar.

Zur Berechnung des Impulses (oder was sich bei dieser geheimnisvollen Schaltung auch immer abspielen mag) benötigt man die Kenntnis der Form dieses Impulses und muss auf die Integralrechnung zurückgreifen,
oder auf etwas ungenauere Näherungsberechnungen,
oder man malt den Impuls in seiner Form auf ein Stück Millimeterpapier
und zählt dort die "Kästchen" aus.

Wenn man dem "Profil" trauen kann, wird vermutlich an einem Netzteil rumgebastelt. Vermutlich (was genaues wird uns ja nicht gesagt) sollen die Kondensatoren Teil eines "Zwischenkreises" sein.

Einpulsig, zweipulsig, dreipulsig, sechspulsig oder zwölfpulsig wird wohl noch ausgewürfelt, denn von Entwicklung oder gezielter Konstruktion kann wohl nicht die Rede sein.

Wenn also unser "lieber" Fragesteller keine weiteren Informationen liefern will
(wahrscheinlich macht er gerade eine sensationelle Erfindung :wink: ),
dann ist zumindest für mich hier das Ende der Fahnenstange erreicht.

Patois

 

[miracle]

HeHeHe! - Nein, an einem Netzteil bastel ich nicht, von denen hab ich schon genug. Da würde ich auch Elkos verwenden.

Drahtexplosion

Durch einen hohen Stromfluss (z. B. aus einer Kondensatorbatterie) durch einen dünnen Metalldraht verdampft dieser explosionsartig in einigen Mikro- bis Millisekunden. Dadurch entsteht eine teilweise ionisierte Metalldampfwolke und es kann eine Bogenentladung zünden, die zur weiteren Ionisierung des Metalldampfes führt. Zunächst tritt also thermische Anregung, danach auch Anregung durch Stoßionisation statt. Ein Anwendungsgebiet der Drahtexplosion findet sich in der Z-Maschine.

Um die rasche Ausdehnung des Plasmas zu verhindern, kann dies in einem nicht leitenden Röhrchen stattfinden (Kapillarentladung).

Quelle: de.wikipedia.org/wiki/Plasma_(Physik)

Ich hab 20 von den Kondensatoren, die jeder 80A liefern kann (bei Kurzschluß mehr, aber dann gehen sie kaputt, deshalb die Schutzwiderstände). Sie befinden sich in 2 Cola-Kisten (unten festgeschraubt).

http://j2011.de/kondensatoren.jpg

Wenn ich die alle parallel schalte, hätte ich 940µF auf max. 850V mit max. 1600A. Zwar nur für den Bruchteil einer Sekunde aber für so ein Plasma-Experiment dürfte es reichen. Ich kann keine normalen Elkos nehmen, die zwar viel kleiner, aber nicht für die hohen Ströme geeignet sind.

Und damit die Kondensatoren bei dem Experiment nicht kaputt gehen, wollte ich Schutzwiderstände einbauen. Aufgeladen werden sie ganz langsam, mit etwa 0,1 Ampere, aber beim entladen sollen sie ihre Energie auf einmal abgeben. Jetzt kennst du die "Schaltung".

Gruß
Benjamin

 

[sko]

Dann hast Du die falschen Kondensatoren...

Wir hatten in meiner alten Firma (und das ist bereits 40 Jahre her 8) ) eine Laserimpulslampen-Produktion und die zugehörige Prüfstrecke.

Die Kondensatorbatterie dafür bestand aus MP-Kondensatorwürfeln, jeder so ca. 30*30'30cm, 6KV und 10µF.
Insgesamt war da ein Raum von etwa 4*4*3 m mit diesen Kondensatoren gefüllt.

Die brauchten keine Schutzwiderstände und die Entladung fand im Bereich von µs statt.
Mit der Energie eines solchen einzelnen Blitzes konnte man im Umkreis von 1 Meter Gegenstände anzünden...

Wenn ich da Deine Colakiste sehe, kommen mir arge Zweifel...


Ciao
Stefan

 

[miracle]

Hallo,

Ich will ja auch nur einen kleinen Draht (0,02 mm oder 0,1 mm Durchmesser, genaueres wird ein Versuch zeigen) zum verdampfen bringen und das eine Bogenentladung entsteht. Er soll nicht einfach nur durchbrennen, das könnte ich auch mit einem normalen Netzteil schaffen, sondern gleich verdampfen.

