Читать книгу Theorie und Praxis der Bordelektrik - Jens Feddern - Страница 9

Bei der Bordinstallation wird zwischen Kabel und Leitungen unterschieden: Leitungen sind grundsätzlich Einzeladern, in einem Kabel sind mehrere Einzeladern zusammengefasst und von einem Mantel umgeben.

Die Leitung oder Ader besteht aus einem festen Draht oder aus vielen Einzeladern (Litzen), die die Leitung flexibel machen.

Starre Leitungen oder Kabel sind nur für feste Verlegung vorgesehen und können daher an Bord nicht verwendet werden. Die dort herrschenden ständigen Bewegungen, Schwingungen und Erschütterungen können zu einem Kabelbruch führen.

Das Kabel wird durch folgende Eigenschaften charakterisiert:

•Anzahl der Leiter (Adern)

•Querschnittsfläche der Leiter

•Material des Leiters

•Einzeldrähte eines Leiters

•Farbe der Leiter

•Material und Art der Ummantelung des Kabels

•Spannungsfestigkeit des Leiters

•Temperaturbeständigkeit des Kabels

Gemäss den internationalen Normen für elektrische Gleich- und Wechselstromanlagen für kleine Wasserfahrzeuge (DIN EN ISO 13297:2021) wird die Auswahl der Leiter an Bord eingeschränkt, denn nach ihr dürfen nur isolierte Litzenleiter aus Kupfer verwendet werden. Zusätzlich muss die Isolierung aus feuerhemmendem Werkstoff sein. Die Mindestquerschnittsfläche beträgt 1 mm², nur für die Verdrahtung innerhalb einer Verteilertafel dürfen auch 0,75 mm² verwendet werden.

Abbildung 1–8: Gummischlauchleitung. (SVB)

Beim Refit älterer Installationen hat der ein oder andere Skipper bereits festgestellt, dass das Kupfer in seinen Leitungen nicht mehr rötlich, sondern schwarz ist. Durch Sauerstoffeinfluss hat sich auf den Einzeladern Kupferoxid gebildet. Dieses ist wasserunlöslich, elektrisch leitend und braun bzw. schwarz. Möchte man diesen Effekt umgehen, so bietet sich der Einsatz von verzinnten Kupferleitungen an, die deutlich korrosionsbeständiger sind.

Abbildung 1–9: Verzinnte Einzelader. (SVB)

Kabel, die fest (durch Kabelkanäle geschützt) installiert werden, können mit zweipoligen, einfach isolierten Kabeln durchgeführt werden. Werden die Kabel anderen Einflüssen wie UV-Licht oder mechanischer Beanspruchung ausgesetzt, so müssen diese zusätzlich ummantelt sein. Bei geschützter Installation unter Deck bietet sich PVC-Ummantelung an, für Leitungen an Deck sollte es PUR-Ummantelung sein. PUR-Kabel sind für höhere mechanische und UV-Licht-Beanspruchung ausgelegt und haben eine gute Öl- und Chemikalienbeständigkeit. Bei PUR-Leitungen kommt der Kunststoff Polyurethan zum Einsatz, womit sich eine deutliche Abgrenzung von klassischen PVC-Kabeln ergibt. PUR-Kabel zählen zu den halogenfreien Kabeln, zeichnen sich durch eine gute Widerstandsfähigkeit gegenüber UV-Strahlen, Chemikalien sowie mineralischen Ölen aus und sind aufgrund ihrer gummiähnlichen Eigenschaften überaus dehnbar. Die Verkabelung der Maschinenanlage bedarf besonderer Aufmerksamkeit. Die elektrische Installation muss für Umgebungstemperaturen von 70 °C dimensioniert werden, und es ist davon auszugehen, dass die Kabel mit Öl, Fett und Lösungsmitteln in Verbindung kommen. Zusätzlich sind die Leitungen, die direkt an die Maschine führen, ständiger mechanischer Beanspruchung und Vibrationen ausgesetzt.

Abbildung 1–10: Ummanteles Kabel mit Abschirmung schützt auch vor mechanischer Beanspruchung. (LAPP Kabel)

PVC als Kabelmantel wird mit der Zeit hart und bruchgefährdet, und die oben genannten Einflüsse beschleunigen den Prozess. Außerdem ist PVC brennbar und sollte daher im Maschinenraum nicht installiert werden.

Für die Verkabelung der Maschine empfiehlt sich feindrahtige, verzinnte Kupferlitze mit Silikonmantel.

Abbildung 1–11: Silikonkabel für die Maschinenverkabelung. (kabeltronik)

Ab einer Querschnittsfläche von 6 mm² werden die Adern meistens als Einzelleiter ausgeführt, da mehradrige Kabel aufgrund der Dicke an Bord schwer zu verlegen sind.

