I te rozróżnienie pozwoli dobrać najlepszy przedłużacz. Większość urządzeń, które podłączymy do przedłużacza bedzie wykonana w II klasie ochronności i nie wymaga przewodu ochronnego - nie jest potrzebny przedłużacz z "bolcem".
Urządzenia, które ja posiadam, a które nie potrzebują przewodu ochronnego, a co za tym idzie i bolca w gniazdku:
Kosiarka do trawy (elektryczna oczywiście).
Podkaszarka do trawy.
Wertykulator.
Areator.
Glebogryzarka.
Ładowarka od wiertarki akumulatorowej.
Wszystkie wiertarki, które posiadam.
Pilarka tarczowa, ręczna.
Lutownica transformatorowa.
Myjka ciśnieniowa.
Piła łańcuchowa (elektryczna oczywiście).
Suszarka do włosów.
Prostownik samochodowy.
Telewizor.
Radio
I wiele innych.
Powyższe urządzenia są wykonane w II klasie ochronności. To jest tylko przykładowa lista i nie każde urządzenie może się na niej znaleźć, nie każde jest takie samo: np. są prostowniki samochodowe z metalową obudową wymagające bolca ochronnego do bezpiecznego użytkowania.
Przykładowe urządzenia wykonane w I klasie ochronności, dla których przewód PE i (bolec ochronny w gniazdku) są niezbędne do bezpiecznego użytkowania.
Spawarka transformatorowa (inwerterowe zazwyczaj również).
Lutownice kolbowe.
Żelazko.
Lodówka.
Pralka.
UPS (zasilacz awaryjny).
Urządzenie wykonane w II klasie ochronnej mają wtyczki bez podłączenia do bolca w gniazdku:
Przedłużacz dla urządzeń wykonanych w II klasie ochronnej, czyli przedłużacz z dwoma przewodami, ma gniazdko widoczne poniżej. Celowo jest tak skonstruowane, by nie dało się podłączyć tam urządzenia wymagającego obecności bolca ochronnego. Takie przedłużacze można najczęściej spotkać w marketach na działach ogrodniczych, gdyż są idealne do elektrycznych kosiarek do trawy.
*
***
*
Poniżej przedstawię kilka testów rożnych przedłużaczy.
Zwróciłem uwagę na ich wagę i spadek mocy zasilanych urządzeń.
*
Przedłużacz 5 m, 0,5 mm2 lub 0,75 mm2 x3
Nie wiem jakiej grubości są przewody. Jest to tani, marketowy przedłużacz.
Jego jedyną zaletą jest niska waga. Właściwie to nie wiem, do czego bezpiecznie mogę go użyć.
***
Przedłużacz 10 m, 1 mm2 x3
***
Przedłużacz 10 m, 1,5 mm2 x3
***
Przedłużacz 40 m, 1,5 mm2 x2
Przedłużacz do urządzeń w II klasie ochronności.
***
Przedłużacz 18 m, 1,5 mm2 x3
Na powyższym filmie widać bardzo duży spadek mocy zasilanego urządzenia. Spadek zupełnie nieadekwatny do przekroju żył tego przedłużacza i jego długości. Okazało się, że pod obciążeniem występuje tam spadek napiecia. Oględziny wykazały, że należy dokręcić zaciski kablowe w gnieździe. Oryginalne gniazdo musiałem wymienić na to widoczne na zdjęciach, ale jak widać nawet w takim przypadku trzeba zachować czujność. Przedłużacz używany był głównie z kosiarką, więc złącza mogły poluzować np. wibracje.
Po tej naprawie sprawdziłem rezystancję wszystkich trzech żył tego przedłużacza, by się upewnić o jego sprawności.
Tak więc okresowa kontrola przedłużaczy jest koniecznością.
Można wtedy je także wyczyścić, umyć.
***
Przedłużacz 25 m, 1,5 mm2 x3
Ten przedłużacz trzymam w domu. Razem z innymi domowymi przedłużaczami mogę zestawić połączenie o długości ponad 40 m.
***
Przedłużacz 50 m, 1,5 mm2 x3
Do przedłużacza kupiłem adaptery pomiędzy "niemieckim"(Shuko, typ "F"), a polskim standardem wtyczek (typem "francuskim"). Nie są niezbędne, choć czasami przydatne, gdyż większość sprzętu jest w II klasie ochronności, a nawet niektóre z wtyczek (może nawet większość) są zgodne zarówno z niemieckim, jak i polskim standardem (Uni-Schuko).
Tak wygląda wtyczka Uni-Schuko
Wtyczkę kupiłem w środku Polski, w markecie OBI. Otrzymałem taką instrukcję obsługi do niej:
***
Dwa przedłużacze do spawarki:
Przedłużacz 16 m, 4 mm2 x3
Przedłużacz 20 m, 4 mm2 x3
Firmowe wtyczki starannie połączyłem z przewodami:
Tanie listwy z gniazdami przystosowałem do stosunkowo dużego obciążenia. Pogrubiłem cyną najcieńsze miejsca:
Przewody przykręciłem i dodatkowo przylutowałem:
Dlaczego użyłem listw zasilających z dużą ilością gniazd? Powód jest prozaiczny. Nie chodzi mi o jednoczesne używanie wielu narzędzi. Na działce pracuję sam, nie będę jednocześnie spawał i szlifował. Jednak dzięki dużej ilości gniazd nie muszę przełączać urządzeń. Np. gdy spawam to nastepnie potrzebuję użyć dwóch szlifierek ze szczotką drucianą i z tarczą do szlifowania. Przed spawaniem potrzebna może być szlifierka z tarczą do cięcia. Trzy szlifierki i spawarka zajmują już cztery gniazdka elektryczne. Gdy dodamy do tego piłę szablastą, wiertarkę, czy przecinarkę do metalu to jasne staje się, że by ciągle nie przełączać uprzędzeń warto mieć dużą ilość gniazdek.
