5 V Heimnetz

Ich plane, in meinem Haus mehrere IoT-Geräte hinzuzufügen, und suche nach einer eleganten Lösung, um alle Geräte mit Strom zu versorgen. Sie werden alle 5 V benötigen, eine kleine Anzahl von ihnen (Kameras) würde bis zu 2 Ampere verbrauchen, während die meisten von ihnen weniger als 500 mA verbrauchen würden.

Ich denke daran, eine separate 5-V-Leitung mit 10-AWG-Kabel (um den Spannungsabfall zu verringern) und einem 120-V-5-V-20-Ampere-Transformator auf jeder Etage durch das Haus zu führen. Ich würde eine Art von Anschlüssen hinzufügen, die jeweils ein paar Meter voneinander entfernt sind, um in Zukunft problemlos eine Verbindung mit der Leitung herstellen zu können.

Der Hauptzweck ist es, meine Steckdosen frei zu halten, alle benötigten Transformatoren zu sparen und mein IoT-Netzwerk in Zukunft zu erweitern, ohne zusätzliche Steckdosen / unnötige Kabel zu verwenden. Ist das eine praktikable Lösung oder gibt es einen effizienteren Weg, um mein Ziel zu erreichen?

Ich überlege, ob es besser ist, einen 120 V - 12 V-Transformator zu verwenden, um Spannungsabfälle zu kompensieren und Abwärtswandler / Linearregler an jedem Gerät hinzuzufügen, aber ich möchte die zusätzliche Hardware sparen, wenn es machbar ist.

1. Ein 5VDC-Netzwerk ist wahrscheinlich "eine schlechte Idee".
2. Ein etwas höheres Spannungsnetz mit lokalen Regulierungsbehörden sollte etwas besser sein, erhöht jedoch die elektronische Komplexität.
3. Lokale 5-V-Netzteile mit einem Kurzstreckenverteilungssystem dürften insgesamt besser sein.

12-Gauge-Kabel haben einen Widerstand von ~ = 1,6 Ohm pro 1000 Fuß oder pro 500 "Loop-Fuß".
Sie erhalten also einen Abfall von 1,6 V pro Ampere für 500 Loop-feet oder etwa 3 mV pro Loop-foot pro Ampere.

Option 1:

Eine 5-V-Strecke von beispielsweise 100 Fuß bei 10 A führt zu einem Abfall von 3 mV × 100 × 10 = 3 V.
Das ist offensichtlich zu viel bei 5V.
Sie können entscheiden, dass maximal 5 A in Ordnung sind - oder dass der mittlere Strom die Hälfte des maximalen Stroms beträgt, wenn er gleichmäßig verteilt ist, und dass eine maximale Länge von 50 Fuß akzeptabel sein kann.
Wenn Sie jedoch Kompromisse eingehen, sinken die Werte im Bereich von 0,5 bis 1,5 V.
Ein paar Kameras am anderen Ende können den Tag verderben.

Ihr Netzwerk muss entweder "dumm" und in der Lage sein, maximale Leistung bei 5 VDC zu liefern, oder intelligent sein und nur nach Absprache Strom liefern. Bei 10A sind das 5V x 10A = 50 W und wahrscheinlich das Doppelte, um Tropfen und Schmelzen zu ermöglichen und .... 50 - 100 W reichen aus, um mit ein wenig Einfallsreichtum ein Feuer zu entfachen. Murphy hat viel Einfallsreichtum. Es ist nicht tödlich fehlerhaft, aber Vorsicht ist geboten. Dies ist ein niedrigerer Strom und eine niedrigere Spannung als von Wechselstromnetzkreisen bereitgestellt. Wenn Sie also mit Ihrem Gleichstromnetzwerk so sorgfältig wie mit Ihrem Wechselstromnetzwerk umgehen, ist dies möglicherweise in Ordnung wesentlich schwieriger als AC).

