W instalacjach monitoringu przemysłowego często zachodzi konieczność poprowadzenia długich przewodów do zasilenia urządzenia elektronicznego, np. kamery. Trzeba tu uwzględnić bardzo ważny parametr, jakim jest „spadek napięcia” na przewodzie. Wielu instalatorów nie zdaje sobie sprawy ze skutków przepływu prądu przez przewody zasilające, a problem zasilania jest podstawą przy projektowaniu każdej instalacji CCTV.

Producenci sprzętu podają stałą wartość napięcia zasilania danego urządzenia, np. 12 V DC, ale nie informują o zakresie tego napięcia (wartości minimalnej i maksymalnej). Wykonując praktyczne testy, przyjęliśmy założenie, że dla kamery zasilanej 12 V napięcie może spaść do 11 V. Poniżej tej wartości mogą wystąpić zakłócenia albo utrata sygnału wideo. Czyli spadek napięcia na przewodzie między zasilaczem a kamerą może wynieść maksymalnie 1 V. Wiele osób korzysta z gotowych kalkulatorów zasilania, ale nie zna zagadnień teoretyczno-praktycznych. Dlatego postaramy się je przybliżyć w tym artykule.

Każdy przewód ma rezystancję (oporność) większą od 0. Kiedy przez przewód o danej rezystancji płynie prąd, zachodzą dwa zjawiska.

1. Występuje spadek napięcia zgodnie z prawem Ohma.

2. Energia elektryczna zamieniana jest na ciepło zgodnie z prawem Ohma.

albo

Każdy przewód jest rezystorem (opornikiem). Poniżej zamieszono schemat zastępczy przewodu dwużyłowego (uwzględniający tylko rezystancję).

Należy uwzględnić spadek napięcia na każdej żyle, dlatego sumaryczna rezystancja (R) przewodu dwużyłowego wyniesie: R = R1 + R2.

Poniżej schemat obwodu ilustrujący spadek napięcia w przewodzie dwużyłowym:

gdzie:

Uin – napięcie zasilania, np. z zasilacza,
I – prąd płynący w obwodzie,
R1 – rezystancja (oporność) pierwszej żyły przewodu,
R2 – rezystancja (oporność) drugiej żyły przewodu,
UR1 – spadek napięcia na pierwszej żyle przewodu,
UR2 – spadek napięcia na drugiej żyle przewodu,
L – długość przewodu,
RL – obciążenie, np. kamera,
URL – napięcie na obciążeniu.

Po podaniu napięcia z zasilacza (Uin) do przewodu i podłączeniu obciążenia (RL) w układzie zaczyna płynąć prąd (I), powodując spadek napięcia na przewodzie (UR1 + UR2). Zachodzi tu następująca zależność: napięcie wyjściowe na obciążeniu pomniejszone jest o spadek napięcia na przewodzie.

Do obliczeń spadku napięcia (Ud) posłużono się poniższym wzorem dla napięcia stałego i zmiennego (1-fazowego):

gdzie:

Ud – spadek napięcia mierzony w voltach (V),
2 – liczba stała, wynikająca z tego, że obliczamy spadek napięcia dla dwóch przewodów,
L – długość przewodu wyrażona w metrach (m),
R – rezystancja (oporność) pojedynczego przewodu wyrażona w omach na kilometr (Ω/km),
I – prąd pobierany przez obciążenie wyrażony w amperach (A).

Jak widać, spadek napięcia nie zależy od wielkości napięcia wejściowego, tylko od prądu, długości i rezystancji przewodu.