Gdy spawałem płot to przewody doprowadziłem podwieszając je.
*
***
*
Czy mozna używać zwiniętego przedłużacza?
Przynajmniej na niektórych przedłużaczach, głównie sprzedanych na bębnach, można zobaczyć informację, o tym jakiej mocy urządzenia można do nich podłączyć w zależności od tego, czy są zwinięte, czy rozwinięte:
Przeprowadziłem więc dodatkowe testy, jaki to ma wpływ na zasilane urządzenia i dlaczego takie ostrzeżenia umieszczają na przedłużaczach producenci:
Z testów wynika, że zwinięcie przedłużacza nie wpływa (znacząco) na moc doprowadzoną do zasilanego urządzenia. Faktycznie, tak utworzona cewka powietrzna ma niewielkie znaczenie.
Natomiast w wyniku przepływu prądu przez przedłużacz, oraz w wyniku posiadania określonej oporności, przewód przedłużacza nagrzewa się. Na filmie z testem przedłużacza 40-metrowego widać, że przedłużacz jest grzałką o mocy około 30 W. Gdy przewód jest rozłożony ma odpowiednie chłodzenie. Przewód zwinięty takiego chłodzenia już nie posiada, a długotrwale obciążony może się nagrzać. Dlatego warto przestrzegać zaleceń producenta, szczególnie że zwiększona temperatura powoduje wzrost rezystancji (a zależy nam, by jak zasilane urządzenia osiągały jak największa moc) i szybszą degradacje izolacji przedłużacza. Oczywiście w skrajnych warunkach zapewne może nastąpić nawet i stopienie izolacji.
*
***
*
Podsumowanie:
Najbardziej uniwersalnym przedłużaczem, do którego podłączymy wszystkie urządzenia jest przedłużacz z trzema przewodami (i bolcem ochronnym). Taki przedłużacz znajdzie zastosowanie w domu, również do obsługi sytuacji awaryjnych.
Na działkę polecam przedłużacz dla urządzeń w II klasie ochronnej, czyli przedłużacz z dwoma przewodami, bez bolca ochronnego. Będzie lżejszy, co idealnie sprawdzi się do kosiarki do trawy.
Dla majsterkowiczów na działkę przyda się przedłużacz z trzema przewodami, jako bardziej uniwersalny.
Przy niewielkich odległościach i małych mocach zasilanych urządzeń można posłużyć się przedłużaczem o przekroju żył wynoszącym 1 mm2. Będzie to dobry wybór dla słabszych kosiarek do trawy.
Przy większych odległościach i/lub większych mocach zasilanych urządzeń warto kupić przedłużacz, gdzie przekrój żył wynosi 1,5 mm2. Będzie cięższy, ale zapewni mniejsze spadki napiecia, oraz pozwoli zasilić urządzenia duzej mocy.
Do zasilania spawarek polecam przedłużacze o przekroju żył wynoszącym co najmniej 2,5 mm2. Moje małe doświadczenie ze spawaniem wyraźnie wskazuje, że komfort spawania bardzo zależy od użytego przedłużacza. Szczególne znaczenie ma to dla spawarek transformatorowych.
Warto zastanowić się, jak będziemy zwijać i przechowywać przedłużacz. Dla dłuższych przedłużaczy bardzo fajnym rozwiązaniem jest zwijanie go na bębnie.
Nie kupił bym przedłużacza o przekroju żyły mniejszym od 1 mm2. Moje zastrzeżenia budzi głównie wytrzymałość mechaniczna takiego przedłużacza. Warto również dopasować przekrój żył przedłużacza do podłączanego do niego obciążenia - jest to szczególnie ważne, gdy zależy nam na bezpiecznym użytkowaniu przedłużacza.
Ponieważ tak różnych przedłużaczy używam najczęściej na działce, to wykonałem następująca rzecz. Na zewnątrz zainstalowałem specjalne, solidne, gniazdko w obudowie IP44. Pod dachem altanki, dwa metry od skraju dachu. Gniazdko to podłączone jest około 4 metrowym przewodem 2,5 mm2, a obwód ten zabezpieczony jest takimi aparatami: (Zdjęcie z montażu rozdzielnicy, jeszcze na stole)
Od lewej strony widoczny jest rozłącznik izolacyjny stanowiący bypass dla wyłącznika różnicowoprądowego: Oznaczenia wyłączników różnicowoprądowych (RCD)
Jeżeli będe mieć problem z upływnością zasilanego urządzenia (np.: podczas testów na potrzeby tego blogu) to będę mógł pominąć wysokoczuły RCD.
Następnie widoczne są trzy wyłączniki nadmiarowoprądowe: C20, B16 i B10. Dzięki temu mogę wybrać sobie zabezpieczenie o charakterystyce najbardziej dopasowanej do użytego przedłużacza i zasilanego urządzenia. Przykładowo B10 używam do kosiarki do trawy, B16 do urządzeń technicznych (jak szlifierki), a C20 do spawania elektrodami 3,2 mm.
