Guten Abend,
wie viele bastel auch ich gerne IoT/Arduino kram und verwende gerne USB
Netzteile (5V max 2A) als Stromversorgung.
Ich stelle mir da öfter die Frage, wie sicher solche Projekte im
Zweifelsfall sind.
Ich habe daher versucht, mit einem 5V Labornetzteil und 2A
Strombegrenzung einen Kabelbrand oder ähnliches zu verursachen, bin aber
gescheitert. Ich habe versucht, einzelne feine Litzen eines Kabels mit
2A zu überlasten... Einzelne Litzen quer über zwei Kabel als Kurzschluss
gelegt, etc. Egal was ich gemacht habe, ich habe zwar ein paar kleine
Funken bekommen, aber nichts was ansatzweise einen Brand verursachen
könnte.
Kann man Basteleien mit 5V/2A als halbwegs sicher ansehen?
Oder habt ihr andere Erfahrungen?
(Das Netzteil selbst klammere ich mal aus - mir ist klar das ein
Chinanetzteil bei Kurzschluss durchaus böse enden kann, aber die
Kurzschlussfetigkeit eines Netzteils lässt sich ja ermitteln)
Danke :)
2A/5V ergeben 10W Verlustleistung. Diese 10W mögen auf dauer sicherlich
einen Brand entfachen.
Mani Matter hat besungen, was alles aus einer kleinen Streichholzflamme
entstehen könnte...
Ein Brand entsteht, wenn die Entzündungstemperatur eines Materials
erreicht ist.
Die dazu nötige Wärme-Leistung hängt davon ab, welcher Anteil an
Wärmeenergie das fragliche Material erreicht.
Die Leistung allein ist kein zuverlässiges Merkmal um zu entscheiden,
ob ob kein Brand entstehen kann.
Nimmt man beides zusammen, also erzeugte (eigentlich umgewandelte)
Wärmeenergie und abgeführte Wärmeenergie - und dazu die entsprechenden
Materialdaten, dann kann man dazu Aussagen machen.
Im Extremfall ist es auch auch denkbar, mit 0,1W Wärmeenergie ein
Material zu entzünden.
Dazu kommt das Material selbst. So werden die meisten Metalle nicht etwa
"brennen" - also eine Flamme sichtbar sein - sondern oxidieren und
sofern das Oxid mechanisch einigermaßen haftet bzw. mit dem
darunterliegenden Material Verbindungen eingeht und stabil ist, damit
nach kurzer Zeit aufhören.
Mit dem Drähtchen wird das ziemlich wahrscheinlich deswegen nicht
"demonstrierbar" sein, weil zum einen relativ Wärme durch Strahlung und
Konvektion weggeht, aber hauptsächlich, weil der Draht einfach verdampft
und den Kontakt unterbricht. Dazu werden noch andere Effekte kommen.
Aber grob läuft es darauf hinaus: Das Verhältnis von zugeführter zu
abgeführter Energie und die konkrete Zündtemperatur.
Du hast allerdings auch nach pragmatischen Regeln gefragt.
Als Anhaltspunkt kannst Du Dir mal die Anschlussdrähte von diskreten
Bauteilen anschauen. 2A sind schon ne Nummer, bei denen die Durchmesser
der Drähte von etwa Leistungstransistoren (die dazu noch gekühlt werden)
im Bereich >= 1mm liegen. Widerstände im 1/8 Watt Bereich, etwa 0,75mm
(Schätzung) was aber zum Teil auch der mechanischen Stabilität
geschuldet ist.
Zum Vergleich:
Laborleitungen, die für verschiedenste Ströme verwendet werden sollen,
haben zwischen 1mm² für 16A bis 2,5mm² für 32A Querschnittsfläche.
ACHTUNG! Pass auf den Unterschied zwischen Durchmesser und
Querschnittsfläche auf.
Theor schrieb:> Als Anhaltspunkt kannst Du Dir mal die Anschlussdrähte von diskreten> Bauteilen anschauen. 2A sind schon ne Nummer, bei denen die Durchmesser> der Drähte von etwa Leistungstransistoren (die dazu noch gekühlt werden)> im Bereich >= 1mm liegen.
