TopTekninen sanakirjaVoimansiirtoetäisyys

Voimansiirtoetäisyys

CCTV-valvontajärjestelmät vaativat usein pitkiä virtalähteen kaapeleita liitettyjen elektronisten laitteiden, kuten kameroiden, toimittamiseksi; Siksi "jännitehäviö" virtakaapelissa on otettava huomioon keskeinen parametri. Monissa tapauksissa asentajat eivät ole tietoisia virtakaapelien läpi kulkevan virran vaikutuksista, kun taas virtalähde on avainasemassa CCTV-järjestelmiä suunniteltaessa.

 

Valmistajat antavat laitteilleen usein tietyn syöttöjännitteen, esim. 12 VDC, ilman sallittua aluetta (pienin ja suurin jännite). Käytännön testit osoittavat, että 12 V: n kameran jännite voi pudota 11 V: een. Tämän arvon alapuolella saattaa olla häiriöitä ja videosignaalin menetys. Jännitteen pudotus virtalähteen ja kameran välisessä kaapelissa ei saa ylittää 1 V. Monet asiakkaat käyttävät erilaisia virtalähdelaskimia ilman teoreettista ja käytännön taustaa, joten keskustelemme tämän artikkelin aiheista.

 

Kaikkien kaapeleiden sähköinen vastus on suurempi kuin 0. Kaksi vaikutusta huomaava, kun virta kulkee kaapelin läpi tietyllä vastuksella.

 

1. Jännite laskee Ohmin lain mukaisesti.

 

2. Sähköenergia muunnetaan lämpöenergiaksi Ohmin lain mukaisesti.

 

tai

 

Kaikki kaapelit ovat vastuksia. Alla on kaksoisytimisen kaapelin kaavio (sallii vain vastuksen).

 

Jännitteen pudotus on sallittava molemmissa ytimissä; täten kaksoisytimisen kaapelin kokonaisvastus (R) on R = R1 + R2.

 

Kytkentäkaavio kaksoisydäntäkaapelin jännitehäviöstä:

 

jossa:
Uin - syöttöjännite, esim. virransyötöstä
I - virta piirissä,
R1 - vastus ensimmäisen ytimen yli,
R2 - resistanssi toisen ytimen yli,
UR1 - jännitten pudotus ensimmäisen ytimen yli,
UR2 - jännitteen pudotus toisen ytimen yli,
L - kaapelin pituus,
RL - kuorma esim. kamera,
URL - jännite kuormasssa.

 

Kun jännite on syötetty virtalähteestä (Uin) kaapeliin ja kuorman liittämiseksi (RL), virta (I) virtaa virtapiirin läpi, joka aiheuttaa jännitteen putoamisen (UR1 + UR2) kaapelin yli. Suhde on seuraava: lähtöjännite kuormassa on pienennettyjännitteen putoamisella kaapelissa.

 

Jännitehäviö (Ud) lasketaan vakio- ja vaihtojännitteen (yksivaiheinen) seuraavalla kaavalla:

 

jossa:
Ud – jännitteen pudotus (V),
2 – vakio jännitteen pudotukselle kahden ytimen yli,
L – timen pituudelle (m),
R – yksiytimen vastuksessa (Ω/km),
I – kuorman nykyiselle tulolle (A).

 

Jännitehäviö ei riipu tulojännitteestä, vaan -virtatulosta, sydämen pituudesta ja vastuksesta .

 

Suurimmalla osalla CCTV-kameroista on vaihteleva virta. Nykyinen tulo kasvaa yöllä IR-valaisimen kanssa; esimerkiksi virrankulutus päivällä on 150 mA, kun taas yöllä 600 mA. Kameraa ei saa toimittaa suuremmalla jännitteellä virtakaapelin häviön kompensoimiseksi, koska jännitehäviö vaihtelee. Pitkälle virtakaapelille, jossa IR-valaisin on päällä, syöttöjännite riittää, mutta IR-valaisimen ollessa pois päältä virtatulo pienenee ja lisää kuormituksen jännitettä, mikä voi johtaa kameran vaurioihin.

 

Yksittäisen ytimen vastus Ω/km on tiedettävä jännitteen pudotuksen laskemiseksi. Laskentamenetelmiä käsitellään seuraavassa osassa. Taulukko näyttää tietoja ytimen valituista poikkileikkausalueista.