Są to wartości orientacyjne. Nie można ich traktować bardzo dosłownie, ponieważ urządzenia podłączone do sieci energetycznej mają różne charakterystyki poboru energii. Gdy dodamy do tego różne charakterystyki zabezpieczeń nadprądowych, czy topikowych, to określenie mocy wcale nie jest takie trywialne. Dobrze świadczy o tym ten temat na elektroda.pl: Podłączenie grzałek na napięcie 400 V
Dlatego też różne zakłady energetyczne, które dostarczają nam energię elektryczną, mają różne przeliczniki amper-kilowat. Należy sprawdzać u swojego dostawcy jakie stosuje zabezpieczenie przedlicznikowe dla danej mocy umownej. Enea np. na swoich stronach ma takie informacje: Zasilanie jednofazowe:
20 A -> 3,0
25 A -> 4,0
32 A -> 5,0 Zasilanie trójfazowe:
20 A -> 9,0 kW
25 A -> 11,0 kW
32 A -> 14,0 kW
Omówię bardzo praktyczny sposób wykonywania pomiarów małych rezystancji i pomiarów natężenia prądu przy pomocy metody technicznej, czteropunktowej.
Jest to metoda pośrednia pomiaru rezystancji polegająca na użyciu przyrządów
pomiarowych: woltomierza i amperomierza, oraz wykorzystaniu prawa Ohma. Zmierzona rezystancja jest równa ilorazowi zmierzonego napięcia i natężenia.
Mierniki, źródło zasilania i badany element zestawia się w układzie poprawnego pomiaru napięcia. Dlatego amperomierz musi być umieszczony pomiedzy źródłem prądu, a woltomierzem - na filmie zawracam uwagę na poprawne umieszczenie sond napięciowych "wewnątrz" sond prądowych.
Użyte przyrządy pomiarowe wpływają oczywiście na pomiar. Amperomierz pokazuje również prąd przepływający przez woltomierz. Jest to błąd metody, czyli błąd systematyczny. Dlatego zaleca się użycie woltomierza o jak największej rezystancji wewnętrznej, dzięki czemu naśladuje on woltomierz idealny (jak np. Meratronik 542.1 o rezystancji 10 GΩ na zakresie do 10 V).
Niepewność takiego pomiaru wyznaczamy z wykorzystaniem prawa propagacji, a wyznaczenie błędu systematycznego i względnego jest przeprowadzone w powszechnie dostępnej literaturze szkolnej. Tu skupiam się na opisaniu samej metody pomiarowej, na wskazaniu jej mocnych i słabych stron.
Można też dokonać pomiaru rezystancji, tak jak to sie dzieje w miernikach dostosowanych do pomiaru czteropolowego (np. miliomomierz). Wtedy zamiast pomiaru natężenia prądu stosuje się precyzyjne źródło prądowe, a mierzy się tylko napięcie.
Do powyższego filmu podczas montażu wstawiłem wyniki następujących pomiarów:
0.085019 V / 0.5757 A = 0.14768 Ω
0,084321 V / 0,5703 A = 0.14785 Ω
0,085532 V / 0,5784 A = 0,14788 Ω
0,085525 V / 0,5784 A = 0,14787 Ω
0,085051 V / 0,5752 A = 0,14786 Ω
Podczas kolejnych pomiarów zmieniałem tylko tylko położenie sond napięciowych. Należało by policzyć błędy pomiarowe, ale przy tak niestabilnym źródle zasilania i relatywnie niewielkiej szybkości dokonywanych pomiarów przez mierniki i tak mam identyczne pomiary do 1/1000 części Ω.
***
Dlaczego wyniki są tak powtarzalne, pomimo zwiększania rezystancji sond napieciowych?
Dodając rezystory w szereg z woltomierzem tak na prawdę zwiększam jego rezystancję wewnętrzną i zmieniam zakres pomiarowy:
Dodana rezystancja, w porównaniu z 10 MΩ, lub jak w przypadku Metrahit 29S z 11 MΩ, rezystancji wewnętrznej miernika na zakresie woltomierza napięcia stałego nie ma żadnego realnego wpływu na pomiar.
Pokazałem praktycznie, że rezystancja (w granicach rozsądku) sond pomiarowych (napięciowych) w metodzie technicznej nie wpływa na wynik pomiaru. Wniosek ten jest oczywisty, gdy porównujemy rezystancje wewnętrzna przyrządu, z rezystancją sond pomiarowych, ale praktyczne zaprezentowanie takiego pomiaru powinno rozwiać wszelkie wątpliwości.
Przy pomiarze czteropunktowym i prawidłowo podłączonych sondach prądowych i napieciowych nie ma znaczenia rezystancja sond napieciowych - oczywiście rozsądna rezystancja takich sond. Szczególnie, że nawet wprowadzenie dodatkowej rezystancji sond napieciowych (powtórzę: w rozsądnych granicach!) nie powinno mieć wpływu na pomiar napięcia, gdyż rezystancja woltomierza powinna być znacząco, o rzędy wielkości, większa.
I to jest dowód fizyczny - porównanie wielkości rezystancji wewnętrznej woltomierza z rezystancją sond napieciowych - niewielka rezystancji toru pomiarowego napięcia nie ma znaczenia.
Gdy do pomiaru napięcia użyje się dobranego wzmacniacza operacyjnego (uwaga na napiecie niezrównoważenia przy pomiarze DC), to rezystancja wejściowa może być rzędu 10E9 lub nawet 10E12 (giga i tera Ω).
***
Proszę zwrócić uwagę na użycie Kelvin clips - czyli specjalnych sond dostosowanych do prowadzenia pomiarów czteropunktowych. Nie zawsze użycie narzędzi, bez zrozumienia zasady jego działania przyniesie oczekiwane rezultaty.
Uzyskałem następujący rezultat, co wg. mnie, nawet bez liczenia błędów pomiarowych, potwierdza prawidłowość metody, samego badania i poprawność wskazań użytych przyrządów pomiarowych:
0,000568 V / 0,5633 A = 0,001008 Ω
***
Podobne pomiary przeprowadzałem już wcześniej, również przy użyciu prądu przemiennego:
Stosunek natężenia prądu płynącego przez przewodnik do napięcia pomiędzy jego końcami jest wielkością stałą, niezależną od napięcia i natężenia prądu.