Abbildung 1–12: Große Querschnitte sind meistens Einzelleiter. (Vetus)

In den oben genannten Beispielrechnungen wurden teilweise erforderliche Kabelquerschnitte von bis zu 100 mm² ermittelt. Hierbei ist zu beachten, dass man der Versuchung widerstehen muss, den erforderlichen Querschnitt durch das Parallelschalten mehrerer dünnerer Leitungen zu erreichen. Nur bei einer korrekten Absicherung jeder einzelnen Leitung ist dieser Ansatz denkbar, sonst besteht die große Gefahr, dass die gesamte Elektrik samt Boot in Rauch aufgeht.

Für viele Geräte kommen konfektionierte Steuerleitungen zum Einsatz. Hierbei handelt es sich um Kabel, die bis zu 100 Einzelleiter in einem Mantel vereinen. Je nach Anwendungszweck werden diese Kabel häufig geschirmt ausgeführt, um vor äußeren elektromagnetischen Einflüssen geschützt zu sein.

Ist an den Enden bereits ein Stecker befestigt, so erleichtert dies den Anschluss enorm. Bei der Verlegung kann dieser jedoch hinderlich sein. Sollte das konfektionierte Kabel zu lang sein, so muss es nicht zwangsläufig gekürzt werden, sondern kann in großen Buchten mit Kabelbindern zusammengebunden werden. Dies ist besonders hilfreich, wenn man das Gerät zur Überprüfung auch im ausgebauten Zustand anschließen möchte.

Reicht die Kabellänge nicht aus, so lohnt es sich, beim Hersteller nach geeignetem, ebenfalls konfektioniertem, Verlängerungskabel zu fragen. Dort erfährt man auch, welche maximale Länge zulässig ist und mit welchem Kabeltyp ggf. eine Verlängerung durchzuführen ist.

Abbildung 1–13: Koaxkabel. (SVB)

Kabel für die Übertragung von hochfrequenten Signalen (z. B. Anschluss von Antennen) unterscheiden sich grundlegend im Aufbau und in den elektrischen Eigenschaften. Das Signal wird von einem Mittelleiter übertragen, der von einem äußeren Drahtgeflecht abgeschirmt wird. Neben dem Ohmschen Widerstand, der die Signale dämpft, spielt der Wellenwiderstand (Impedanz) eine noch größere Rolle. Dieser setzt sich aus der Induktivität und der Kapazität des Koaxialkabels zusammen.

Das hochfrequente Signal wird im Koaxialkabel als Welle übertragen. Wird ein Stein ins Wasser geworfen, so sieht man Wellen in Form konzentrischer Kreise, die sich um die Eintrittsstelle des Steins bilden und mit einer bestimmten Geschwindigkeit ausbreiten. Befindet sich bei der Ausbreitung der Welle etwas im Weg, z. B. eine Stange im Wasser, so sieht man, dass die Welle an dieser Stelle reflektiert wird und sich mit der Originalwelle überlagert.

Ähnliche Effekte treten im Koaxialkabel auf und führen zu Fehlanpassungen und Verlusten, wenn der Wellenwiderstand nicht durch das gesamte System bestehend aus Antenne, Steckverbindung, Kabel und Empfänger abgestimmt (= identisch) ist. Bei Fehlanpassungen kommt es zu Reflexionen, und der Empfang wird deutlich schlechter bis unmöglich bzw. das Senden erheblich verschlechtert. Die beste Sende- und Empfangsanlage sowie die besten Antennen nützen daher wenig, wenn nicht die korrekte Impedanz der Kabel sowie der Steckverbindungen gewählt wurde. Zusätzlich wird bei den Kabeln auch der minimale Biegeradius angegeben, der für die korrekte Ausbreitung der Welle nicht unterschritten werden darf.

Das Gemeine an Koaxialkabeln ist, dass die Impedanz sich mit der Frequenz verändert und mit Bordmitteln praktisch nicht gemessen werden kann. Mit dem Multimeter kann nur der Ohmsche Widerstand ermittelt werden, der aber nichts über die Impedanz aussagt (auch wenn beide die Einheit Ohm haben). Die korrekte Anpassung merkt man an Bord praktisch erst, wenn der Empfang am Gerät optimal ist. Also Augen auf bei der korrekten Materialwahl:

UKW-Funkgeräte, GSM-Empfänger, GPS-, DAB- und WLAN-Antennen benötigen meistens eine Impedanz von 50 Ohm. Als Kabel wird häufig der Typ RG58 verwendet.

Die Steckverbindungen für diese Anwendungen müssen ebenfalls eine Impedanz von 50 Ohm haben. Die UKW-Funkantenne wird grundsätzlich mit einem UHF-Stecker angeschlossen. Der Anschluss muss für das RG58-Kabel geeignet sein und wird je nach Ausführung entweder gelötet, gekrimpt oder geschraubt. In die Steckverbindungen und in die Kabel darf keine Feuchtigkeit eindringen, da diese die elektrischen Eigenschaften und somit die Impedanz verändert.

Für die anderen oben genannten Geräte werden häufig SMA-Steckverbindungen verwendet, die eine Impedanz von 50 Ohm haben und deutlich kleiner sind als die UHF-Steckverbindungen.