Da meine Mittel begrenzt sind, kann ich mir keinen Raum voll Kondensatoren leisten, daher soll es auch nur ein kleines Experiment sein. Ich hab auch einen großen schweren 12KV 4µF Kondensator, aber eben nur einen, und da hab ich auch kein Datenblatt zu.

Gruß
Benjamin

 

[sko]

Der Draht soll nicht nur durchbrennen sondern verdampfen...

... und das erwartest Du bei 800A (10 Kondensatoren, die wegen dem Vorwiderstand nur 80A liefern) die nur im ersten Moment fließen, weil dann die Spannung sinkt und damit der Strom ebenfalls?

Sieh Dir mal die Entladekurve eines Kondensators über einen Widerstand an, ich denke das wird so nix!

Ciao
Stefan

 

[EnteS901]

Hallo Benjamin,

ich klinke mich hier auch mal ein. Als gelernter EGS hatte ich natürlich viel in der aufgezeigten Materie zu tun. Als erstes im Prinzip kann in dem Schutzwiderstand nur die geladene Energie der Kondensatoren umgesetzt werden. (klingt zwar etwas böse aber das ist nicht viel, genauer E=0,5*C*U²=0,5*47*10e(-6)*800²=15,04J=15,04Ws) Ich unterstelle mal nach der Entladung vergeht soviel Zeit, dass der Widerstand wieder voll auskühlen kann. Aus diesem Grund ist die thermische dimensionierung Hintergründig vor dem Punkt, dass bei 80A Gleichspannung auch ein paar Stromkräfte zum tragen kommen. Deshalb würde ich 5 oder 10W Zementwiderstände nehmen, die juckt die Wärme der Entladung nicht die Bohne und auch mechanisch sollten die es dicke abkönnen.

Ich will dich nun nicht desillusionieren aber du solltest bei deinen Versuchen ne zweite Erwägung in Betracht ziehen. Durch deine Schutzwiderstände erzeugst du automatisch eine Widerstands- und damit Leistungsanpassung. Dies bedeutet deine "Spannungsquelle" hat bei 24 Kondis 0,5 Ohm Innenwiderstand-> dein Draht sollte so lang sein, dass er mindestens auch 0,5 Ohm hat. Sonst verbrätst du die gesamte Energie nämlich im Vorwiderstand und nicht im Draht und dann Glüht er nicht einmal und von verdampfen kann dann keine Rede sein. Aber Versuch macht kluch, also kannst du ja mal testen. Als zweites würde ich überprüfen ob die Kondis wirklich Schutzwiderstände brauchen. 80A im Wechselstromdauerbetrieb sind reell um die thermischen verluste im Kondi zu begrenzen der wird dann nämlich ganz schön warm. Aber wieviel A gehn kurzzeitig maximal mechanisch zuzumuten, dass muss auch im Datenblatt als i Dach drin stehn (find hier kein symbol für). Als vergleich ich hab mir aus alten Becherelkos 100x10.000µF 80V ein Punktschweißgerät gebaut, dass geht prima (naja manchmal gibts auch Löcher dann weniger Spannung oder Kapazität reduzieren) für meinen kleinen dilletantischen Gehäusebau. Aber da gibts weder Vorwiderstände noch hochohmiges in der Strombahn, da gehts mit 10mm² von den M6 Schraubanschlüssen der guten alten Frolyten relativ induktivitätsarm zum Objekt der begierde über eine zwischenisolierte Schraubzwinge. Achso der Schalter bei 800V ist auch interessant, wie machst du das? Bei mir mit meinen läppischen 80Vmax werkelt ein DDR Schütz mit 3 Parallel geschaltenen 63A Hauptkontakten. Der erste Versuch mit nem 16A Installationsrelais hatte nämlich die Konsequenz der Zerstörung dieses, da durch die auftretenden Stromkräfte der Kontakt wieder aufgerissen wurde und der zarte Lichtbogen sich dann um selbigen gekümmert hat. Nur von Schweißung war da keine Spur außer an den Kontaktresten.