I / U = const
R = U / I
Wiele materiałów nie zachowuje proporcjonalności napięcia i prądu - prawo Ohma nie jest spełnione. Mówimy wtedy o materiałach (i podzespołach elektronicznych) nieliniowych.
Prawo Ohma dla prądu przemiennego:
W obwodach prądu zmiennego przebiegi prądu i napięcia mogą być przesunięte w fazie. Wtedy odpowiednikiem oporu jest zespolona impedancja. Rezystancją nazywa się wtedy część rzeczywistą impedancji, a konduktancją część rzeczywistą odwrotności impedancji (nazywanej admitancją).
W obwodach spełniających prawo Ohma impedancja nie zależy od amplitudy napięcia ani prądu, a amplituda prądu jest wtedy proporcjonalna do amplitudy napięcia.
Możemy pomiar wielkiego oporu elektrycznego przeprowadzić za pomocą posiadanego woltomierza. Wystarczy zwykły multimetr. By pokazać, jak to się robi i by udowodnić, że temu zadaniu podoła najprostszy miernik przygotowałem poniższy film, w którym użyłem popularnych modeli multimetrów:
Prosty pomiar dużej rezystancji (rezystancja wewnętrzna V640) i rezystor 100 GΩ
Przykład - mierzymy 100 GΩ:
Natężenie prądu ogranicza nam duża rezystancja, przykładowo 100 GΩ. W takim przypadku włączenie w szereg nawet rezystancji multimetru wynoszącej 10 MΩ stanowi tylko 0.01% rezystancji głównej.
Przy mierzonych dużych rezystancjach przydatne jest użycie woltomierza o jak największej rezystancji wewnętrznej, jak Meratronik V640, ewentualnie:
Mając woltomierz (multimetr) o rezystancji wewnętrznej wynoszącej 10 MΩ i pokazujący napięcie 1,1 mV, wiemy, że pewne natężenie prądu przepływającgo przez 10 MΩ spowodowało te wskazanie napięcia:
I = U / R
I = 0,0011 V / 10000000 Ω
I = 0,000 000 000 110 A (110 pA)
Wiemy, że napięcie akumulatora wynosiło około 10,5 V.
R = U / I
R = 10,5 V / 0,000 000 000 110 A
R = 95 454 545 454,5455 Ω (95.5 GΩ)
Jak widać uzyskaliśmy bardzo dobry wynik, z tolerancją lepszą niż 5%. Otrzymany rezultat jest zbliżony do wartości mierzonego rezystora - przy czym sam rezystor też ma jakąś tolerancję.
Warto sobie uświadomić, co to znaczy 100 GΩ. Wg. Wikipedii:
Zgodnie z danymi izolatory zaczynają się już od oporu 10 MΩ, a my właśnie zmierzyliśmy 10 tysięcy razy większą rezystancję.
***
Oczywiście, czym użyty miernik jest prostszy, tym uzyskany rezultat będzie obarczony większym błędem. Jednak ta metoda ma tą zaletę, że jest bardzo tania w realizacji - właściwie to bezkosztowa, gdyż każdy elektronik woltomierz posiada. Wracając do dokładności. Mierząc rezystancje typu 100 GΩ to zazwyczaj nie ma praktycznego znaczenia, czy pomylimy się nawet o 10%. Sama metoda zapewnia dużą dokładność, wymaga tylko dobrej znajomości faktycznej rezystancji wewnętrznej woltomierza, oraz jego dokładności przy pomiarze napięcia plus stabilne źródło napięcia.
Podkreślę: chodzi o wyjście (output) zasilacza awaryjnego. Zagadnienie rzadko poruszane i często niezrozumiałe,
Współczynnik mocy można obrazowo zdefiniować jako procent procent energii elektrycznej, który jest używana do wykonania użytecznej pracy. Przykład: współczynnik mocy 0,9 oznacza, że 90% mocy zostało zmienione na jakąś pracę. Idealnie było by móc wykorzystać 100% mocy, czyli wtedy współczynnik mocy powinien wynosić 1. Gdy współczynnik mocy różni się od jedności, to urządzenie wykonuje mniej użytecznej pracy, ale instalacja elektryczna (w tym i UPS) musi być projektowana do mocy większej, niż moc użyteczna.
Gdy stosujemy określenie współczynnik mocy wyjścia UPS (uninterruptible power supply) możemy spróbować uprościć to zagadnienie do stwierdzenia, że wyrażamy w ten sposób odsetek energii elektrycznej, która jest dostępna jako użyteczne "źródło pracy". Ponownie, współczynnik wyrażamy analogicznie jak to określiłem w akapicie powyżej.
***
Proszę pamiętać, że zarówno wyjście UPS'a, jak i urządzenia do niego podłączone, mają określone moce w jednostkach: kW i kVA. Należy korelować odpowiednie parametry zasilania i odbiorników.
Istotne jest też, że od 1 kwietnia 2004 r. obowiązuje norma: PN-EN-61000-3-2 „Kompatybilność elektromagnetyczna – dopuszczalne poziomy. Ograniczanie wahań napięcia i migotania światła powodowanych przez odbiorniki o prądzie znamionowym < lub = 16 A w sieciach zasilających niskiego napięcia” - dotyczy ona urządzeń jedno- i trójfazowych, pobierających prąd nie większy niż 16 A (dla każdej z faz). [do 20 kwietnia 2016 roku obowiązuje dyrektywa EMC 2004/108/EC, a następnie dyrektywa EMC 2014/30/EU].
