100m kabel utan allt för mycket strömförlust

[Jaman42]

Hej,
Jag håller på och planerar ett ROV bygge och funderar lite över strömförsörjningen. Jag kommer att sikta på 100 meters djup vilket innebär att jag måste ha 100 meter kabel. Tanken är att jag skall driva den med ett 12 volts batteri och funderar lite på hur man gör för att inte få problem med strömförlust.

Det som ska ha ström är en mikrokontroller, belysning och motorer. Belysningen har jag inte riktigt planerat ännu, får väll bli någon typ av led system antar jag. Det kommer att vara 5 st motorer och de är specade med max 11,5 ampere och 130 watt.

Några tips på vad jag borde ha för kabel och något speciellt man behöver göra när man har såppas lång kabel?

Tack för att du läste!

[Icecap]

Du får knappast strömförlust i kabeln - men du kan få en betydande spänningsförlust.

Alternativ 1: Kör allt på 12V och ha grova(!!!) kablar, iaf. till strömmen. Tungt, dyrt, osmidigt och besvärligt.
Alternativ 2: Höj spänningen i ena ändan och sänk den i den andra. Detta ger att kabeln måste vara isolerat bra (kan vara ett par hundrade volt ju) men å andra sidan kan de vara tunna och smidiga.

Spänningsförlusten i ledning är beroende på Ohm per meter, längden och strömmen. Vid att höja spänningen seriöst (12V till kanske 200V) minskas strömmen genom ledningen (12V -> 200V ger en minskning av strömmen till 6%) varför förlusten är kännbart lägre utan att ledningarna behöver vara allt för grova.

200V kan vara lite lågt satt men det är n beräkningsfråga om vilken spänning som är bäst.

[Jaman42]

Spänningsförlust ok, tack för informationen. Jag får nog försöka sätta mig in lite mer i problematiken och se om jag lyckas räkna ut vilken kabel och vad för volt jag ska ha.

[SeniorLemuren]

Precis som Icecap säger. Det är en stor nackdel att mata 200 meter med 12V. Gör en kalkyl på hur hög ström du måste ha minst. Jag antar att du inte kör alla 5 motorerna på fullgas samtidigt. När du vet den totala strömstyrkan så kan du lätt räkna ut spänningsfallet med Ohms lag U=I x R för olika kabelareor. En tabell för R hittar du här. Tänk på att om du har 100 meter kabel så skall du räkna R på 200 meter,eftersom strömmen även skall gå i retur.

Edit: Jag förstår lite av problemet med spänningen. Det är förmodligen på det viset att du inte har något nät där du kör din ROV, utan tänker ta 12 V från ett bilbatteri. Det kanske är ide i så fall att införskaffa en liten 230 V bensingenerator så du kan köra som Icecap föreslår.

[SeniorLemuren]

Ett annat sätt kan ju vara att bestycka farkosten med tillräcklig batterikapacitet och styra motorer och belysning via en µC och seriell kommunikation via kabel eller radio (långvåg). Tror jag sett något sådant projekt någonstans.

Edit: Såg inte att du startat en ny tråd om samma ämne, där du är inne på att köra via µC. Om du vill skicka upp grafik så kan du ju stryka alternativet långvågskommunikation. Vill du bara styra funktioner så är det ett alternativ.

[Jaman42]

Tack för ytterligare information, en liten generator låter som en väldigt bra idé tycker jag. Angående styrningen så vet jag inte riktigt vad för fördelar det ena ger över det andra, hur tänker du?

[SeniorLemuren]

Frågar du mig så hade jag byggt en uv.farkost med alla batterier i farkosten och styrt den via långvåg. det hade varit ett spännade projekt. Tyvärr så är jag fullt sysselsatt med en farkost som förhoppningsfullt håller sig ovanför vattenytan.

[Icecap]

Personligt hade jag vald en hybrid: Spänningsmatning med hög spänning - men ändå en ackumulator i farkosten. Detta ville dels ge möjlighet att ha en nödfunktion om kabeln blir skadad, alltså att den ville gå till ytan.

Dels ville det fungera som en buffer så att strömmen ned till farkosten vill vara jämn vilket ger bäst överföring av effekten.

[xxargs]

Hej,

Det som ska ha ström är en mikrokontroller, belysning och motorer. Belysningen har jag inte riktigt planerat ännu, får väll bli någon typ av led system antar jag. Det kommer att vara 5 st motorer och de är specade med max 11,5 ampere och 130 watt.

!

är 130 Watt totalt eller per motor?