DAB-Antennen verfügen häufig über SMB-Stecker, die noch eine Nummer kleiner sind.

Der Anschluss der SMA- und SMB-Stecker wird meistens mit Löten und Krimpen ausgeführt.

Fernsehen und Rundfunk sowie Kameras benötigen häufig eine Impedanz von 75 Ohm. An Land ist diese Verkabelung in 75 Ohm ausgeführt. An Bord muss in dem technischen Datenblatt der Geräte wie TV-Antenne, Satellitenantenne etc. nachgesehen werden, welche Impedanz erforderlich ist. Als Kabel mit 75 Ohm Impedanz wird häufig der Typ RG59 verwendet.

Die verwendeten Steckverbindungen müssen ebenfalls eine Impedanz von 75 Ohm haben und sollten gegen selbstständiges Lösen gesichert sein. Hier findet man z. B. den F-Stecker oder BNC-Steckverbindungen (die es aber auch in 50 Ohm gibt!).

Analogkameras übertragen ihr Signal ebenfalls über Kabel mit 75 Ohm Impedanz und haben einen BNC-Stecker als Anschluss.

Als Bordradio wird häufig ein Autoradio eingesetzt. Dieses verfügt bei DAB-Funktion über einen kleinen SMB-Anschluss für die 50-Ohm-DAB-Antenne sowie einen Antennenanschluss für die FM-Antenne. Und hier gibt es zwei Varianten, die nicht wirklich kompatibel sind:

Radios, die eine Antenne mit einem langen, schlanken Stecker (DIN) haben möchten, verfügen über eine Impedanz von 150 Ohm. Diese muss dann auch die Steckverbindung, das Kabel sowie die Antenne haben.

Verfügt das Radio jedoch über einen flachen, runden Stecker (ISO), so handelt es sich um einen 50-Ohm-Anschluss, der diese Impedanz auch von Kabel, Stecker und Antenne erwartet.

Es gibt auf dem Markt Adapter von einem zum anderen Steckertyp. Hierbei handelt es sich jedoch nur um eine mechanische Anpassung und nicht um eine Anpassung der Impedanz.

Digitale Netzwerke wie NMEA 2000 und LAN werden ebenfalls mit speziellen Kabeln aufgebaut, deren Impedanz an die speziellen Anforderungen angepasst sind. Bei NMEA 2000 (CAN-Bus) beträgt die Impedanz z. B. 120 Ohm, bei LAN-Netzwerkkabeln 100 Ohm. Da bei dieser Übertragung mehrere Adern benötigt werden, bestehen die Kabel aus mehreren, verdrillten Aderpaaren, die pro Paar und zusätzlich insgesamt abgeschirmt sind.

Für die Verkabelung der 230-V-Anlage dürfen nur Kabel mit einer Nennspannung von 300/500 V bzw. 300/300 V bei flexiblen Leitungen eingesetzt werden. Grundsätzlich sollten die Leiter an der Farbe ihrer Isolierung erkennbar sein. Bei den nach DIN EN ISO 13297 zulässigen Farben für die einzelnen Leiter gelten folgende Regeln:

Die Schutzleiterisolierung der 230-V-Verkabelung muss grün oder grün mit gelben Streifen sein. Keine der beiden Farben darf für stromführende Leiter verwendet werden.

Das Gleiche gilt auch für alle Potenzialausgleichsleiter der Gleichstromverkabelung. Hierbei ist aber zu beachten, dass dies nicht die stromführenden Minusleitungen sind!

Tabelle 1–3: Beispiel einer Leistungsbilanz.

Weiter gelten für die Verkabelung des Wechselstromnetzes folgende Zuordnungen:

grün/grün-gelb	= Erdung
schwarz	= Phase
braun	= Phase
blau oder weiß	= Nullleiter

Bei der Gleichstromverkabelung wird es gemäß DIN EN ISO 13297 mit den Farben etwas schwieriger:

Alle negativen Leiter müssen durch schwarze oder gelbe Isolierung gekennzeichnet sein. Wird die Farbe Schwarz bereits für das Wechselstromnetz verwendet, so muss für den negativen Leiter die Farbe Gelb verwendet werden. Schwarze oder gelbe Isolierung darf nicht für positive Leiter eines Gleichstromsystems verwendet werden. In Wasserfahrzeugen mit Gleich- und Wechselspannungs-Systemen sollte der Gebrauch von braunen, weißen oder hellblauen Leiterisolationen in den Gleichstromsystemen vermieden werden […]

Andere Mittel der Kennzeichnung als Farben für positive DC-Leiter sind erlaubt, wenn diese im elektrischen Schaltplan für das Wasserfahrzeug genau beschrieben sind […] Die Leiterisolation (für den negativen Leiter) darf zusätzlich mit einem Farbstreifen gekennzeichnet sein, um den Leiter im System identifizieren zu können.

Eine annehmbare Alternative könnte somit in der zusätzlichen Kennzeichnung des Leiters an ausgewählten Orten mit einer entsprechenden Notiz in den Schaltplänen bestehen.