Oznacza to, że planując zasilanie awaryjne, należy przyjąć, że zasilane urządzenia będą mieć PF powyżej 0,9 - dzięki układom korekcji współczynnika mocy. Jednak wartość PF zasilacza bez korekcji wynosi zwykle około 0,6. Dlatego by zmniejszyć zniekształcenia pobieranego prądu wykorzystuje się układy korekcji współczynnika mocy: pasywne lub aktywne. Elementem pasywnym może być dławik lub filtr pasmowo-przepustowy. Wtedy faktyczny PF wynosi 0,8 - 0,9.
Dlatego należy dokładnie zinwentaryzować posiadany sprzęt, oraz zastanowić się nad planami rozwoju bazy sprzętowej. Ważne jest też, by nie dopuszczać do pracy UPS'ów przy ich nominalnych mocach.
Na współczynnik mocy wyjściowej największy wpływ ma technologia użyta do budowy UPS'a. Przykładowo zasilacze awaryjne typu on-line mogą mieć różne rozwiązania konstrukcyjne.
Generalnie w standardowym układzie zasilacza awaryjnego typu on-line podwójnej konwersji (Double Conversion lub rectifier/charger), w przetwornicy tranzystory IGBT są w układzie mostka H. W takim układzie przekształtnik flyback, lub kondensatory, dostarcza moc bierną, a główny falownik dostarcza moc czynną (użyteczną). Taki układ ma często wyjściowy PF na poziomie 0,8.
Inaczej sprawa wygląda przy UPS'ie on-line "Delta Conversion". Wtedy współczynnik mocy wynosi 1,0. Jest to możliwe, ponieważ sterowanie tranzystorami IGBT odbywa sie z pełną kontrolą kształtu fali (i współczynnika mocy).
Ten typ UPS'a zapewnia PF symbolicznie odbiegający od jedności, zarówno na wejściu, jak i na wyjściu, przy obciążeniu czysto rezystancyjnym.
Natomiast przy obciążeniu pobierającym moc w sposób zaburzony UPS Delta Conversion przeprowadza korekcję tak, że od strony zasilającej UPS widoczny jest ze współczynnikiem mocy nie gorszym niż 0,95. Ma to olbrzymie znaczenie np. dla agregatów.
W przypadku zasilania UPS'a Delta Conversion energią nawet o znacznym współczynniku THD, na wyjściu nastąpi korekcja i zmniejszenie harmonicznych.
Jak powyższe ma się do innych typów UPS'ów?
Co z typami: standby, line interactive, standby on-line hybrid, standby-ferro? Generalnie trzeba sprawdzać w dokumentacji zasilacza awaryjnego, pytać się producenta, oceniać na podstawie budowy wewnętrznej konkretnego UPS'a. W tym ostatnim przypadku wystarczy kierować się opisanymi powyżej przesłankami.
Podstawową sprawą jest oszacowanie zapotrzebowania na moc. Najlepiej zmierzyć ten parametr w jakimś okresie czasu. Można też posiłkować się poniższym zestawieniem:
1) Moc agregatu zasilajacego UPS powinna być co najmniej 1,7 razy większa od mocy znamionowej UPS'a. Sam zasilacz awaryjny zasilany z agregatu musi być dostosowany do pracy z agregatem.
2) Dla urządzeń elektronicznych podłączonych do agregatu jego moc powinna być co najmniej 1,2 razy większą niż moc znamionowa urządzeń zasilanych.
3) Moc agregatu zasilających urządzenia grzewcze (oporowe), oraz oświetlenie żarowe, powinna być większa o 1,2 razy od mocy znamionowej urządzeń.
4) Oświetlenie sodowe wymaga agregatu o mocy 5 razy większej, niż moc znamionowa tego oświetlenia.
5) Moc agregatu dla urządzeń wyposażonych w silniki elektryczne powinna być:
Co najmniej 1,2 razy większa od mocy silnika komutatorowego (jak w elektronarzędziach).
Co najmniej 1,5 razy większa od mocy silnika z falownikiem.
Co najmniej 3 razy większa od mocy silnika połączonego w gwiazdę, lub w trójkąt, z softstart'em.
Co najmniej 3 razy większa od mocy silnika połączonego w gwiazdę.
Co najmniej 9 razy większa od mocy silnika połączonego w trójkąt.
Przykłady:
Lodówka lub zamrażarka:
Moc potrzebna do uruchomienia: 1200 W
Moc potrzebna do pracy: 180 W
Wentylator pieca, gazowego lub na paliwo (300 W):
Moc potrzebna do uruchomienia: 1000 W
Moc potrzebna do pracy: 600 W
Telewizor:
Moc potrzebna do uruchomienia: 120 W
Moc potrzebna do pracy: 120 W
Zmywarka do naczyń:
Moc potrzebna do uruchomienia: 540 W
Moc potrzebna do pracy: 220 W
Kuchenka mikrofalowa (zależnie od mocy):
Moc potrzebna do uruchomienia: 1200 W
Moc potrzebna do pracy: 1200 W
***
Generator nie może pracować bez obciążenia. Nawet do testów. Trzeba zadbać o ten szczegół, ponieważ agregat należy okresowo testować. Tak samo groźne jest nierównomierne obciążenie faz w agregacie trójfazowym, a szczególnie trzeba uważać podłączając urządzenie jednofazowe do agregatu trójfazowego.
Do dużych agregatów pamiętajmy o grzałkach. Nawet, jak stoi w ogrzewanym pomieszczeniu. Agregat musi praktycznie natychmiast uzyskac moc nominalną, a my musimy mieć jak największą pewność jego prawidłowego rozruchu.
