La risposta breve: utilizzare 12 V per brevi corse con uno o due apparecchi, 24 V quando la corsa è più lunga o più luci condividono un cavo e riservare la tensione di linea per installazioni in cui il numero di apparecchi e la distanza del cavo rendono impraticabile la bassa tensione. La decisione non riguarda quasi mai la luce - ma la quantità di tensione che sopravvive al cavo. La maggior parte delle luci del pool a bassa{5} tensione che "sembrano fioche" o "si guastano presto" è un problema di caduta di tensione che è stato inserito in fase di progettazione e non può essere risolto al momento della messa in servizio.
Costruiamo apparecchi a tutte e tre le tensioni e vediamo lo stesso modello di guasto ogni stagione: un sistema specificato solo dalla potenza dell'apparecchio, installato con un cavo sottodimensionato, che fornisce 9,5 V a un apparecchio progettato per 12 V. Di seguito è riportata l'aritmetica che lo impedisce e i punti di conformità che decidono il metodo di cablaggio.
Cosa richiede effettivamente il codice elettrico
Negli Stati Uniti, gli apparecchi di illuminazione per piscine e fontane rientrano nell'articolo 680 NEC. Le disposizioni che determinano le specifiche sono:
La protezione GFCI è richiesta per i circuiti che alimentano apparecchi di illuminazione subacquei che funzionano sopra i 15 volt. Questo è il motivo per cui i sistemi a bassa-tensione dominano l'illuminazione delle piscine residenziali - si tratta di una decisione complessa in materia di sicurezza e ispezione-oltre che di ingegneria.
Le installazioni in nicchia-umida disciplinate da 680.23 prevedono regole aggiuntive sulla lunghezza del cavo, sulla terminazione e sul posizionamento della scatola di giunzione, poiché l'apparecchio è progettato per essere rimosso dall'acqua mentre la nicchia rimane allagata.
Il collegamento equipotenziale secondo 680.26 si applica alla struttura della piscina e alle sue parti metalliche indipendentemente dalla tensione dell'apparecchio di illuminazione. La bassa tensione riduce il rischio; non rimuove il requisito del legame.
Dal punto di vista del prodotto, l'unità di alimentazione che alimenta un sistema a bassa-tensione è essa stessa un prodotto elencato: UL 379, Standard for Power Units for Fountain, Swimming Pool and Spa Luminaires (con CSA C22.2 No. 218.1 come equivalente canadese). Seguono due cose per una precisazione. Il trasformatore non è un alimentatore generico e un'installazione conforme necessita di un alimentatore elencato - e non di un trasformatore elettronico riproposto.
La caduta di tensione in sé non è una violazione del codice. NEC 210.19(A) Nota informativa No. 4 consiglia di limitare la caduta di tensione del circuito derivato-al 3%, con il 5% combinato per alimentatore più circuito derivato. Si tratta di una raccomandazione per un'efficienza ragionevole, ma per un apparecchio di illuminazione da 12 V una caduta del 3% equivale a soli 0,36 V - quindi il progettista a bassa-tensione lavora con un budget molto più ristretto di quanto suggerito dal testo del codice.
Perché esiste la bassa tensione e perché non perdona
Dodici volt sono una decisione di sicurezza: al di sotto della soglia di 15 V che fa scattare il requisito GFCI per gli apparecchi di illuminazione subacquei, la conseguenza di un guasto del sigillo è una luce morta piuttosto che un pericolo di scossa elettrica. Questo vale molto ed è il motivo per cui il mercato delle piscine residenziali funziona a 12 V.
Il prezzo di questa sicurezza è che un circuito a bassa-tensione ha pochissima tensione da sprecare. Diminuisci la stessa percentuale da 12 V e da 230 V e la perdita assoluta è venti volte inferiore a 230 V. Una perdita del 10% su un circuito da 12 V lascia 10,8 V sull'apparecchio - un driver LED potrebbe rifiutarsi di avviarsi, oppure avviarsi e surriscaldarsi, oppure avviarsi e spegnersi la mattina fredda successiva. Nessuno di questi problemi al momento sembra un problema di cavo, motivo per cui così tanti guasti di bassa tensione vengono erroneamente diagnosticati come guasti dei driver.
