设计家庭直流布线

电器工程 直流 接线 家庭安装
2022-01-08 15:31:58

我一直在考虑这个问题。既然我们有办法在直流电中发电,那么要为房子做直流接线以沿着传统的交流接线工作需要什么。

具体来说,我会非常有兴趣了解计算耗散的公式,并获得有关分配电压应该多高的建议,以避免由于欧姆定律而浪费过多的功率。可以公平地假设每个出口距离源头的距离不超过 30 米(90 英尺)。此外,值得假设这些插座可以是从 5v USB 到可以协商高达 20v 的 USB-c 的任何东西。

功率方面,每个插座需要支持 10w 到最高 100w。
计算降压转换的资源浪费的公式是什么?直流太阳能 (13v) -> 直流(配电)-> 直流插座。

我认为最后一个问题归结为:这是否比必须进行 DC -> AC -> DC 转换的系统更有效(我相信它的能效为 89%)。

4个回答

电压转换损耗只是转换器性能好坏的一个函数,每次转换预计会有 5% 到 20% 的损耗。

分销中的损失是真正的杀手。对于 120/240 伏配电,在我们将 10 米长的电缆连接到附属建筑之前,我们不会真正考虑配电损耗。如果电缆对于电流来说足够粗,则电压降可以忽略不计,或者至少占总电源电压的一小部分可以忽略不计。

但是,由于电压分布较低,您会受到双重打击。电流更高,以传输相同的功率。任何电压降都是您开始电压的较大部分,因此您的功率损耗成比例地更大。

直流配电需要考虑三种实际方案,即 12v、48v 和“高”电压。

12v 值得考虑,因为周围有很多东西使用该电压。但是,您需要非常粗的电缆来为一个区域供电,而不仅仅是一个房间。

48v 大约是被认为是“触摸安全”的最高电压。由于它的电压是 12v 的四倍,因此您只需要 1/16 的电缆横截面即可以相同的损耗为相同的区域提供相同的功率。它广泛用于通信行业,因此有大量设备可用于处理它,逆变器、转换器等。

“高”电压,即 250 及以上,通常用于连接太阳能电池板和电动汽车。与交流相比,它更难处理,电弧不那么容易熄灭,因此您需要特殊的保险丝和开关。从安全性和易用性的角度来看,我不会真正推荐它在家中分发。

FWIW,我在一个小公寓(公寓)周围玩了一个 12V 配电。我有一个提供 12V 电压的大型 ATX 电源,并设置了一种粗低压电缆环。然后我“轻敲”那个戒指,为需要它的地方提供水滴。

优点:

  • 您可以随心所欲 - 它完全不受监管,因此无需遵循“代码”,而且它是触摸安全的,因此非常容易操作(即使在运行时)
  • 大多数东西实际上是非常低的电流,所以电缆上的电压下降并不是什么大问题(很多东西内部都有一个电源,可以从 12V 下降到更低,所以即使你有相当多的电压放下,一切仍然有效)
  • 您可以避免在您正在供电的任何地方附近有任何类型的电源

缺点:

  • 投入大量工作,而且相当昂贵(尽管我用大量回收电缆做到了)
  • 它是非标准的,所以如果你搬出去,你不妨把它全部拿出来,因为其他人不太可能接受它
  • 实际上,小型设备的电源既便宜又丰富,而且大部分都很小,所以不难把你想要供电的任何地方放在附近的某个地方

我已经得出结论,这真的不值得 - 至少不是在建筑规模上(即使是很小的规模)。有意义的地方是(比如说)媒体柜(或者可能在你的电视后面)。在那里,只有一个电源可以为 USB 设备的负载供电,这些设备使用 12V “壁式电源”或砖电源,如果你有输出,18V 的东西也可以。尽管如此,你并没有做很多传统方法无法相对容易做到的事情,但这很有趣。

在其他地方,我被告知数据中心行业正在研究低压机柜(沿着相同的路线)。这个想法是几乎所有的计算机和网络设备都使用 5V 和 12V,因此在机柜中有几个大电源,您实际上可以提供全部电源 - 从而在机柜中节省了几十个主电源。在一个有帮助的数据中心中,这可能会降低成本和热量,但可能会牺牲部署的便利性和供应商的选择。

一些数学

回到你的实际问题......你需要决定你将使用什么电压以及你将在插座上接受什么。假设您选择 12V。您还需要决定您将在插座上接受的电压范围。

对此进行一些数学运算……这条 42A 电缆(他们出售的最大电缆)的导体横截面为 4.5 mm 2这个计算器表明它的电阻为每米 3.733 毫欧,因此超过 30 m,即为 112 毫欧(0.112 欧姆)。I=P/V,因此 12V 时的 100W 为 8.33A。V = IR,因此该电缆超过 30m 的电流下的电压下降将为 8.33 x 0.112 = 0.932V。

这意味着,如果您决定开路插座电压必须为 12V 且不能更高,那么在 100W 时,您实际上只会得到大约 11V(如果您使用更便宜、更细的电缆,则更少)。然后您可能想要补偿,可能通过使插座电压为 12.5V,因此在满载时仅降至 11.5V。这也意味着您必须确保您可能插入任何插座的每个设备都可以处理 12.5V 而不是 12V。您还应该考虑电缆产生的热量 - 不要将其塞入狭窄的绝缘空间,否则电压降会更高。

哦,顺便说一句,到插座 30m 的一次运行将花费您 85 英镑的电缆。为了那笔钱,您(几乎)可以让电工到您家并在该位置添加一个新的电源插座,并为您插入一个 12V 壁式电源插头;-)

多年来我一直在思考这个问题。我最终想到为什么不使用以太网供电?无论您是否使用网络。Cat 5e 电缆非常便宜。

为房屋进行直流布线以沿传统交流布线工作需要什么?

了解这方面的一些实际影响的一种方法是对已经普遍这样做的领域进行一些研究。您描述的动力系统通常用于船只和房车。有大量信息可供希望自己构建这些系统的人使用。更重要的是,您可以找到有关需要注意的缺点和陷阱的讨论。

对我来说明显的区别在于你试图覆盖的空间量。您评论说每个出口都在源头的 30m 范围内。在我的房车中,从太阳能电池板到充电控制器的最长距离约为 8m,为此我必须使用 8AWG 接线。在我看来,将其扩展到更大的距离很快就会变得令人望而却步,但我可以想象一种设计涉及分散在房子周围的多个电池,并且可以设计出从电源到电池的更高电压。基本上是交流电网如何使用高压电力传输的缩小版本,在目的地使用变压器进行长期运行。但是你不得不怀疑所有这些复杂性是否真的有什么好处。