Medición de corrientes pequeñas en voltajes altos de CC sin medidor flotante

Estoy haciendo un proyecto con un multiplicador Cockcroft-Walton que producirá hasta 40 kV CC hasta 10 mA . El circuito toma una entrada de 10 kV CA a 60 mA y 60 Hz (de un transformador de letrero de neón) y la pasa a través de un multiplicador Cockcroft-Walton de onda completa de dos etapas con capacitores de 50 nF.

Me gustaría ver la forma de onda actual que está dibujando mi carga, y debido a la naturaleza de lo que está alimentando (un fusor), no es posible medir la corriente a tierra. Podría ser posible medir la corriente CA en el transformador del letrero de neón (o antes del transformador del letrero de neón), pero me temo que la forma de onda actual podría "destruirse" si mido antes del Cockcroft-Walton. la caída de voltaje del multiplicador tampoco es lineal, por lo que no puedo medir el voltaje de salida y calcular la corriente de salida.

Normalmente, solo agregaría una resistencia de 100 Ω a la salida del Cockcroft-Walton y mediría la caída de voltaje en la resistencia (ya que una caída de voltaje de 1 V correspondería a una corriente de 10 mA), que luego alimentaría a un Arduino.

Pero ahí está mi problema: para que esto funcione, tendría que dejar que la tierra interna del Arduino flote hasta los ~40 kV de la salida, lo que hace que sea muy difícil alimentarlo y leer datos. Si bien podría alimentar el Arduino con una batería y leer datos a través de Bluetooth, esta es una solución bastante asquerosa. También pensé en usar un amplificador operacional, pero no creo que ningún amplificador operacional pueda sobrevivir a una diferencia de 40 kV entre sus entradas y salidas.

Entonces, mi pregunta es la siguiente: ¿Cómo puedo medir la forma de onda actual que proporciona mi multiplicador Cockcroft-Walton de una manera que pueda ser leída por un Arduino en tierra?

Editar: se agregaron más detalles sobre las especificaciones de Cockcroft-Walton

¿Un sensor de corriente de pasillo? Esos están inherentemente aislados. Sin embargo, no estoy seguro si puede encontrar uno de 40 kV. Podría intentar hacer un sensor de corriente inalámbrico que brille o parpadee un LED proporcionalmente y lea su brillo o frecuencia o ancho de pulso o ciclo de trabajo. O algún método más sofisticado de comunicación IR con medición de corriente.
Supongo que simplemente conectar un multímetro de batería a la resistencia de derivación no funcionará para usted. ¿Necesita datos de forma de onda?
Sí, necesito datos de forma de onda (actualizaré la pregunta). En cuanto a la idea del LED, lo que estás describiendo se parece mucho a un optoaislador, pero no pude encontrar ninguno que admita más de 10 kV. Un sensor de corriente Hall también funcionaría en principio, pero nuevamente no he podido encontrar ninguno que funcione para 40 kV.
Use LED discretos y fotodiodos separados en el aire, como un control remoto de TV, lo suficientemente lejos como para que 40kV no puedan saltar
Como @DKNguyen, un método estándar es usar un optoaislador con fibra óptica: asegúrese de que el tubo de luz no tenga refuerzo metálico y que el fotodetector esté bien conectado a tierra. Ver instructables.com/id/Opto-Isolator-Homemade
o en lugar de aire puedes usar fibra como dijo @DrMoishePippik
@DrMoishePippik que podría funcionar (ciertamente es mucho más elegante que mi idea de Arduino). ¿Es así como se hace en el mundo "real"/comercial?
"debido a la naturaleza de lo que está alimentando (un fusor), no es posible medir la corriente a tierra". - ¿Se puede medir la corriente en el lado de tierra del devanado secundario del transformador?
@BruceAbbott posiblemente, pero me preocupa que si mido la corriente antes del Cockcroft-Walton, la forma de onda se "destruirá".

Respuestas (1)

Se me ocurrió esta forma de detección de corriente en el lado de tierra del transformador elevador secundario 20: 1 con una derivación no inductiva blindada de 10 mOHm.

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Aunque la corriente de arco de 1 mohm es un problema importante de diafonía con un tiempo de subida de <50 ps, ​​esta descarga de arco de salida al espacio de aire proporciona el 10 % de la derivación secundaria de voltaje de 10 mOhm. Los diodos HV y las tapas de plástico con una construcción limpia RF/HVDC inteligente son esenciales. 0.3m BIL 200kV x2 en serie, lo que usé es un mínimo de bujes de cerámica sobre una placa base de lámina de teflón. Incluso con una jaula de seguridad conectada a tierra, la pintura emitía descargas estáticas a 5 m de distancia y podías sentir que se te erizaba el vello de la nuca. Mucho más riesgoso que 50kV AC debido al polvo.

¿Le importaría explicar más cómo se puede usar esta derivación para medir la corriente? No entiendo muy bien el circuito de arriba.
@GavinUberti La derivación está en el lado bajo. Si el suministro está referenciado (no flotante), el voltaje aquí será V = I x R en lugar de 40 kV.
la ESR de un arco en un dieléctrico es inversamente proporcional a la densidad de corriente en la ruta de descarga. Elegí una brecha de ESR de bajo voltaje que podría parecerse al arco de impulso de un muerto. Batería de automóvil mientras arranca con 12V y 129A de densidad de chispa al electrodo. Excepto que 50kV puede arrastrarse 5 cm incluso con aislamiento limpio con alcohol.
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