Option 2:

Eine Verteilung bei 8 VDC oder höher (10-12 VDC besser) (oder Sie können Wechselstrom verwenden) ermöglicht die Freiheit von Spannungsausfallproblemen. Wenn Sie lineare lokale Regler verwenden, verlieren Sie mit zunehmender Speisespannung an Effizienz. Wenn 8VDC "gerade genug" ist, verlieren Sie (8-5) / 8 ~ = 40% Ihrer Leistung. Und wieder mehr mit mehr Spannung. Und Sie haben Komplexität und Kosten sowie ein nicht standardisiertes System hinzugefügt.

Wenn Sie lokale Switchmode-Wandler verwenden, ist der Wirkungsgrad mit der Speisespannung relativ konstant, und die Verdrahtungsverluste nehmen mit zunehmender Spannung ab, da die Widerstandsverluste proportional zum Quadrat des Stroms sind. Die Konverter erhöhen jedoch die Komplexität und die Kosten. POE (Power over Ethernet) ist eine Version davon - und die Kosten pro Konverter dürften für Standardgeräte erheblich sein, verglichen mit der Verwendung von handelsüblichen Netzgeräten.

Option 3:

Mit einer einzigen Steckdose pro Standort können Sie entweder ein lokales 5-V-Netzteil oder eine Netzsteckdose mit einer Reihe von Steckern betreiben.
An dem Schreibtisch, an dem ich das schreibe, habe ich 18 x 12V USB-Festplatten in einem Regal. Ich habe über die Verwendung einer 20A plus 12V-Versorgung nach Maß (Standardbuchse und Kabel von der Festplatte zu einem Verbindungssystem) nachgedacht, aber bisher haben sich die 18 x 12V 1A-Netzteile plus die erforderlichen Netzsteckdosen durchgesetzt. Ein Spannungsabfall ist kein Problem. Ich habe eine hervorragende Redundanz der Stromversorgung, indem ich beispielsweise 2 Ersatz-12-V-PS zur Verfügung stelle oder bei Bedarf eine Versorgung von einer weniger kritischen Versorgung leihe.

Mein Bedarf an 5-V-USB-Versorgung wird von mehreren PCs mit USB-Anschlüssen gedeckt, und einige Festplatten haben 5-V-Ausgänge. Und 5V "USB" -Psus sind sehr gut verfügbar, preisgünstig (zumal gebrauchte normalerweise zuverlässig sind) und der Anschluss ist universell.

Und Netzstrom (230 V, 50 Hz in meinem Fall) ist im ganzen Haus oder in jedem Haus oder Geschäft, das ich besuche, verfügbar.

Für mich und wahrscheinlich für Sie ist Option 3 am sinnvollsten.

Ich habe Power-over-Ethernet in verschiedenen Geräten in meinem Haus erfolgreich eingesetzt.

Vorteile sind:

• Kann jede vorhandene Cat-5-Verkabelung verwenden
• Alle von Ihnen eingebrachten Kabel können später wieder verwendet werden, wenn sie nicht benötigt werden.
• Standardadapter für die Versorgung und den Empfang von Strom sind leicht verfügbar (normalerweise für CCTV-Systeme erhältlich).
• Sie können für kabelgebundene Netzwerkverbindungen verwenden, die im Allgemeinen zuverlässiger sind als Wi-Fi

Ich verwende "passives" PoE (4 Drähte für Netzwerk, 4 Drähte für DC +/-) bei 24 V, mit lokaler 5-V-Absenkung am Empfangsende. Der PoE-Injektor läuft von meiner USV ab, sodass die Geräte über einen Stromausfall mit Strom versorgt bleiben.