 

 

Ytimen poikkileikkausala [mm2] Vastus [Ω/km] (yksiydin)
0,5 35,6
0,75 23,73
1 17,8
1,5 11,87
0,19625 (UTP K5 Ø0,5 mm) 90,7
0,246176 (UTP K6 Ø0,56 mm) 72,31

Esimerkki

12 V tasavirran syöttö, kaksoiytimen kaapelin, ristijaksoalue 0,5 mm2, pituus 50 m, kameran (kuorma) virran tulo 0,5 A (500 mA). Niiden arvojen käyttö kaavassa:

 

Laskelmat osoittavat, että kaksoisydinkaapelin jännitehäviö on 1.78 V (2 x 0.89 V) - molempien ytimien kokonaisjännitehäviö. Kuorman jännite pienenee arvoon:
12 V – 1.78 V = 10.22 V, kuten seuraavassa kaaviossa on esitetty.

 

Prosentuaalinen jännitehäviö virtakaapelissa voidaan helposti laskea seuraavalla kaavalla:

 

jossa:
Ud% – prosentin jännitteen hukka kaapelin (%),
Ud – jännitteen pudotuksessa,
Uin – tulojännite.

 

Kaavan korvaamisen jälkeen voidaan laskea prosentuaalinen jännitehäviö kuormalla, ts. Jännitehäviö virtalähteellä.

 

Jännitteen pudotus, erityisesti matalalla syöttöjännitteellä, on vakava ongelma. Syöttöjännitteen kasvaessa jännitteen pudotus kaapelin yli on sama, mutta prosenttinen jännitehäviö kuormalla on pienempi.

 

Esimerkki

Kuten edellisessä esimerkissä: kaksoisydinkaapeli, poikkipinta-ala 0,5 mm2, pituus 50 m, kameran (kuorman) virtatulo 0,5 A (500 mA), 24 V DC-virtalähde.

 

Jännitehäviö virtalähteen yli:

 

Jännitteen pudotus kaapelin yli on 1,78 V, jännitteen pienentäminen kuormituksella 24 V: sta 22,22 V: iin eli 7,4%, mikä ei vaikuta kuormituksen toimintaan.

 

Esimerkki

Kuten edellisissä esimerkeissä: kaksoisjohto, poikkipinta-ala 0,5 mm2, pituus 50 m, kameran (kuorman) virtatulo 0,5 A (500 mA), 230 V DC-virtalähde.

 

Jännitehäviö virtalähteen yli:

 

Jännitteen pudotus kaapelin yli on 1,78 V jännitteen pienentäminen kuormituksella 230 V: sta 228,2 V: een, eli 0,77%, mikä ei vaikuta kuormituksen toimintaan.

 

Analysoidaan kolme virtalähdetapausta eri jännitteille. Jännitehäviö on kaikissa tapauksissa identtinen, eikä syöttöjännite vaikuta siihen. 230 V: n järjestelmissä jännitteen pudotus kuormalla usealla voltilla on merkityksetön, mutta 12 V: n järjestelmässä jännitteen pudotus voi olla merkittävä ongelma, mikä johtaa toimitettujen laitteiden virheelliseen toimintaan.

 

Laskelmia varten tarvitaan tunnettu kaapelivastus Ω / km. Yhden ytimen vastus lasketaan toisen Ohmin lain mukaisesti. Siinä todetaan, että tasaisen poikkileikkauksen omaavan homogeenisen johtimen vastus on suoraan verrannollinen sen pituuteen ja kääntäen verrannollinen sen poikkileikkauksen pinta-alaan.

 

Se ilmaistaan kaavalla, jolla lasketaan kaapelin, jonka pituus on L ja poikkipinta-ala S, vastus:

 

missä:
R - johtimen vastus (Ω),
p - johtimen resistanssi (ominaisvastus) (Ω mm2/m), joka on spesifinen käytetylle materiaalille (0,0178 kuparille),
L - johtimen pituus (m),
S - poikkileikkausala (mm2)

 

Kuparille, vastustuskyky on 0,0178 (Ω mm2/m),mikä tarkoittaa, että 1 m kaapelia, jonka poikkipinta-ala on 1 mm2 on 0,0178 Ω vastustuskyky (puhtaan kuparin tapauksessa). Se on karkea arvo riippuen puhtaudesta ja käytetyistä käsittelymenetelmistä. Esimerkiksi halvat kiinalaiset kaapelit voidaan valmistaa kuparista ja alumiiniseoksista tai se voidaan seostaa muiden metallien kanssa, mikä lisää resistiivisyyttä, vastusta ja jännitehäviötä. Alumiinin resistiivisyys on 0,0278 (Ω mm2/m).