Powszechnym błędem jest nieuziemianie agregatów prądotwórczych. Zazwyczaj wykwalifikowany projektant dla agregatu dużej mocy takiego błędu nie popełni, ale agregaty przenośne powszechnie nie są uziemiane - pomimo, że chyba wszyscy profesjonalni dostawcy agregatów mają w
ofercie śledź uziemiający i przewód do połączenia z agregatem.
Na YouTube są filmy, w których widać zmiany rezystancji ścieżek miedzianych na PCB (printed circuit board) gdy są pocynowane, lub też nie są. Na końcu tego wpisu umieściłem najważniejsze filmy pokazujące jak zmienia się opór elektryczny ścieżki miedzianej przy przepływie prądu stałego (DC, direct current).
Rozwinąłem testy rezystancji o pomiar prądów przemiennych (AC, alternating current). We wszystkich moich filmach użyłem technicznej metody pomiaru rezystancji:
Oczywiście wszędzie, gdzie piszę o cynowaniu i cynie mam na myśli stop cyny z ołowiem używany do lutowania. W moich filmach użyłem "cyny lutowniczej" Sn60Pb40 (LC60).
Przeprowadziłem kilka testów przy użyciu sygnałów o różnym kształcie i o różnych częstotliwościach. Do testów wybrałem trzy rodzaje przebiegów: sinusoidalny, prostokątny i szum różowy.
Sygnał sinusoidalnyjest najbardziej pierwotnym przebiegiem i najbardziej powtarzalnym dla różnych częstotliwości. Ułatwia wnioskowanie z uzyskanych wyników.
W opozycji do sinusoidy jest przebieg o kształcie prostokątnym. Tu zaczynają się problemy z czasem narastania sygnału, a przez to występują problemy z interpretacją wyników w zależności od częstotliwości i możliwości generatora.
Szum różowy zastosowałem na potrzeby testu audio. Pozwala odejść od szczegółowego badania sygnałów o różnych częstotliwościach (aż do częstotliwości ponadakustycznych, co pozwala wnioskować np. o wzmacniaczu). Wg. mnie jest to metoda lepsza z jeszcze jednego powodu. Dane pomiarowe są uśredniane (co wynika z metody pomiarowej i możliwości urządzeń pomiarowych) i przez to bardziej oddane są rzeczywiste warunki pracy urządzeń audio.
Tak więc użyty sygnał sinusoidalny pozwala łatwiej porównywać wyniki, a analiza sygnału prostokątnego ma znaczenie dla np. przetwornic.
I tu dochodzimy do użytych częstotliwości.
Pierwszym ograniczeniem jest baza urządzeń pomiarowych. Potrzebne były mierniki zdolne do pomiarów małych napięć w szerokim zakresie. Drugim wymogiem był cel badania. Nie chciałem wchodzić w np. zakres KF (i wyższe). Interesowały mnie częstotliwości:
Z zakresu audio.
Przetwornic pracujących w okolicach częstotliwości 30 kHz - 100 kHz. W tym zastosowaniu jest to zakres częstotliwości najczęściej spotykany.
Przetwornic działających w okolicach 150 kHz, często znacznych mocy, pracujące np. z własnym rezonansem.
Przetwornice o wyższych częstotliwościach, często ponad 1 MHz.
Celowo używałem do testów krótkich odcinków ścieżek. Po pierwsze testy mają służyć też nauce i zabawie - więc dlaczego mam sobie ułatwiać zadanie stosując długie odcinki? Gdy jest łatwo to raczej niczego się nie nauczymy. Przypomnę, że długi odcinek ścieżki ma większą rezystancję, przez co następuje większy spadek napięcia na tej rezystancji, a to z kolei znacząco ułatwia pomiar.
Przy długich odcinkach odchodzimy jednak od rzeczywistych przypadków użycia. Co prawda, przy użytych częstotliwościach, nadal nawet nie zbliżamy się do wymiarów linii długiej, ale pozbawiamy się konkretnych informacji o rezystancji krótkich odcinków ścieżek (stosowanych w praktyce).
Czemu mają służyć te testy?
Najlepiej od razu zaprojektować na PCB ścieżki miedziane o odpowiedniej grubości i szerokości. Zdarzają się jednak sytuacje gdy:
- Naprawiamy źle zaprojektowany sprzęt. Próbujemy więc poprawić już istniejące obwody.
- Odtwarzamy uszkodzone ścieżki.
- Nie mamy możliwości przeprowadzenia odpowiednio szerokiej ścieżki, lub użyty laminat pokryty jest zbyt cienką warstwą miedzi.
- Chcemy (potrzebnie lub nie) poprawić parametry w jakimś urządzeniu, np. wzmacniaczu audio.
Chciałem uzyskać odpowiedź, w jakim zakresie częstotliwości cynowanie jest właściwe, pomocne, a może szkodliwe i nie należy tej metody stosować.
W internecie panuje wiele mitów, mających rangę prawdy objawionej, a żyjących tylko dzięki ciągłemu powtarzaniu przez wiele osób. Dlatego warto osobiście zmierzyć się z niektórymi problemami, szczególnie, ze mają bardzo praktyczne zastosowania.
Dlaczego badałem rezystancję przy różnych częstotliwościach?
Związane jest to z występowaniem efektu naskórkowości (ang. skin effect). Powoduje on, że wraz ze wzrostem częstotliwości prąd nie płynie całym przekrojem ścieżki (lub drutu), ale tylko w warstwie zewnętrznej, powierzchniowej. Grubość tej warstwy, w której płynie prąd, zmniejsza się wraz ze wzrostem częstotliwości.
Efekt naskórkowości zwiększa rezystancję przewodnika i powoduje wzrost jego temperatury. Związane jest to ze zwiększeniem gęstości prądu płynącego tylko przy powierzchni.
