Rätt kabelarea — undvik spänningsfall i 12-voltssystemet
I ett lågspänningssystem är grov kabel inte överdrift utan nödvändighet, eftersom spänningsfallet växer med strömmen och längden men minskar med arean.
Få saker orsakar lika mycket huvudbry i husbilselen som klen kabel. Vid 12 volt går det fram mycket höga strömmar även för måttliga effekter, och varje volt som försvinner som värme i en för tunn ledare är en volt som aldrig når förbrukaren. Resultatet blir svaga lampor, en vattenpump som går trögt och i värsta fall varma kablar. Den här guiden förklarar formeln för spänningsfall, varför kopparns resistivitet sätter gränserna, hur valet skiljer sig mellan 12, 24 och 48 volt och hur du väljer rätt säkring till kabeln. Behandla resultaten som uppskattningar och kontrollera mot kabel- och utrustningsdata.
Varför låg spänning kräver grov kabel
Effekt är spänning gånger ström. Vill du leverera en viss effekt vid låg spänning måste strömmen vara hög, eftersom de två multipliceras ihop. En 600-wattsförbrukare drar 50 ampere vid 12 volt men bara 12,5 ampere vid 48 volt. Eftersom det är strömmen som orsakar spänningsfall och värme i kabeln blir lågspänningssystem mycket känsligare för kabelarean. Det är hela förklaringen till att husbilens 12-voltssystem behöver förvånansvärt grova kablar jämfört med vad man är van vid hemma.
Formeln för spänningsfall
Spänningsfallet över en kabel beror på strömmen, kabelns längd, ledarmaterialets resistivitet och tvärsnittsarean. Eftersom strömmen måste gå fram och tillbaka räknar man med dubbla längden:
dU = 2 x I x L x rho / A
Här är I strömmen i ampere, L enkelvägslängden i meter, rho kopparns resistivitet och A ledarens area i kvadratmillimeter. Kopparns resistivitet är ungefär 0,0175 ohm gånger kvadratmillimeter per meter vid rumstemperatur. Ett räkneexempel: en ström på 20 ampere genom en fem meter lång kabel med 6 kvadratmillimeters area ger ett spänningsfall på 2 gånger 20 gånger 5 gånger 0,0175 delat med 6, alltså ungefär 0,58 volt. I ett 12-voltssystem är det nästan fem procent, vilket är i mesta laget. Räkna på ditt eget fall i vår kalkylator för spänningsfall.
Välja area ur ett tillåtet fall
Oftast vill man vända på formeln: man bestämmer hur stort spänningsfall man tål och räknar fram den area som krävs. En vanlig tumregel är att hålla fallet under tre procent för känsliga laster och under fem procent för okänsliga. Löser man ut arean blir den:
A = 2 x I x L x rho / dU_tillaten
Med samma ström och längd som ovan men ett tillåtet fall på 0,36 volt, alltså tre procent av 12 volt, behöver du 2 gånger 20 gånger 5 gånger 0,0175 delat med 0,36, vilket ger runt 9,7 kvadratmillimeter. Då väljer du närmaste större standardarea, alltså 10 kvadratmillimeter. Vår kabelareakalkylator räknar fram den area du behöver utifrån ström, längd och tillåtet fall.
12, 24 och 48 volt
Samma effekt kräver olika grov kabel beroende på systemspänningen, eftersom strömmen sjunker när spänningen stiger. En förbrukare på 1200 watt drar 100 ampere vid 12 volt men bara 50 vid 24 och 25 vid 48 volt. Eftersom spänningsfallet är proportionellt mot strömmen, och dessutom det tillåtna fallet i volt är större vid högre spänning, krymper den nödvändiga kabelarean kraftigt med högre spänning.
Det är därför många bygger större husbilsanläggningar på 24 eller till och med 48 volt, särskilt när det gäller den tunga matningen mellan batteri, växelriktare och laddkällor. Den klenare kabeln, det mindre spänningsfallet och de lägre strömmarna gör hela systemet enklare och billigare i koppar. Nackdelen är att många färdiga husbilsförbrukare är gjorda för 12 volt, så man behöver ofta en omvandlare ner till 12 volt för dem.
Säkringen skyddar kabeln, inte lasten
En vanlig missuppfattning är att säkringen ska väljas efter förbrukaren. I själva verket är säkringens uppgift att skydda kabeln från att överhettas vid en kortslutning eller överlast. Därför ska säkringen vara dimensionerad så att den löser ut innan kabeln blir farligt varm, vilket betyder att den måste matchas mot kabelns area och inte i första hand mot lasten.
Varje kabelarea har en högsta ström den tål kontinuerligt, och säkringen ska ligga under det värdet men över den normala driftströmmen. En grövre kabel tål en högre säkring. Sätter du en för stor säkring på en tunn kabel kan kabeln bli glödhet utan att säkringen löser, vilket är en allvarlig brandrisk. Säkringen ska dessutom sitta så nära strömkällan som möjligt på den oskyddade ledningen. Räkna fram en lämplig säkring för din kabel i vår säkringskalkylator.
Temperatur och förläggning
Den ström en kabel tål beror också på hur den är förlagd. En kabel som ligger fritt i luft kan kyla bättre än en som ligger i ett buntat knippe eller i ett trångt rör, där värmen stängs inne. Flera kablar tillsammans värmer varandra, så då måste man räkna ner den tillåtna strömmen. Hög omgivningstemperatur, till exempel nära motor eller i ett varmt batterifack, sänker också kabelns ström-tålighet.
Lägg dessutom märke till att kopparns resistivitet stiger med temperaturen, så en het kabel har högre resistans och därmed större spänningsfall än samma kabel kall. Detta är ytterligare ett skäl att hålla marginal och inte dimensionera precis på gränsen. Välj hellre en area större än den absoluta minsta, särskilt för kablar som ligger varmt eller buntat.
Korta de tunga ledningarna
Eftersom spänningsfallet är proportionellt mot längden är den enklaste åtgärden ofta att korta de tunga ledningarna. Placera växelriktaren nära batteribanken så blir den höga strömmens väg kort, och dra i stället den klenare 230-voltskabeln vidare i bilen. Samma princip gäller laddregulatorn, som mår bra av att sitta nära batteriet. Genom att planera placeringen så att de grova lågspänningsledningarna blir korta sparar du både koppar och spänning, och hela anläggningen presterar bättre.
Sammanfattning
Spänningsfallet är dubbla längden gånger strömmen gånger kopparns resistivitet delat med arean, och vid låg spänning blir strömmarna höga vilket kräver grov kabel. Vänd på formeln för att räkna fram arean ur ett tillåtet fall, oftast tre till fem procent. Högre systemspänning sänker strömmen och därmed kabelbehovet kraftigt, vilket är skälet bakom 24- och 48-voltsanläggningar. Säkringen ska skydda kabeln och matchas mot dess area, och tänk på att temperatur och förläggning sänker den tillåtna strömmen. Alla beräkningar är uppskattningar att kontrollera mot kabeldata.