Ja, die Theorie ist mir auch klar.
Und dann gibt es sowas wie MicroUSB. Ist auch bis 2A spezifiziert und
hat dagegen geradezu filigrane Kontakte.
Ich habe eigentlich wirklich gedacht dass man mit 2A etwas zum schmoren
bringen kann, aber ich habe es in halbwegs realistischen Szenarien eben
nicht geschafft.
Eben zum Beispiel beim Abdrehen einer ohnehin schon dünnen Litze bis nur
noch eine einzige Kupferader drin übrig geblieben ist... Ich dachte ja
die würde sich mit einem Lichtblitz in Dampf auflösen - tat sie aber
nicht. Tat einfach ihren Dienst. Dann hab ich auch diese noch geknickt
bis sie brach.... nichts. Dann die Stummel immer und wieder aufeinander
gedrückt. Kleine Funken gab es, ja... Aber das wars.
Sehr enttäuschend.
Ich habe daher auch wirklich nach praktischen Erfahrungen gefragt....
Bei 10A z.B. hatte ich schon Erfahrung mit Steckern die wegen schlechtem
Kontakt das Kokeln anfangen und dann dahin schmelzen. Sowas suche ich :)
Dann nimm eine 100 mA Sicherung und schließe sie an ein Labornetzteil an
und erhöhe langsam den Strom bis sie richtig glüht. Ermittle Spannung
und Strom, dann weißt Du wie viel Leistung benötigt wird.
O.K. schrieb:> Dann nimm eine 100 mA Sicherung und schließe sie an ein> Labornetzteil an> und erhöhe langsam den Strom bis sie richtig glüht. Ermittle Spannung> und Strom, dann weißt Du wie viel Leistung benötigt wird.
Naja, Glühwendeln / Sicherungen haben extra ein hochohmigeres Material
mit der Bestimmung zum Glühen. Kabel hingegen sind eher niederohmig und
maximal an der Kontaktfläche hochohmig - diese ist aber eben minimal
klein.
Btw. die von mir beschriebenen Funken gibt es eigentlich auch nicht. Die
kommen nur daher dass mein Labornetzteil nach der Stromregelung einen
großen Pufferkondensator am Ausgang hat, weshalb der Strom beim Kontakt
kurzzeitig um ein vielfaches höher ist. Das ist bei real verwendeten
Netzteilen nicht gegeben...
Max schrieb:> Ich habe daher auch wirklich nach praktischen Erfahrungen gefragt....
Na, wenn Du schon so fragst...
Nein, mit 2A bekommst Du nicht genug Energie zusammen, um die meisten
Stoffe zu entzünden. Schon gar nicht die Isolierung eines Drahtes oder
was sonst so in der Umgebung einer Kupferlitze zu erwarten wäre.
Manchmal aber trifft die Kupferlitze auf Unerwartetes. ;-)
Früher (tm) mal, als ich noch jung und unvernünftig war, habe ich aus
Kupferlitze und Silberacetylid Initialzünder gebaut.
Das funktioniert gut, auch mit nur 2A.
"USB-Netzteil" - das klingt für mich nach so ner kleinen Wandwarze.
Typischerweise sind die als Sperrwandler ausgeführt. Das sorgt dafür,
daß die Spannung bei Überlastung deutlich einbricht.
Du bekommst also nicht etwa konstant 2A (wie bei einem Labornetzteil),
sondern so gut wie gar keine Leistung mehr wenn Du einen niedrigen
Widerstand (=Kurzschluss) anschließt.
Probier doch mal ein Widerstand 2,7 Ohm oder 3,3 Ohm anzuschließen. Da
müsste etwas mehr passieren.
Gerd E. schrieb:> "USB-Netzteil" - das klingt für mich nach so ner kleinen> Wandwarze.> Typischerweise sind die als Sperrwandler ausgeführt. Das sorgt dafür,> daß die Spannung bei Überlastung deutlich einbricht.>> Du bekommst also nicht etwa konstant 2A (wie bei einem Labornetzteil),> sondern so gut wie gar keine Leistung mehr wenn Du einen niedrigen> Widerstand (=Kurzschluss) anschließt.>> Probier doch mal ein Widerstand 2,7 Ohm oder 3,3 Ohm anzuschließen. Da> müsste etwas mehr passieren.