***
Ze względu na opór właściwy materiały można podzielić na trzy następujące grupy:
Drut o przekroju 2,5 mm2 i długości 1 m ma rezystancję (DC): - srebro 0.00636 Ω - miedź 0.00672 Ω - złoto 0.00976 Ω - aluminium 0.01128 Ω - żelazo 0.04 Ω - cyna 0.0436 Ω - ołów 0.088 Ω
Przyjmuje się, że stop lutowniczy ma od siedmiu dziesięciu razy gorszą przewodność od miedzi.
***
Tam, gdzie jest taka możliwość, a występuje efekt naskórkowości, aby ograniczyć straty mocy w przewodniku, tworzy się np. wiązkę z drutów emaliowanych (odizolowanych od siebie). Średnica pojedynczego drutu w wiązce zależy od głębokości wnikania prądu w przewodnik - średnica drutu powinna być mniejsza od głębokości wnikania. Głębokość ta, w pojedynczym drucie, zależy od częstotliwości zmiany prądu, przenikalności oraz konduktywności przewodnika. Przewód miedziany o średnicy 1 mm przy częstotliwości 100 MHz ma około 40-krotnie większą rezystancję, niż przy prądzie stałym.
W układach, gdzie występują prądy o wysokiej częstotliwości opór pochodzi od cienkiej warstwy powierzchniowej przewodnika. Niestety, również utlenianie przewodnika następuje na jego powierzchni. Ma to podwójne znaczenie: tlenki mogą mieć większą rezystancję, niż sam przewodnik i mogą prostować sygnał przemienny. Dlatego srebrzenie (nie cynowanie!) ma znaczenie ochronne, a nie ma służyć polepszeniu przewodności, ponieważ jak widać w powyższym zestawieniu, przewodność srebra przewyższa jedynie symbolicznie przewodność miedzi (rzędu 3%).
Przy wyższych częstotliwościach, gdy nie uwzględnimy prądu przesunięcia, to moc bierna w przewodzie (ścieżce) związana jest z energią pola magnetycznego - dlatego impedancja przewodu ma charakter indukcyjny (jej część urojona jest > 0). Dla bardzo wysokich częstotliwości prąd przesunięcia nie jest już do pominięcia. Impedancja przewodu określana jest wtedy przez emisję fali elektromagnetycznej, a przewód zachowuje się jak antena.
Nie będę jednak drążyć tych rozważań. Wstęp teoretyczny jest potrzebny, ale głównym celem moich testów jest przeprowadzenie praktycznego sprawdzianu w jak najbardziej przystępny sposób. Nie chcę podawać samego wyniku w postaci syntetycznej - liczę na odbiorców myślących, ciekawych i zaangażowanych.
Tak więc praktyczne testy mają zweryfikować, czy nieduże przecież zwiększenie powierzchni przewodnika, do tego materiałem o większej rezystancji niż miedź, ma praktyczne znaczenie.
***
Cynowanie ścieżek na PCB - częstotliwość 10 kHz (audio)
Do pierwszego testu częstotliwość wybrałem jako kompromisową dla zakresu audio. Może nie środkową, ale słyszalną przez "wszystkich" i znacząco odbiegającą od prądu stałego. Co prawda efekt naskórkowości prądu występuje nawet przy 50 Hz (proszę zwrócić uwagę na konstrukcję kabli energetyki zawodowej, czy okablowanie niektórych silników), ale nie chciałem teraz wnikać dokładnie w testy okablowania na potrzeby systemów audio.
Na początku porównuję rezystancje sygnału sinusoidalnego o częstotliwościach 1 kHz i 10 kHz. Następnie to samo dla sygnału prostokątnego. Od razu widać, dlaczego użyłem sygnałów o różnym kształcie.
Ten test pokazuje również, jak łatwo o pomyłkę, gdy przyjmie się złe założenia. Wystarczyło by przyjąć do testów tylko prąd sinusoidalny i interpretacja wyniku zmieniła by się o 100%.
W tym filmie ważne są trzy porównania rezystancji:
- Pomiędzy sinus 1 kHz i 10 kHz.
- Pomiędzy sinus 1 kHz i prostokątnym 1 kHz.
- Pomiędzy prostokątnym 10 kHz przed i po cynowaniu.
***
Rozważałem, czy przedstawić gotowe wnioski. I tak nie uczynię. Będę wskazywać tylko ciekawe kierunki, w których wnioskowanie z testów może podążać.
Dlatego tak zrobię, czyli nie podam na tacy gotowych wniosków? Ponieważ moje pomiary nie zamykają różnych wariantów występujących w rzeczywistych układach. Dlatego najlepiej samemu obejrzeć filmy i wyciągnąć wnioski z moich pomiarów, oraz błędów. Liczę zresztą, na osoby mądre, ciekawe świata, a nie roszczeniowo oczekujące darmowych materiałów.
***
Cynowanie ścieżek na PCB - częstotliwość 75 kHz (przetwornice)
Ponownie częstotliwość kompromisowa, tym razem dla przetwornic. Wybrałem jednak górny zakres częstotliwości występujący w pewnych typach przetwornic. To dlatego, że oczekujemy wystąpienia silniejszego efektu naskórkowości prądu przy wyższej częstotliwości. Jednocześnie nie chciałem wybierać częstotliwości 100 kHz, ponieważ za bardzo oddala się od przetwornic pracujących w okolicach 40 kHz.
Tym razem głównym badanym sygnałem jest prostokąt o wypełnieniu 10% - czyli taki przykładowy sygnał PWM nieobciążonej przetwornicy.
Na końcu filmu sprawdziłem rezystancję pocynowanej ścieżki przy użyciu napięcia stałego, co pozwala porównać różnice w oporności pomiędzy AC i DC.