Om det är det sistnämnda med alla 5 motorer samtidigt igång så är det som att starta en personbils startmotor och då kan du titta på batterikabeln mellan batteriet och startmotorn i din bil så får du en ide om vad det handlar om, fast 3 ggr grövre - detta gånger 2 och 100 meter - eftersom du också har en returledning.

med koll i http://24volt.eu/kalkylator_kabelarea.php så hamnar kabelarean på 212 mm^2 för 1 Volt spänningsfall (0.5 V i varje riktning) och 100 meter.

Tål man att 6 Volt försvinner (dvs. 6 Volt kvar vid ROV vid 58 ampere och 348 Watt effektmaximum i ROV) så kan du nöja dig med 2x36 mm^2 kabel...

skall du ha effektmaximum 700 Watt i ROV vid 6 Volt kvar inne i ROV (12V matat) och 116 Ampere i ström så hamnar kabelarean på 2x70 mm^2


med 230 Volt så skulle man få ca 5 Volt spänningsfall vid strömmen strax över 3 ampere för 700 Watt last i ROV via en 2x2.5mm^2 kabel

Man vinner väldigt mycket i minskad kabelarea om man går upp i spänning...

Med andra ord minska på effektförbrukningen drastiskt eller höj spänningen - och det ganska mycket.

Är det intermittent förbrukning med korta körtiden så skulle jag överväga batterier i ROV då även med 2.5mm^2 (modell 230V utomhus skarvsladd i storlek) så skulle man bara få över 0.7 ampere vid 1 Volt spänningsfall i kabeln och vid 4.2 ampere bara 6 Volt kvar inne i ROV vid matning med 12 Volt och effektmaximum av 50 Watt (högre eller lägre ström ger mindre tillgänglig effekt i ROV)

[Jaman42]

Hej igen, jag vet inte riktigt hur jag ska räkna då jag inte alls är hemma på elektronik så tack så mycket för all hjälp hitills.

är 130 Watt totalt eller per motor?

Det är per motor, man har ju inte igång alla samtidigt och absolut inte på full styrka. Så jag vet inte riktigt hur man skall räkna, kanske räkna med att man har 3 igång på max och då gissar jag på att man är på den säkra sidan. Vad händer om man underdimensionerar kabeln? Överbelastas kabeln på något sätt?

Spänningsmatning med hög spänning - men ändå en ackumulator i farkosten

Detta förslaget låter intressant, då behöver man ju inte så stort batteri om det bara är för att få upp den till ytan d.v.s om något händer med strömen.

Jag utforskar gärna idén med att använda en 230V generator lite mer om det är någon som vill. Största frågan som jag har angående det är nog hur man utför det på ett säkert sätt. Som sagt så har jag väldigt mycket att lära om elektronik men om isoleringen på kabeln skulle bli skadad känns ju 230 V ner i vatten inte helsäkert. Om vatten läcker in och blötlägger en 230V kontakt, hur unviker man att hela enheten blir strömförande?

[Icecap]

Om jag inte misstar mig är 230V en låg spänning i samband med ROV. Men OK, någonstans måste man starta.

Om du "överbelastar" kabeln blir den varm. Hur varm osv. beror på om den kyls av omgivande vatten, hur val isoleringen tål värme osv. Att bygga en ROV för 100m+ djup är inte lekmannagrej. Det är mycket som ska klaffa, beräknas och specificeras.

* "...om isoleringen på kabeln skulle bli skadad känns ju 230 V ner i vatten inte helsäkert. Om vatten läcker in och blötlägger en 230V kontakt, hur unviker man att hela enheten blir strömförande?"

Ja du, det är sånt som verkligen ska kollas upp. Att leda 230V (eller mer) "förbi" vatten är inget problem om ledningen tål tryck och har isolering nog. Kom ihåg att vatten under tryck gärna vill gå in i olika plaster, det kan ställa till problem.

Tål isoleringen trycket?
Finns det ett termineringssätt med dragavlastning som tål trycket?
Tål ledningen/kabeln att vara utan dragavlastning eller måste det en vajer med för mekanisk styrka?
Går det att rimligt enkelt mäta om det blir avledning från drivspänningen till omgivande vatten? Typ felströmsrelä. Detta kan då användas för att bryta generatorns ström ut och deklarera nödläge med själv-uppstigning som resultat.

Det finns en anledning till att "navelsträngen" till professionella ROV är allvarliga grejer.

[Jaman42]

Jag menade mer att det är hög spänning i sambandet hemmabyggd ROV. Jag är fullt medveten om att det inte bara är att slänga ihop något så fungerar det, djupet är satt som mål. Jag kanske får göra om och göra rätt några gånger på vägen men det räknar jag med, bästa sättet att lära sig på.