Il calcolo della caduta di tensione, con numeri reali
Per un circuito a due-conduttori, il calcolo standard è:
V(caduta)=(2 × L × I × R) ÷ 1000
dove L è la lunghezza del cavo di sola andata in piedi, I è la corrente in ampere, R è la resistenza del conduttore in ohm per 1.000 piedi e il fattore 2 tiene conto del conduttore di ritorno. Resistenza per 1.000 piedi per conduttori in rame non rivestiti, da NEC Capitolo 9:
| Conduttore | Resistenza (Ω per 1.000 piedi) |
|---|---|
| 14 AWG | 3.14 |
| 12 AWG | 1.98 |
| 10 AWG | 1.24 |
| 8AWG | 0.78 |
Esempio realizzato: 72 W di illuminazione, 100 piedi sola-direzione
Prendi quattro apparecchi da 18 W - 72 W totali - su un percorso di 100 piedi dall'unità di alimentazione all'ultimo apparecchio.
A 12 V, la corrente del circuito è 72 ÷ 12=6 A:
| Conduttore | Caduta di tensione | In % di 12 V | Tensione all'apparecchio |
|---|---|---|---|
| 14 AWG | 3.77 V | 31.4% | 8,2 V - non funzionerà in modo affidabile |
| 12 AWG | 2.38 V | 19.8% | 9,6 V - marginale nella migliore delle ipotesi |
| 10 AWG | 1.49 V | 12.4% | 10,5 V - sotto l'intervallo previsto |
| 8AWG | 0.94 V | 7.8% | 11,1 V - funzionante, non comodo |
A 24 V, gli stessi 72 W consumano 72 ÷ 24=3 A:
| Conduttore | Caduta di tensione | In % di 24 V | Tensione all'apparecchio |
|---|---|---|---|
| 14 AWG | 1.88 V | 7.85% | 22.1 V |
| 12 AWG | 1.19 V | 4.95% | 22.8 V |
| 10 AWG | 0.74 V | 3.1% | 23.3 V |
| 8AWG | 0.47 V | 1.95% | 23.5 V |
Raddoppiando la tensione si dimezza la corrente e dimezzando la corrente si dimezza la caduta - ma poiché la caduta consentita viene misurata rispetto a un'alimentazione anch'essa due volte più grande, la percentuale diminuisce ulteriormente. Su una corsa di 100 piedi, 12 V necessitano di 8 AWG per raggiungere una caduta che 24 V ottiene con 12 AWG. Questo è l'intero argomento a favore dei 24 V in un confronto.
Un'altra variabile: la resistenza aumenta con la temperatura. La resistenza del conduttore alla temperatura operativa è superiore al valore della tabella, motivo per cui gli installatori che calcolano la caduta su un conduttore freddo ritengono che il sistema abbia prestazioni inferiori in estate.
Le tre tensioni, fianco a fianco
| 12 V | 24 V | Tensione di linea (120 V / 230 V) | |
|---|---|---|---|
| Soglia di sicurezza | Sotto il grilletto GFCI da 15 V per apparecchi subacquei | Sotto il trigger GFCI da 15 V | Sopra - GFCI richiesto per il circuito |
| Lunghezza pratica del circuito | Breve: poche partite, tirature brevi | Medio: corse più lunghe, più apparecchi per cavo | Lunghe corse, tante partite |
| Dimensione del conduttore | Grande rispetto al carico | Moderare | Piccolo rispetto al carico |
| Unità di potenza | Trasformatore a bassa-tensione classificato (UL 379) | Trasformatore a bassa-tensione classificato (UL 379) | Nessun gradino-per l'apparecchio di illuminazione; metodo di cablaggio diverso |
| Vestibilità tipica | Piscine residenziali, piccole funzionalità, retrofit | Pool commerciali, lunghe tirature, numero elevato di infissi | Grandi fontane e piscine commerciali con lunghi fuoricampo |
| Fallisce come | Fioco, tremolante, non si avvia - solitamente si tratta di un errore del cavo | Lo stesso, ma con un margine molto più ampio prima che ciò accada | Fallisce in modo sicuro solo se il metodo di cablaggio e il GFCI sono corretti |
Dimensionamento dell'unità di potenza
Tre controlli, in questo ordine.