Beste Grüße

Christoph

 

[miracle]

Hallo,

Danke für eure Antworten. Ich hab zwar nur eine Kiste abgebildet, hab aber zwei, also 20 Kondensatoren. Genaugenommen 21, weil ich zuvor erst einen zum testen bekommen habe, bevor ich die anderen 20 genommen habe. An dem einen könnte ich das mit den Widerständen ja erst mal testen. Ein Schalter kommt da nicht zwischen bei 20x80A=1600A. Ich hab zwar einen 250A Gleichspannungsschalter, der ist aber nur für 24V zugelassen und aus einem Gabelstabler. Ich wollte die eine Seite der Kondensatoren mir Kabeln an eine Metallplatte machen und den gegenüber eine weitere Metallplatte, wo die andere Seite der Kondensatoren rangeht. Plus und Minus gibts bei KMKP zwar nicht, aber jenachdem wie sie aufgeladen sind, ist die eine Metallplatte dann Plus und die andere Minus. Und dann kann ich mit einem langen Abstandshalter den extrem dünnen Draht dazwischenhalten (oder ich bau mir eine kleine automatische Vorrichtung) und verbinde damit die beiden Metallplatten (z.B. 10mm Abstand). Also kein Schalter, sondern der Draht stellt erst die Verbindung her. Ich hab auch ein Hochspannungsnetzgerät, das liefert 0-2000VDC bei 10mA auf 1V genau einstellbar. Wenn ich das auf 850V einstelle und einen HV-Widerstand davorschalte, damit die 10mA nicht überschritten werde (vorher schrieb ich 0,1A, ich meinte aber 0,01A beim laden) dann lädt sich der Test-Kondensator langsam auf 850V. Aufgrund der Gefahr werde ich aber mit 50V anfangen um den Widerstand zu testen und dann in 50V-Stufen erhöhen. Dann merk ich ja, wann der warm wird und ich mehrere brauche. Das mir dem Keramikwiderstand ist eine gute Idee, ich hab sogar noch vier 30cm lange liegen, allerdings 50 Ohm. Alle vier parallel wären 12,5 Ohm mit 4x330W. Ich weiß nur nicht ob ich die Kondensatoren alle erst parallel schalten kann und dann über einen gemeinsamen Widerstand entladen darf. Das würde vorraussetzen, das sich alle Kondensatoren einigermaßen gleichmäßig entladen. Theoretisch müsste das eigentlich so sein, denn warum sollte der eine noch 800V haben, während der andere schon 700V hat. Ich teste das aber erst mal mit einer niedrigen Spannung durch. Doch das dauert noch etwas, weil ich erst die nötigen Kabel und Ring-Kabelschuhe besorgen und das Experiment fest montieren muß (soll ja keine fliegende Schaltung werden).

Gruß
Benjamin

 

[EnteS901]

Hallo Benjamin,

deine Antwort bereitet mir jetzt leichte Sorgen. Ich hoffe ich habe es nur falsch verstanden, also du kannst natürlich nicht die 4 50 öhmer einfach parallel hinter deine ganzen Kondensatoren schalten da deine Spannungsquelle dann einen Innenwiderstand von 12,5 statt den von mir berechneten 0,5 Ohm hat, weshalb wahrscheinlich auch dem Draht dann nix großes passiert, wenn du den gesamtstrom auf 80 A dadurch begrenzt. Ich hoffe du meintest die 4 parallel an einen Kondensator oder alle Kondensatoren mit einem gemeinsamen 0,5 Ohm Leistungswiderstand der Liga 250W oder mehr versehen wegen der sehr hohen Stromkräfte. Bist du dir sicher was du da machst, weil son bisschen Widerstandsrechnerei sollte man bei den Spannungsklassen schon beherrschen und übrigens der Ladewiderstand muss exakt für eine Verlustleistung von 850V*0,01A=8,5W also 10W bemessen sein und außerdem spannungsfest bis 1kV sein das gilt auch für die Entladewiderstände. Diese Kenntnisse hatte ich vorausgesetzt aber ich sags nochmal. Als Beispiel standard Metallfilmwiderstände können 250V aber auch das mutet ihnen kein halbwegs vernünftiger Elektroniker zu außer den Chinesen. Die Vernunft sagt dann eher 100V wegen auftretender Spannungsspitzen aber das nur mal so am Rande. Die Kontaktierung durch herabfallen auf Metallplatten oder wie auch immer der Draht da dann drauf kommt wirkt auch noch abenteuerlich. Ein dicker Schütz mit reihenverschalteten Kontakten ist da schon wesentlich besser, denn du weißt Strom macht klein schwarz und hässlich und ich möchte nicht mal durch Zufall an deine tollen Metallplatten fassen :shock: zumindest vergisst man das dann bestimmt nicht so schnell. Ob das Schaltgerät den Strom abkann war mir bis dahin immer egal wenn die Größenordnung stimmte bei nem 63A Schütz kann mann auch auf nen Kurzschluss schalten ohne dass es zerstört wird wenn die Vorsicherung stimmt also vom Bauchgefühl kurzzeitig 1 kA macht das schonmal mit aber meine Hand bei dem Draht Fallenlassenexperiment nicht. Das Schaltgerät ist im E-Fall kaputt der Mensch eher tot. Ich würde mir an deiner Stelle den Versuchsaufbau nochmals genau überlegen, als ich noch in der Hochspannungshalle als HIWI war und da Probekörper für isolierte MSS Trennerwellen getestet hab bei 12kV hätte man so nicht arbeiten können. Allein die Gefahr auftretender Lichtbögen mit ihren Gefahren für Haut und Augen (Thema verblitzen beim schweißen tut nicht gut) ist zu groß.