 

Esimerkki

Lasketaan kuparijohtimen vastus, jonka pituus on 1000 m ja poikkipinta-ala 0,75 mm2.

 

Yhden johtimen, jonka pituus on 1000 m, vastus on 23,73 Ω.

 

Yllä olevan kaavan ja Ohmin lain perusteella voimme helposti laskea maksimivirran tietylle johtimen pituudelle tietyllä poikkileikkausalueella (mm:ssä2). Lisäämme kaavaan 2, koska laskemme 2 johtimen todellisen pituuden.

 

Esimerkki

30 m pituiselle kaapelille, jonka poikkipinta-ala on 2 x 0,75 mm2:

 

Ensin määritetään kapellimestarin vastus.

 

12 V: n järjestelmässä jännitehäviö on 1 V, mikä osoittaa, että kuormituksen jännite on 11 V. Suurin virta voidaan laskea Ohmin laista.

 

Esimerkki

Kierretyssä parikaapelissa on 4 johdinparia. Laskemme jännitehäviön yhdestä johdinparista kuorman virtatulolla 500 mA (0,5 A) 40 m pitkälle UTP K5 -kierreparikaapelille, jonka poikkipinta-ala on 0,19625 mm2liitettynä 12 V-järjestelmä.

 

Laskemme johtimen vastuksen (UTP K5-kierretty parikaapelin poikkipinta-ala on 0,19625 mm2):

 

Ohmin lakia käyttämällä lasketaan kahden ytimen kokonaisjännitehäviö 500 mA: n (0,5 A) virtatulolla.

 

Eli syöttöjohdon jännitehäviö on 3,62 V ja kuormituksen jännite 8,38 V (12 V - 3,62 V = 8,38 V).

 

Suurin virta 1 V: n jännitehäviölle 12 V: n järjestelmälle voidaan myös laskea Ohmin lain yhtälöllä, jossa kuormituksen jännite pienenee 11 V.

 

Laskelmat tehtiin yhdelle parille kierretty parikaapeli. 2, 3 tai 4 paria kierrettyä parikaapelia käytetään usein jännitehäviön vähentämiseen. Parit on kytketty rinnakkain poikkipinta-alan lisäämiseksi ja linjan vastuksen pienentämiseksi, mikä johtaa pienempiin jännitehäviöihin.

 

Laskelmat samoille parametreille: kierretty parikaapeli UTP K5, virransyöttö 500 mA (0,5 A), pituus 30 m, virtalähde 12 V:

  • 1 pari – jännite kuormassa = 8,38 V,
  • 2 paria – jännite kuormasssa = 10,16 V,
  • 3 paria – jännite kuormassa = 10,8 V,
  • 4 paria – jännite kuormassa = 11,1 V.

     

    		•

    Taulukossa esitetään suurin sallittu virta, jonka kaapeli voi siirtää tietyllä pituudella ja poikkipinta-alalla, jossa jännitteen pudotus kuormalla ei ylitä 1 V. Laskelmat tehtiin kahdelle ytimelle.

     

    Kaapelin pituus (mm) Maximi virta – kuparin kaapeli 2 x 0,5 mm2 [A] Maximi virta – kuparin kaapeli 2 x 0,75 mm2 [A] Maximi virta – kuparin kaapeli 2 x 1 mm2 [A] Maximi virta – kuparin kaapeli 2 x 1,5 mm2 [A] Maximi virta – kuparin kaapeli 2 x 2,5 mm2 [A]
    10 1,40 2,10 2,80 4,21 7,02
    20 0,70 1,05 1,40 2,10 3,51
    30 0,46 0,70 0,93 1,40 2,34
    40 0,35 0,52 0,70 1,05 1,75
    50 0,28 0,42 0,56 0,84 1,40
    60 0,23 0,35 0,46 0,70 1,17
    70 0,20 0,30 0,40 0,60 1,00
    80 0,17 0,26 0,35 0,52 0,87
    90 0,15 0,23 0,31 0,46 0,78
    100 0,14 0,21 0,28 0,42 0,70
    110 0,12 0,19 0,25 0,38 0,63
    120 0,11 0,17 0,23 0,35 0,58
    130 0,10 0,16 0,21 0,32 0,54
    140 0,10 0,15 0,20 0,30 0,50
    150 0,09 0,14 0,18 0,28 0,46

    Seuraava taulukko esittää kierretyn parikaapelin tietyn pituisen lähettämän maksimivirran, jossa jännitteen pudotus kuormalla ei ylitä 1 V. Laskelmat tehtiin 1, 2, 3 ja 4 parin kautta lähetetylle teholle. kierretty parikaapeli (luettelot 5 ja 6).