Jag håller mest på och funderar på grundutförandet, vad vill jag att den ska göra och hur vill jag att den ska göra det. Och just nu är jag på punkten strömförsörjning, ska jag köra med inbyggda batterier eller strömkälla ovanför ytan. Jag ser stora fördelar som drifttid med strömkälla ovanför vattenytan men även nackdelarna med säkerhetsaspekten som första prioritet och även en grövre navelsträng.

En säkerhetsfunktion typ felströmsrelä låter som en toppenidé det ska jag kolla vidare på.

[xxargs]

Det är inte antingen eller när det gäller strömförjörning - utan både och.

dvs batteri för ROV för de riktigt strömslukande grejorna som körs i korta perioder och grundeffekt via navelsträngen för att försörja kontrollsystem mm. och har kapacitet att kunna ladda batterier i en ganska långsam takt.

Man kan aldrig få mer effektkapacitet till en ROV än vad som motsvarar att man lasta till halva polspänningen i ROV som man har i spänning på land - då blir det lika mycket effektutveckling efter kabeln och värmer denna (inget problem med kylning när den är en rak lina i vatten - däremot rullen på land som kabeln spelas ut ifrån...) som går in till kraften inne i ROV och det kan vara värmebildningen i trumman med dina kablar i förmodligen flera lager som i praktiken sätter en gräns över hur mycket ström gentemot kabelarean man kan köra i kabeln och problemet som störst när ROV är nära ytan då det mesta av kabeln är kvar på trumman.

med andra ord det är väldigt många olika discipliner man tvingas att titta på - det är därför storprojekt som månlandning och andra saker är så viktiga för utvecklingen då man i sådana här utmaningar ställs för situationer och behov som aldrig annars inträffar och ur detta kommer kunskap och saker som kan vara till nytta i samhälle i stort många år senare.

på Elfa fanns det förr i tiden kontakter som var avsedda för vatten på stor djup och dessa kunde sägas vara i massiv gummi med kontaktlement i dessa ingjutna och i kontakterad läge så fans det ingen luft kvar som av trycket utifrån tillät vatten sippra in utan allt massiv gummi.

Vid 100 meter så har du över 10 Bar tryck - tänk på det - antingen blir det att bygga tryckkammare eller så kör man tryckutjämnat med omgivningen där man fyller ut alla utrymmen med elekronik med barnolja, olje-gel eller liknande då vätska inte kan komprimeras på samma sätt som luft.

Detta gäller också kablar och annat och plasterna som tex. är omkring CAT-5 kabel är inte speciellt tät för vatten utan det blir snarare att titta på sådant som är teflonisolerade - med andra ord så gäller det att ha lite budget för detta, både när det gäller kablar och kontakt-don samt genomföringar.

Kablarna bör också vara helt massiva och genomgjutna utan luft i sig (på samman sätt som kontakter), annars kommer det bli väldigt tryck när vattnet försöker tryck ihop kabeln för att det finns luftvolymer mellan ledarna och kardeler som kan krympa ihop mycket och stressa manteln när man ökar trycket, blir det minsta lilla skada i manteln så att vatten kommer in mellan ledarna så är stora delarna av kabeln snart vattenfylld och dess elektriska egenskaper blir helt annorlunda pga. vattnet höga dielektriska konstant. - tex signalering på även moderat hastighet som 9600 Baud helt plötsligt kanske bara gå att få över i telegramtakt och då gäller det att båda sidorna kan växla ned till så låg takt när det händer och då vill man inte ha pratiga protokoll...

etc. etc.

[Jaman42]

Det kan vara antingen eller också, finns många exempel på det, men jag gillar tanken med en ackumulator. Jag utforskar olika möjligheter för att avgöra vad jag vill använda mig av. Jag har läst om flera som har nått djup på 100m med "vanlig" Cat5 kabel, min uppfattning är att eventuellt vatten som tränger in i den kabeln inte är något större problem. Det är en ganska beprövad metod till hembyggda undervattensfarkoster. Om jag inte minns fel så leder vatten ganska dåligt så man måste upp i strömstyrka för att det ska skapa problem.

Så till strömförsörjningen om man kör med 230 volt skapar det ju naturligtvis stora problem om det inte är helt tätt.

Om kabeltypens utförande är viktig, och att den är tät och klarar trycket. Vad kollar man efter för kabel då?

Tack för utförligt svar

[Icecap]

Det finns överkörningsbar kat. 5 kabel med dubbel mantel och kärna. Kostar pengar men stryktålig är den!