Jak widać tor generatora i wzmacniacza jest kiepski. Sam generator dla tej częstotliwości daje prawidłowy kształt sygnału, ale o zbyt małej amplitudzie. Dlatego musiałem użyć wzmacniacza, który zmniejszył stromość sygnału prostokątnego. Dopiero po tych testach kupiłem specjalistyczny generator fali prostokątnej i wyczekany generator uniwersalny .
***
Cynowanie ścieżek na PCB - częstotliwość 75 kHz - multimetry analogowe GI83 i V640
Chcąc uzyskać bardziej stromy sygnał prostokątny, niż w poprzednim teście, wyeliminowałem więc wzmacniacz. Bezpośrednio do generatora DDS podłączyłem rezystory obciążenia o wartości 50 Ω. Użyty generator posiada jednak małą moc i uzyskałem bardzo mały spadek napięcia na badanej ścieżce.
Ten film jest właśnie o problemach wynikłych przy pomiarach tak małych napięć. Mało wnosi do głównego tematu tego wpisu, ale pokazuje użycie różnych przyrządów, ich wady, działanie na skrajach zakresów pomiarowych, oraz poza zakresami pomiarowymi. Nie mogłem się powstrzymać od przetestowania multimetrów V640 i GI83. Tak więc to jest nie tyle test rezystancji ścieżki, co ciekawostka pomiarowa.
To co jest ciekawe w tym filmie, to zmiana rezystancji ścieżki pobielonej cyną, gdy nałożymy na nią grubszą warstwę cyny. Trzeba oglądać na pełnym ekranie i najlepiej zaznaczyć sobie (palcem?) wskazania przed i po.
Do dalszych testów zwykłe multimetry nie wystarczą. Dlatego przeprowadziłem krótką prezentację i nanowoltomierza selektywnego i woltomierza fazoczułego.
Dodatkowo do korelacji wyników użyłem nieprodukowanego już polskiego multimetru stacjonarnego Meratronik V545.
***
Test pomiaru miliwoltów: Meratronik V545, Metrahit 29S, Philips 2534
Film pokazujący rzeczywisty (a nie deklarowany w instrukcjach) pomiar małych napięć kilkoma przyrządami, których możliwości wykraczają poza standard popularnych przyrządów.
Na filmie omówiłem również ogólnie stanowisko pomiarowe. Dokładnie widać, jakie problemy sprawiają napięcia poniżej kilku mV. Do tak małych napięć przemiennych należało by użyć bardziej specjalistycznych, dokładniejszych przyrządów.
Bardzo precyzyjnie wykonany test, przy użyciu specjalistycznych mierników. Przypomnę tylko, że miernik RMS dla przebiegu prostokątnego o wypełnieniu 50% zawyży wskazanie o około 10% - ale nadal można posługiwać się zmianą procentową wskazania.
Ponownie polecam oglądać na pełnym ekranie, oraz zaznaczyć położenie wskazówek (palcami?) przed rozpoczęciem cynowania.
***
Cynowanie ścieżek na PCB - szum różowy (audio, pink noise)
Ten film uważam za najciekawszy.
Co prawda na poprzednich filmach uzyskałem zaskakująco dobre i zachęcające wyniki cynowania ścieżek, ale ten test ma największe zastosowanie praktyczne. Wiele osób zajmuje się budową i naprawami wzmacniaczy - jest to bardzo popularny sprzęt.
Użyty rodzaj sygnału pozwala, bez wykonywania dziesiątek testów przy użyciu różnych częstotliwości i kształtów sygnału uzyskać uśrednione wyniki.
Użyta została wbudowana karta dźwiękowa 24 bity, 192 kHz, oraz wzmacniacz tranzystorowy pracujący w klasie A.
***
Cynowanie ścieżek na PCB - 150 kHz
Ponieważ możliwości pomiarowe poprzednio użytych przyrządów przy tej częstotliwości skończyły się, w roli miernika wykorzystam oscyloskop. Zwykły oscyloskop w tym pomiarze raczej się nie sprawdzi, dlatego zastosowałem oscyloskop z dobrym torem pomiarowym, rozdzielczością 12 bitów i wejściem różnicowym.
Niestety powoduje to problem z bezpośrednim odczytaniem różnicy przed i po cynowaniu. Niestety nie wpadłem na pomysł pomiaru wartości TRMS przed i po cynowaniu. Zachęcony wynikami poprzednich testów, uważałem, że różnica będzie od razu widoczna.
Podsumuję wszystkie trzy filmy, na których użyłem oscyloskop na samym końcu.
***
Cynowanie ścieżek na PCB - miedziana plecionka, 150 kHz
Tym razem zmierzyłem wartość (T)RMS. Jednak to był ostatni film, który na potrzeby tego wpisu wykonałem, dlatego na filmie "1 MHZ" również nie ma zmierzonej wartości TRMS.
***
Cynowanie ścieżek na PCB - 1 MHz
Zastanawiam się nad przeprowadzeniem testów dla częstotliwości 1 MHz i wyższych powtórnie. Teraz mam np.: specjalizowany generator przebiegu prostokątnego. Nie uczynię tego jednak w najbliższym czasie, ponieważ nie widzę takiej palącej potrzeby.
Cynowanie na trzech ostatnich filmach nie poprawiło w widoczny sposób sytuacji, ale i jej nie pogorszyło. Można więc, w newralgicznych miejscach, użyć tej metody by poprawić bilans cieplny ścieżki, lub zabezpieczyć ja przed przepaleniem w sytuacji awaryjnej (nim zadziałają odpowiednie zabezpieczenia).
***
Wspomniane na początku filmy z testami przy użyciu prądu stałego:
EEVblog #317 - PCB Tinning Myth Busting
Does putting solder on high current PCB tracks help?