Deshalb nimm dir die Vorschläge zu Herzen und ich kann zu solchen sachen nicht einfach ja und amen sagen. Aber das überdenken kann ja auch ein Erkenntnisgewinn sein. Bei einem sichereren Versuchsaufbau bin auch ich gewillt dann weitere Hilfestellungen zu geben.

Mit besten Grüßen

Christoph

 

[miracle]

Hallo,

Ne, hast Recht, Gedankenfehler, einige Beiträge vorher sagte ich 12 Ohm pro Kondensator und nun aufeinmal 12,5 Ohm für die Gesamtschaltung - Blödsinn. Habs heute morgen schnell geschreiben, kurz bevors zur Arbeit ging, bin deshalb gar nicht so schnell über meinen Gedankenfehler gestolpert. Ein normaler Metallfilmwiderstand von 1 Watt wird bei Conrad Elektronic mit 500V Spannungsfestigkeit angegeben. Zehn 10 kOhm Widerstände je 1 Watt in Reihe müßten somit ausreichen. Da der Widerstand des Kondensators, je mehr er geladen ist, zunimmt sinkt der Strom und die Spannung steigt zunehmend. Ich hab zwar für den Gesamtstrom aller Kondensatoren auch extrem niederohmige Hochlastwiderstände, doch ich spiel mit dem Gedanken, mit Isachrom-Widerstandsdraht, mir einen eigenen niederohmigen Hochlastwiderstand zu basteln, der genau den Bedürfnissen angepasst ist. Anfassen darf ich bei den Metallplatten natürlich nicht. Als ich Elektriker gelernt habe, da haben wir auch Unfallbilder gesehen, (tote) Menschen die im unteren Teil nur noch aus Asche bestanden, Körperteile die nicht nur eine "gewischt" gekriegt haben, sondern wegen der Energiemenge regelrecht zerplatzt sind, Und beim Kurzschluß im Hauptverteiler, wie eine Schicht Kupferdampf den Kopf mit einer glühend heißen und schimmernden Kupferschicht überzogen. Es können richtig widerliche Unfälle passieren, wenn man zu leichtsinnig ist. Natürlich muß alles sicher sein. Ich bin mal mit 24VAC und 2 Kabeln wahllos über eine kleine Elektronic-Platine gegangen um diese elektrisch zu zerstören. Dabei ist ein kleiner Elko explodiert. Ist zwar nichts passiert, aber der Knall war wie bei einem Chinaböller. Ich hab ein großes Siemens-Schütz 3TF48 damit könnte ich bis zu 1000VAC mit 3x100A schalten. Doch dann kann ich auch gleich meine Hochstromtrafos verwenden, der eine liefert 650A bei 2V und mein selbstgebastelter 1120A bei 1,5V. Dabei versuche ich etwas sinnvolles zu basteln, wobei die Kondensatoren zum Einsatz kommen, denn wozu habe ich die sonst?

Gruß
Benjamin

 

[miracle]

Hallo,

Wenn ich mir die möglichen Kosten und den Aufwand berechne, der noch ansteht, wäre es vielleicht doch besser, die Gesamtschaltung auf 68A (850/12,5) mit den vier Widerständen zu begrenzen. Die Teile habe ich wenigstens schon und das Schütz auch. Doch zum verdampfen bekomme ich damit wohl kein Draht. Wenn ich berechne 940 µF x 12,5 Ohm = 0,01175 sek. bei 63% Spannungsabfall. Bei nur 0,5 Ohm, was noch einen Riesen-Aufwand nach sich ziehen würde, wären es sogar nur 0,00047 sek. Doch ob ich bei 11,75 Millisekunden einen hauchdünnen Draht zum verdampfen bringe, mit nur 68A, wage ich zu bezweifeln. Durchbrennen wird er und blitzen wird’s auch, aber mehr wohl auch nicht. Traurig :-(

Gruß
Benjamin