Kabelsalat ? 12 Volt etc. , ohmsches Gesetz und Co.
Nicht nur Selbstausbauer neigen dazu, die Niederspannungnetze wie 12 Volt, 24 Volt etc. zu unterschätzen. Die Gefahr eines lebensbedrolichen Stromschlages ist ja auch kaum gegeben. Hier lauern jedoch andere Gefahren, die man unter Berücksichtigung einiger Grundregeln weitestgehend ausschalten kann. Die Hauptgefahr ist zweifelsfrei die Überlastung des Leitungsnetzes und die damit verbundene Brandgefahr.
Um aber in Erfahrung zu bringen, welche Kabel im Leitungsnetz den Belastungen des Wohnmobilalltags standhalten, müssen wir Ausbauer wissen, wieviel so ein Kabel denn verkraftet. Wir wissen alle noch aus dem Physikunterricht, dass jede Leitung einen elektrischen Widerstand darstellt, der eine Erwärmung der Leitung und einen Abfall der Spannung zur Folge hat. Wir wissen aus dem Ohmschen Gesetz auch noch, dass zwischen Spannung, Strom und Widerstand enge Zusammenhänge bestehen und dass auf der Grundlage des Ohmschen Gesetzes, das nach dem deutschen Physiker Georg Simon Ohm (1789-1854) benannt wurde, schon Berechnungen durchgeführt werden können, die für uns interessant sind.
Als Formelzeichen werden:
- R für den elektrischen Widerstand in Ohm
- U für die elektrische Spannung in V (Volt)
- I für die elektrische Stromstärke in A (Ampere)
verwendet.
Das Ohmsche Gesetz sagt aus, dass das Verhältnis der Spannung U zur Stromstärke I bei gleichbleibendem Widerstand R konstant ist. Misst man also bei ein und demselben Widerstand mit verschiedenen Spannungen den Strom und stellt die Werte zueinander ins Verhältnis, erhält man immer den gleichen Wert.
Den elektrischen Widerstand, der Quotient aus der Spannung und der Stromstärke ist, erhalten wir durch die Rechnung.
Daraus können wir die Formeln :
und
ableiten.
Wir haben also die Grundformeln zum Berechnen von Widerstand, Spannung und Stromstärke.
Was wir noch gebrauchen können, ist eine einfache Formel zur Berechnung von Leitungswiderständen. Denn nichts neues für uns ist ja der Umstand, dass je länger ein Kabel und je kleiner sein Querschnitt ist, um so größer dessen Widerstand ist.
Leitungswiderstand
Mit dieser Formel berechnen wir den Leitungswiderstand bei einer Länge von l Meter, einem Querschnitt von A mm² und einem spezifischen Widerstand von p. Unsere Kabel im Wohnmobil sind aus Kupfer. Der spezifische elektrische Widerstand, einer Kupferleitung von einem Meter Länge und einem Querschnitt von 1mm², ist gerundet 0,018 (0,0178) Ohm bei 20°C. Eine höhere oder niedrigere Temperatur verändert den Widerstand, das ist für unsere einfachen Berechungnen aber nicht von Belang.
Ein Beispiel, gegeben sind:
- der spezisfische elektrische Widerstand 0,018 Ohm
- der Leitungsquerschnitt 1,5 mm²
- und die Gesamtlänge der Leitung 100 m
Leitungswiderstand =
Soweit sogut, der Leitungswiderstand ist klar und wir schließen einfach daraus, dass am Ende einer Leitung nicht das rauskommt, was am Anfang reingeschickt wird. Ein Spannungsverlust ist also gegeben. Dieser “Spannungfall” kann je nach Länge der Leitung und Leitungsquerschnitt so groß sein, dass wir nicht einmal eine kleine Birne zum Glimmen bringen können. Der Spannungsfallin Volt ist abhängig von dem Widerstand Ohm und der Stromstärke in A (Ampere).
In eine Formel gebracht, kann berechnet werden, wie groß der Spannungsfall ist.
Beispiel:
Puuh ! 12 Volt Verlust bei einer Leitung von 100 Meter Länge und einem Querschnitt von 1.5 mm² bei einer Stromstärke von 10 A. Ist nicht wenig, oder ? Wir brauchen also ein Kabel mit stärkerem Querschnitt und besser als probieren ist rechnen. Berchnet wird der Querschnit der Leitung mit den Werten für die I Stromstärke in A (Ampere), dem spezifischen elektrischen Widerstand in, der l Leitungslänge in Metern und demSpannungsfall in Volt.
Formel:
Für unsere oben benutzen Werte ergibt sich daraus:
Wenn ich mich nicht verechnet habe, ergibt das einen Leitungsquerschnit von 18 mm². Diesen gibt es im Handel nicht, der nächste größere, den wir in einem solchem Fall verwenden müßten ist 25 mm².
Ist natürlich etwas übertrieben, diese Rechnung, aber mit den geraden Zahlen läßt es sich so schön rechnen.:-) Keineswegs übertrieben sind die 10 A, diese sind bei einer 12 Voltanlage schnell zu erreichen. Die Stromaufnahme einiger Einzelverbraucher kann durchaus schon höher liegen, so hat z.B. der Absorberkühlschrank von Elektolux Type RM 4361 LM im 12 Voltbetrieb eine Stromaufnahme von 130 Watt, das sind über den Daumen gerechnet bereits 10,8 A. Uups Watt ? Ampere ? da war doch wat ? Ja, aber ich möchte dich jetzt nicht auch noch mit langweiligen Erklärungen zum Begriff Watt aufhalten. Uns reicht es zu wissen, wie man aus der Wattangabe der Hersteller, auf den Geräten, die Stromstärke in A berechnet. Dazu wird einfach die Wattangabe mit der Spannung dividiert.
Aus den oben genanten 130 Watt bei 12 Volt werden:
Noch eines dann kommen wir endlich zur Praxis, auf einigen Geräten findet man auch die Leistungsangabe in VA (VoltAmpere), bei Gleichstromanlagen wie der unsrigen gilt
1 VA = 1 Watt = 1 W
Die Angabe gilt für Wechselstromanlagen zwar auch, aber nur dann, wenn keine Spulen oder Kondensatoren mit im Spiel sind, also reine ohmsche Widerstände herrschen.
Genug der Grundlagen, die uns doch in der Wirklichkeit nicht interessieren, wir wollen doch nur wissen, wie wir unser Niederspannungsnetze so planen und bauen, dass wir oder andere keinen Schaden nehmen.
Weiter geht es, mit der Planung Niederspannungsnetze (ist in der Vorbereitung)