DIY Hot Rod, Grounding Stick, Erdungsstab selbstgemacht

DIY Hot Rod, Grounding Stick, Erdungsstab selbstgemacht

Für Experimente mit Hochspannung möchte ich einen so genannten Hot Rod, einen Erdungsstab bauen, um Kondensatoren sicher zu entladen. Ich verwende dazu einen 10 MΩ HV Widerstand, eine M12 V4A Schraube, einen 2m langen Stab aus POM und einen Handschutz den ich selbst aus Silikon gegossen habe.

Grundüberlegung

Der 10 MΩ Hochspannungswiderstand hat eine Nennleistung von P = 10 W. Mit

(1)   \begin{align*} P = I^{2} \cdot R \end{align*}

ergibt sich bei 10 MΩ und 10 W ein maximaler Strom von 1 mA. Nach dem Ohmschen Gesetz kann ich mit dieser Dimensionierung theoretisch erstmal eine Spannung von 10 kV aus einem beliebigen Kondensator entladen. Wenn die Spannung höher ist, als diese 10 kV, hängt es vom Kondensator ab, ob man ihn noch sicher entladen kann.

Mit einer maximalen Zeit t_{Überlast} während der die maximale Leistung des Widerstandes überschritten sein darf, ergibt sich für die maximale Kapazität des Kondensators:

(2)   \begin{align*} C=-\frac{2. t}{R \log \left(\frac{10. R}{U0^2}\right)} \end{align*}

Erlaube ich eine Überlast während 0.2 s und gehe von 10 000 V aus, dann darf der Kondensator nur noch eine Kapazität von 50 nF haben, das klingt schlimmer als es ist, denn der Kondensator entlädt sich ja auch recht zügig selbst, so dass bei einer „Sicherheitsentladung” über den Hot Rod ja nicht mehr die volle Spannung anliegt.

Dennoch zeigen mir meine Überlegungen, dass es gar nicht so trivial ist, einen Kondensator unter Hochspannung sicher zu entladen.

Bau

Mir war es wichtig eine gute Isolierung auch im Falle eines Defektes zu erreichen, zum Beispiel sollte der Draht für die Erdung nicht durch die Hand laufen und die Hand auch nicht berühren können, damit ich mich bei einem Unfall nicht unnötig verbrennen oder gar schocken kann.

Ausserdem wollte ich sichergehen, dass ich nicht aus versehen mit der Hand nach vorne in Richtung Spannung rutschen kann und vor allem wollte ich auch gegen Kriechen der Hochspannung einen Schutz vorsehen.

Zum Schutz der Hand, um den Draht von der Hand fern zu halten und gegen Kriechen der Hochspannung habe ich einen Handschutz aus Silikon vorgesehen. Den Handschutz habe ich in einer ausgefrästen Holzform aus Silikonmasse gegossen.

SilikonForm

Feuchtigkeits- und schmutzabweisender Handschutz aus Silikongummi.

Für die Kontaktstelle habe ich eine M12 Schraube aus Edelstahl mit Linsenkopf vorgesehen, für Edelstahl habe ich mich entschieden, weil er nicht korrodiert. In die Schraube habe ich am Ende eine Treppe gefeilt und ein Gewinde für eine M3 Schraube, ebenfalls aus Edelstahl eingeschnitten. Mit dieser Schraube kann ich dann den Widerstand, den ich mit an beiden Enden mit Ösen für die Quetschtechnik versehen habe einschrauben. Über eine solche Öse ist schließlich auch das Erdungskabel angeschlossen.

Widerstand

Kontaktkopf mit HV Widerstand und Erdkabel.

Die M12 Schraube kann ich dann in ein M12 Gewinde, dass ich in einen 20 mm dicken Rundstab aus weißem POM (Innendurchmesser 10 mm, Länge 1m) geschnitten habe einschrauben. Auf diese Weise hoffe ich eine gut zu wartende und gut zu kontrollierende Verbindung hergestellt zu haben, die aber auch sicher und fest den Kontakt hält. Gegen Lötzinn habe ich mich bewusst entschieden, da ich befürchte bei einer eventuellen Überlastung könnte sich Lötzinn so stark erwärmen, dass es schmilzt, während bei diesen Verbindungen vielleicht das POM schmilzt, aber der Kontakt sicher bestehen bleibt.

Für POM habe ich mich entschieden, weil es bezahlbar ist, sehr gute mechanische Eigenschaften, wie hohe Kernschlagfestigkeit aufweist,  sich hervorragend mechanisch bearbeiten lässt und mit 40 kV/mm auch eine gute Durchschlagfestigkeit besitzt (Die Wand des Hot Rod hätte eine hypothetische Durchschlagfestigkeit von 400 kV).

HotRod

Weißer HotRod vor weißem Grund.


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