     

    Kaapelin pituus (mm) Suurin nykyinen kierretty parikaapeli UTP K5 1 pari
    2 x 0,19625 mm2 [A]     		Suurin nykyinen kierretty parikaapeli UTP K5 2 parit
    4 x 0,19625 mm2 [A]     		Suurin nykyinen kierretty parikaapeli UTP K5 3 parit
    6 x 0,19625 mm2 [A]     		Suurin nykyinen kierretty parikaapeli UTP K5 4 parit
    8 x 0,19625 mm2 [A]     		Suurin nykyinen kierretty parikaapeli UTP K6 1 pari
    2 x 0,246176 mm2 [A]     		Suurin nykyinen kierretty parikaapeli UTP K6 2 parit
    4 x 0,246176 mm2 [A]     		Suurin nykyinen kierretty parikaapeli UTP K6 3 parit
    6 x 0,246176 mm2 [A]     		Suurin nykyinen kierretty parikaapeli UTP K6 4 parit
    8 x 0,246176 mm2 [A]
    10 0,55 1,10 1,65 2,20 0,69 1,38 2,07 2,76
    20 0,27 0,55 0,82 1,10 0,34 0,69 1,03 1,38
    30 0,18 0,36 0,55 0,73 0,23 0,46 0,69 0,92
    40 0,13 0,27 0,41 0,55 0,17 0,34 0,51 0,69
    50 0,11 0,22 0,33 0,44 0,13 0,27 0,41 0,55
    60 0,09 0,18 0,27 0,36 0,11 0,23 0,34 0,46
    70 0,07 0,15 0,23 0,31 0,09 0,19 0,29 0,39
    80 0,06 0,13 0,20 0,27 0,08 0,17 0,25 0,34
    90 0,06 0,12 0,18 0,24 0,07 0,15 0,23 0,30
    100 0,05 0,11 0,16 0,22 0,06 0,13 0,20 0,27

    Johtimen poikkipinta-ala neliömetreinä on tiedettävä. Tämä parametri ei ole sama kuin halkaisija.

     

    Paksumman kaapelin, esim. Virtajohdon, valmistajat ja jälleenmyyjät ilmoittavat poikkipinta-alan neliömetreinä (mm2). Ohuemmille kaapeleille, esim. Tietoliikenne, IT, kaapelin halkaisija ilmoitetaan millimetreinä (mm) ja se on muunnettava poikkileikkaukseksi.

     

    Kaavio osoittaa kaapelin halkaisijan ja poikkipinta-alan välisen eron:

     

    jossa:
    S – kaapelin poikkipinta-ala neliömetreinä (mm2),
    D – kaapelin halkaisija imllimetreinä (mm),
    r – kaapelin säde (puolet sen halkaisijasta) millimetreinä (mm),
    L – kaapelin pituus.

     

    Poikkipinnan alue:

     

    tai

     

    π – a matemaattinen vakio = 3.14

     

    Esimerkki

    Kat. 5e UTP. Valmistajan ilmoittama halkaisija on 0,5 mm Lasketaan poikkileikkausala millimetreinä2.

     

    tai

     

    Halkaisijan 0,5 mm kaapelin poikkipinta-ala on 0,19525 mm2.

     

    Yhteenveto

     

    Tärkeimmät jännitehäviöön vaikuttavat tekijät:

  • virta - Ohmin lain mukaan: mitä suurempi virta, sitä suurempi jännitehäviö;
  • kaapelin halkaisija or poikkipinnan alue - mitä ohuempi kaapeli, sitä suurempi jännitehäviö;
  • kaapelin pituus -loogisen päättelyn mukaan: mitä pidempi kaapeli, sitä suurempi vastus ja jännitehäviö;
  • kaapelin materiaali.Suurin osa kaapeleista on valmistettu kuparista, jolla on hyvät johtavat ominaisuudet. Kiinassa valmistettuja halpoja kaapeleita, jotka näyttävät kuparilta, mutta jotka on valmistettu alumiinia ja magnesiumia sisältävästä seoksesta, sekä ohuella kuparipinnoitteella varustettuja teräskaapeleita ovat myös saatavilla markkinoilla. Näillä kaapeleilla on paljon suuremmat vastukset ja lisääntynyt jännitehäviö.

     

    		•