Carico collegato totale, quindi headroom. Aggiungi i wattaggi dell'apparecchio. Un trasformatore che funziona al 95% della potenza per ore in un involucro caldo non è un componente di 20 anni; lasciare un margine per il carico e il calore.
Tocchi o output multi-tap. Laddove un trasformatore offre diverse prese di uscita, utilizzare quella più alta che mantiene l'ultimo apparecchio all'interno del suo intervallo di ingresso è un modo legittimo per recuperare parte della caduta - a condizione che il primo apparecchio in corsa rimanga entro la propria tolleranza. Entrambe le estremità del circuito sono importanti.
Tensione all'ultimo apparecchio, non al trasformatore. Il numero che decide se il sistema funziona è la tensione misurata sull'apparecchio più lontano dall'alimentatore, a pieno carico, con le luci accese. Se tale valore è inferiore al range di ingresso nominale dell'apparecchio, il cavo è sbagliato, qualunque cosa dicano i disegni. Un registro di messa in servizio competente lo include.
Aritmetica del retrofit: cosa cambia quando l'alogena diventa LED
Un retrofit è il caso in cui il calcolo della caduta molto spesso viene saltato, perché il cavo esiste già. La fisica non è cambiata, ma i numeri sono - drasticamente.
Una piscina illuminata da 300 W di lampade alogene a 12 V assorbe 25 A. Sostituisci quelle lampade con 30 W di LED e la corrente scende a 2,5 A, una riduzione di dieci volte. La caduta di tensione è proporzionale alla corrente, quindi anche la caduta diminuisce di dieci volte. Un circuito che era marginale sugli alogeni è comodamente entro la tolleranza sui LED, senza alcuna modifica al cavo. Questo è uno dei vantaggi più silenziosi di una conversione a LED e spiega perché un retrofit a volte funziona visibilmente meglio dell'installazione che ha sostituito.
Il caso inverso è la trappola. La sostituzione di una lampada alogena da 35 W con una LED "equivalente a 35 W" non lascia la corrente invariata a meno che il nuovo driver non assorba effettivamente 35 W in ingresso. Dimensioni dalla potenza assorbita del nuovo apparecchio, non dall'equivalenza stampata sulla scatola.
CA o CC e cosa emette effettivamente il trasformatore
I sistemi di pool a bassa-tensione erano storicamente costruiti attorno a trasformatori magnetici - CA che alimentavano lampade alogene, entrambi dispositivi CA. Un apparecchio a LED aggiunge un driver e i driver differiscono in ciò che accettano. Alcuni rettificano la corrente alternata internamente e funzionano con entrambe le alimentazioni. Altri si aspettano un ingresso CC o una forma d'onda che un determinato trasformatore non produce.
Tre controlli prima di ordinare. Confermare se l'ingresso dell'apparecchio di illuminazione è CA, CC o uno dei due. Conferma il tipo di uscita del trasformatore e la sua tensione al carico reale piuttosto che a vuoto, poiché un trasformatore scarico legge un valore più alto che sotto carico. E conferma che un trasformatore elettronico sostitutivo sia compatibile con il driver, non solo con la lampada sostituita. Si tratta di domande specifiche con risposte documentate e una discrepanza rilevata al momento della messa in servizio è un modo costoso per apprenderle.
