Читать книгу Theorie und Praxis der Bordelektrik - Jens Feddern - Страница 10

Die Strombelastbarkeit von Leitern und Kabeln wird von den beiden folgenden Bedingungen bestimmt:

•der höchsten zulässigen Leitertemperatur bei höchstmöglichem Dauerstrom unter normalen Bedingungen und

•der höchsten zulässigen kurzzeitigen Leitertemperatur unter Kurzschlussbedingungen

In die Berechnung des Kabelquerschnittes gehen mehrere Faktoren ein:

•Stromaufnahme des angeschlossenen Verbrauchers

•Länge des Kabels

•zulässiger Spannungsabfall

•Umgebungstemperatur

•maximal zulässige Erwärmung des Leiters

•verwendetes Leitermaterial

Als Erstes fertigt man sich eine sogenannte Leistungsbilanz an, in der alle gängigen Verbraucher aufgelistet werden (Tabelle 1–3). Diese Liste kann man beliebig erweitern, und sie richtet sich natürlich nach dem Ausrüstungszustand des Bootes.

Neben der Leistung, die am Verbraucher abgenommen wird, setzt auch der Kabelwiderstand elektrische Energie in Wärme um. Dadurch besteht bereits am Kabel ein Spannungsabfall, sodass die Spannung am Verbraucher niedriger ist als die eingespeiste. Die Spannungsabfälle dürfen bestimmte Werte nicht überschreiten. Der Spannungsabfall berechnet sich aus der Stromaufnahme des Verbrauchers und dem Leitungswiderstand, wobei beim Leitungswiderstand die doppelte Länge zu berücksichtigen ist, da die Hin- und Rückleitung einen Widerstand haben.

U_a = Spannungsabfall in Volt für Gleichstrom

l = Kabellänge in Meter (einfache Länge)

I = Stromaufnahme in Ampere des Verbrauchers

ρ = Widerstand des Metalls in

A = Querschnittsfläche der Einzelleitung in mm²

Der zulässige Spannungsabfall zwischen Stromquelle und Verbraucher ist festgelegt und darf folgende Werte nicht überschreiten:

•5 % bei Navigationslichtern = 0,6 V im 12-V-Netz bzw. 1,2 V im 24-V-Netz

•7 % bei sonstigen Verbrauchern = 0,84 V im 12-V-Netz bzw. 1,68 V im 24-V-Netz

Die Formel für den Spannungsabfall kann man nun nach dem erforderlichen Kabelquerschnitt umstellen:

Somit ergibt sich eine vereinfachte Faustformel (für 12-V-Anlagen):

Der gewählte Kabelquerschnitt muss immer größer oder gleich dem errechneten sein, das Ergebnis darf nicht abgerundet werden.

Beispiel:

Die Topplaterne eines Segelbootes mit einer Leistungsaufnahme von 25 W wird mit 12-V-Gleichspannung gespeist. Die Länge der Zuleitung von der Schalttafel bis zum Mast beträgt 13 m. Was für ein Kabelquerschnitt muss gewählt werden?

P = 25 W U = 12 V

nach P = U • I ergibt sich für den Strom:

I = 2,1 A

l = 13 m U_a = 5 %

erforderlicher Leitungsquerschnitt A_5% = (13 • 2,1 : 16,8) mm² = 1,625 mm² Gewählt wird der genormte Querschnitt von 2,5 mm² pro Ader.

Nun kann man noch den tatsächlichen Spannungsabfall an dem gewählten Kabel bestimmen:

Berücksichtigt wurde in diesem Beispiel nur der Spannungsabfall, der von der Schalttafel bis zum Navigationslicht auftreten darf. Dies setzt natürlich voraus, dass die Zuleitung zur Schalttafel so dick ist, dass die bis dort auftretenden Verluste vernachlässigbar klein sind. Von der Schalttafel werden in der Regel fast alle Verbraucher gespeist. Die Stromaufnahme addiert sich sehr schnell:

Ein regnerischer Tag erfordert unter anderem das Navigationslicht, Scheibenwischer, Heizung, Navigationsgeräte und vieles mehr. Die Stromaufnahme kann sehr schnell größer als 25 A sein. Ein Kabel von 10 mm² würde bereits bei einer Länge von nur 5 m einen Spannungsabfall von 0,4 V ergeben (3,3 %!). Während der Fahrt steigt die Batteriespannung durch das Laden mit der Lichtmaschine auf ca. 14 V an. Dieser Effekt darf bei der Berechnung des erforderlichen Kabelquerschnitts nur bedingt berücksichtigt werden, da Geräte auch am Ankerplatz funktionieren sollen. Zusätzliche Spannungsverluste an Klemmen, Sicherungen und Schaltern berücksichtigt die Berechnung nicht.

Mastervolt gibt in seinem Powerbook eine vereinfachte Dimensionierung der Batteriekabel in einem 12-V-Netz an: Der Durchmesser der Kabel wird errechnet, indem 1 mm² pro drei Ampere genommen werden. Ein 60-Ampere-Batterielader erfordert also ein Kabel von 60 geteilt durch 3, also 20 mm², und in diesem Fall sollte die nächste Standardgröße, also 25 mm² gewählt werden. Diese Regel gilt für Kabel mit einer maximalen Länge von zweimal 3 Metern zwischen Lader und Wechselrichter.

Eine Querschnittserhöhung durch das Parallelschalten von mehreren, dünnen Leitern, ist eine gefährliche Sache. Löst sich nämlich nur eine der Leitungen und verursacht einen Kurzschluss, dann kann es sein, dass der Kurzschlussstrom nicht groß genug ist, um die vorgeschaltete Sicherung auszulösen. Die Leitung wird im wahrsten Sinne des Wortes in Rauch aufgehen und u. U. erheblichen Schaden anrichten.

Werden Kabel im Maschinenraum verlegt (Umgebungstemperatur 60 °C), so muss der in der Tabelle 1–4 angegebene maximal zulässige Strom mit dem Faktor 0,75 multipliziert werden.