Deswegen habe ich den Versuch ja mit dem Labornetzteil gemacht - das ist
der worst case. Die realen Netzteile liefern bei einem Kurzen ohnehin
oft keinen Strom mehr und sind daher ungefährlicher. Da muss schon
wirklich ein optimierter Kurzschluss auftreten.
Ein 2,7 Ohm Widerstand wird bei 5V hoffentlich brennen :) Hab nur bis 10
Ohm, aber der raucht schon etwas...
Aber nochmal - das ist ja jetzt kein soooo realistisches Szenario?
Bombenbauer schrieb:> Früher (tm) mal, als ich noch jung und unvernünftig war, habe ich aus> Kupferlitze und Silberacetylid Initialzünder gebaut.
auch selber gemacht, so mit gas in lösung einleiten?
bin ja froh das ich nicht der einzige zündler war. ^^
Ich habe da mal eine Frage die in eine ähnliche Richtung geht...
Baue gerade eine Matrix aus 20x20 WS2812LEDs. D.h. insgesamt kommen da
max. ca. 24A bei 5V zusammen. Das Netzteil kann 30A liefern.
Ich habe auch ein wenig über einen Kurzschlussfall nachgedacht (z.B.
Stützkondensator schlägt durch o.ä.) und was ggf. passieren könnte
(worst case: Isolierung schmilzt oder kokelt...).
Was wäre der beste Weg weitere Schäden bei einem Kurzschluss zu
vermeiden? Eine entsprechend dimensionierte Sicherung in die
Spannungsversorgung einschleifen? ist m.E. nicht besonders sicher, wenn
z.B. durch Übergangs-oder Kabelwiderstände der Strom trotz Kurzschluss
unter dem Grenzwert bleibt.
Eigentlich müsste man den Strom messen, mit dem Sollwert (leicht über
die RGB-Werte der LEDs zu errechnen) vergleichen und bei einer
Überschreitung über einen FET o.ä. die Versorgung trennen.
Oder gibt es einen einfacheren / besseren Weg? Eine z.B. 2A Sicherung in
jeden Strang (also 20 Stück) würde ich auch eher vermeiden wollen...
Markus M. schrieb:> Was wäre der beste Weg weitere Schäden bei einem Kurzschluss zu> vermeiden?
Du könntest für jeweils 20 LEDs eine Sicherung mit 1,4A einsetzen, wobei
dann deine um einen Faktor 20 kleineren Stützkondensatoren jeweils
hinter der Sicherung sitzen sollten.
Das macht den möglichen Kurzschlussstrom deutlich handlicher.
Markus M. schrieb:> Eigentlich müsste man den Strom messen, mit dem Sollwert (leicht über> die RGB-Werte der LEDs zu errechnen) vergleichen und bei einer> Überschreitung über einen FET o.ä. die Versorgung trennen.
Das hatte ich doch im anderen Thread gerade vorgeschlagen, gefiel Falk
aber überhaupt nicht.
Beitrag "Re: Kurzschlussstrombelastbarkeit Leiterplatten"
Schon die Trennfähigkeit eines FETs wurde dort angezweifelt.
Max schrieb:> Ein 2,7 Ohm Widerstand wird bei 5V hoffentlich brennen :) Hab nur bis 10> Ohm, aber der raucht schon etwas...> Aber nochmal - das ist ja jetzt kein soooo realistisches Szenario?
Doch, schon. Gängiger Fall wäre ein angeknackster Keramikkondensator
oder wenn Du Pech hast die geschmolzenen Reste eines defekten
Halbleiters.
Wenn noch wärmeisolierendes Material, wie Textilien, Papier auf Deinen
kurzgeschlossenen Aufbau kommen, dürfte die Möglichkeit einer Entzündung
nicht mehr auszuschließen sein. Wenn der Draht hält, erwärmt es sich
weiter, wenn er durchbrennt, hast Du Glück.
MfG