Spannungsabfall ist der Mörder

Das Problem ist, dass der Spannungsabfall bei sehr niedrigen Spannungen extrem akut ist, da die Ströme von Natur aus höher sind und der Spannungsabfall eine Funktion der Ströme ist (E = IR). Es ist eine quadratische Funktion gegen Spannung. Dies bedeutet, dass die Verteilung von 5 V anstelle von 12 V um den Faktor 5,76 schlechter ist. Ein kurzes Beispiel für einen 30-m-Lauf mit einem Spannungsabfall von 3,6%:

5 Volt bei 12 Ampere (60 W) benötigen 212 kcmil (4/0 AWG)
12 Volt bei 5 Ampere (60 W) benötigen 26 kcmil (6 AWG)

"Bomp the Wah" nicht; tatsächlich die Spannungsabfallberechnung durchführen

Einmal habe ich mir ein Solarprojekt angesehen. 15 A @ 12-19 V, 14 AWG Kabel wären in Ordnung. Nur dass er 60 m weit war. Also gab er ihm eine Erhebung der Drahtgröße und ein zusätzliches oder gutes Maß, um Draht mit einem Gewicht von bis zu 10 AWG zu entfernen. Natürlich war das System ein Totalausfall und hat seine Batterien nicht wie berechnet aufgeladen. Er konnte es nicht verstehen. "Bat ah schlug das Wah!" ^†

^{† Übersetzung: "Aber ich habe den Draht gestoßen (vergrößert)"}

Und das hast du auch mit dem Arm gewinkt. Sie gaben es eine oberflächliche Beule auf # 10 und ging "sollte genug sein!" Sie müssen tatsächlich in den Spannungsabfallrechner gehen und prüfen . Dies sollte auf dem tatsächlichen Strom basieren, der von den Lasten auf den Kabeln gezogen wird, nicht auf dem Leistungsschalter oder der Nennleistung. Ein langer Zweig für 20 A zu bewerten, wenn er nur 2 A tragen muss, ist eine Verschwendung.

Ich habe Bauchberechnungen durchgeführt, bei denen sich herausstellte, dass ich den Bauch nicht brauchte.

Code einhalten ... Aber es ist nicht so schlimm

Für die Installation, die Teil des Gebäudes ist, müssen Sie weiterhin die elektrischen Vorschriften befolgen. Glücklicherweise sind die elektrischen Vorschriften für Niederspannungsinstallationen sehr locker und für Installationen mit weniger als 55 W weiter locker.

Die Nachbarseite diy.stackexchange.com ist eine gute Seite für Code-Fragen.

12 V ist so viel besser, dass Sie es tun sollten.

Wie Sie aus der obigen Berechnung des Spannungsabfalls 12/5 gesehen haben, funktionieren 12 V um Welten besser. Es gibt immer noch Überlegungen zum Spannungsabfall; aber sie sind stark reduziert. Mittlerweile ist es sehr vielseitig und das System kann sogar zu einem Backup-System für den gesamten Haushalt erweitert werden.

• LED-12-V-Beleuchtung hat eine große Vielfalt und ist dimmbarer und hackbarer als Netzbeleuchtung
• Die meisten Internet-Router und Modems können darauf ausgeführt werden
• Einige Fernseher können darauf laufen
• Batterien sind dafür billig oder in einer Reihe von Chemikalien leicht erhältlich
• Die meisten Solarladeregler können es liefern
• Das heißt, bei einem Stromausfall haben Sie Lichter und Netflix
• Einige intelligente Türklingeln können sogar darauf laufen.
• Daß mit einem Nur-Gas-Ofen wie einem Empire, einem Gaswarmwasserbereiter und einem Ofen ein Haus perfekt bewohnbar gemacht werden kann, wenn das Gitter nicht oder nicht vorhanden ist

Was mehr ist, ist immer von 12 V bis 5 V es wirklich kein Problem . Es ist möglicherweise der am häufigsten verkaufte Stromrichter überhaupt!

Es kommt auf die Entfernung an, wie andere erwähnt haben. Wir haben tatsächlich ein RS485-Netzwerk mit einem Master betrieben, der die Slaves in einer Sternkonfiguration im Abstand von 20 Fuß versorgt.

Wir konnten problemlos mit einem 5 V 3A am Master arbeiten, da die Slaves nur 3,3 V benötigten, was mit einem einfachen Spannungsregler geregelt wurde.

Und wir haben billige verdrillte elektrische Kabel verwendet, um die Kosten für eine Implementierung an mehreren Standorten zu senken.