Dove la tensione di rete ha ancora senso
La bassa tensione non è corretta automaticamente. Su una grande fontana con dozzine di apparecchi e percorsi di diverse centinaia di piedi, la dimensione del conduttore necessaria per mantenere una caduta di 12 V o 24 V entro la tolleranza diventa irragionevole - nel costo del rame, nel riempimento del condotto e nella difficoltà fisica di terminare un cavo di grandi dimensioni in un pressacavo dell'apparecchio. Al di sopra di una certa scala di progetto, gli apparecchi di illuminazione a tensione di linea-con un metodo di cablaggio conforme e protezione GFCI rappresentano la scelta pratica e il commercio viene effettuato deliberatamente anziché per impostazione predefinita.
L'errore è nel caso di mezzo: una piscina commerciale con otto apparecchi e una corsa di 150 piedi, specificata a 12 V "perché le piscine sono a bassa tensione". Quel sistema sarà sotto tensione il primo giorno e la colpa sarà del calendario.
Cosa va storto durante la messa in servizio
Quattro difetti ne spiegano la maggior parte. Un cavo dimensionato dal palinsesto piuttosto che dalla corrente e dalla corsa. Impianti aggiunti a un trasformatore esistente senza -rieseguire il calcolo della caduta. Un unico cavo collegato da un apparecchio all'altro, in modo che ogni apparecchio a valle del primo porti la caduta di tutti loro. E il classico: la potenza dichiarata dal produttore viene considerata come il consumo effettivo, quando il driver assorbe più dell'uscita del LED sul lato di ingresso.
Domande frequenti
24 V sono più sicuri di 12 V? Non nel senso che conta. Entrambi sono al di sotto della soglia di 15 V che fa scattare il requisito GFCI per gli apparecchi di illuminazione subacquei nel NEC, quindi entrambi offrono lo stesso vantaggio in termini di sicurezza rispetto alla tensione di linea. La differenza è elettrica, non legata alla sicurezza-.
Posso far funzionare le luci da 12 V a 24 V o viceversa? No. Gli apparecchi di illuminazione sono progettati per un intervallo di ingresso specifico e un driver utilizzato al di fuori di tale intervallo si rifiuterà di avviarsi, funzionerà a potenza ridotta o si guasterà prematuramente. Abbinare l'apparecchio alla fornitura.
Perché le mie luci si attenuano quando sono tutte accese? Quasi sempre caduta di tensione. La corrente aumenta con il pieno carico, la caduta aumenta con la corrente e l'ultimo apparecchio in corsa vede la tensione più bassa. Misurare sull'apparecchio più lontano a pieno carico.
Fino a che punto posso correre a 12 V? Non esiste una risposta unica - dipende dal carico e dal conduttore. Calcolare il calo, quindi confrontare il risultato con l'intervallo di input del dispositivo con margine. Di norma, raddoppiando la lunghezza del percorso o il carico è necessario un conduttore quattro dimensioni più grande per mantenere la stessa caduta percentuale.
Devo calcolare la caduta di tensione nel sistema metrico? La fisica è la stessa. Converti la corsa in piedi e utilizza i valori ohm-per 1.000 piedi oppure utilizza la resistenza del conduttore per chilometro e la forma metrica della stessa equazione. Non mescolare le unità.
Il cavo stesso deve essere speciale? SÌ. Utilizza un cavo-per uso esterno,-interrato diretto ed effettua qualsiasi giunzione-di aree umide in una custodia impermeabile anziché nell'acqua. Il grado IP dell'apparecchio non copre una giunzione inserita all'esterno di esso.
Dove ci adattiamo
Chongqing Xinyuanhui Optoelectronic Technology Co., Ltd. produce illuminazione subacquea e paesaggistica dal 2008 in una struttura di 5.000 m². Forniamo apparecchi di illuminazione per piscine e fontane in configurazioni a 12 V, 24 V e tensione di linea-su corpi SS304 e SS316/316L e calcoleremo il calo per la tua corsa se invii l'elenco degli apparecchi, la distanza unidirezionale e la dimensione del conduttore proposta.