Leitung Querschnittsberechnung

[MAB]

Hallo zusammen,

ich überlege mir zurzeit, die Elektrik zu erneuern. Das dürfte soweit bei unserem 5,5m Gleiter auch machbar sein, allerdings bin ich mir bei der Querschnittberechnung der Leitungen gerade nicht ganz sicher. Laut Germanischem Lyod soll bei "normalen" Verbrauchern ja ein Spannungsverlust von max.7%, d.h. 0,84V und bei Positionslaternen von max.2%, d.h. 0,24V eingehalten werden.

Bei den folgenden Schilderungen beziehe ich mich auf die angehängte Skizze.
Die Leitungen von der Batterie zum Hauptschalter(Querschnitt schätzungsweise 35mm²) sollten bestehen bleiben. Die restlichen Leitungen sollten ausgetauscht werden. Ich habe mit den oben genannten Vorgaben schnell in Excel die Leitungsquerschnitte für die Strecke Sicherungspanel - Verbraucher berechnet. Dann ist mir eingefallen, dass die max. 2% Spannungsabfall ja auch für die davor liegenden Leitungsabschnitte gelten.

Wie geht man hier korrekt vor?
Es macht ja keinen Sinn "nur" wegen der Positionslaternen die vor dem Sicherungspanel liegenden Zuleitungen komplett für max. 2% Spannungsabfall auszulegen. In der Praxis wird es der Einfachheit halber wahrscheinlich darauf hinaus laufen eine Leitung mit einem größeren Durchschnitt nehmen?

Viele Grüße
Martin

[tritonnavi]

Wenn du den Spannungsabfall von 2% einhalten willst, musst du natürlich mit der jeweiligen Summe aller Maximal-Ströme in jedem Teilabschnitt rechnen und dann sehen, dass zu Schluss an den Lampen nur entsprechend wenig Spannung abgefallen ist.
Der Spannungsabfall auf den einzelnen Strecken muss natürlich dann kleiner sein als 2%.

Hoffentlich weißt du auch die Übergangswiderstände sämtlicher Kontakte, sämtlicher Sicherungen und sämtlicher Schalter.
Diese Widerstände werden übrigens mit den Jahren höher...

Meine Meinung:
Bei einem 5,5m Boot und den daraus zwangsläufig nur kurzen Leitungslängen, muss man daraus keine Wissenschaft machen.
Navigationsleuchten brauchst du bei einem Motorboot ja fast auschließlich dann, wenn der Motor läuft und somit kannst du dann auch von einer deutlich höheren Ausgangsspannung ausgehen. Unter 12V (also Nennspannung) kommt man an den Lampen daher eher selten.

[Mr.J]

dann addiere den Strom deiner eingeschalteten Verbraucher, insofern gleichzeitiges Einschalten realistisch ist. Also Hupe z.B. eher nicht. Gleichzeitigkeitsfaktor 1, so legst du die Zuleitung aus mit 1% Spannungsfall. Dann hättest du noch 1% für die Leitung Sicherungspanel-Laterne. Batterie-Schalter kannst du wohl vernachlässigen bei 35mm².
Wie war das? Bei Gleichstrom Delta U=

2 x l(m) x I(A)
----------------------------------------------------
k(kappa bei Kupfer 56 m/Ohm x mm²)x A(Querschnitt)

Zum Umstellen musst ja nur Delta U mit A tauschen, als Einheit bleibt mm², Ergebnis nach oben zum nächsten Nennquerschnitt runden.
Du willst es aber genau machen.
Aus dem Bauch heraus...16mm² zum Panel und 2,5 für die Laternchen sollte genügen. Hast doch kurze Wege. Aber rechne ruhig und wundere dich nicht über die Querschnitte, die rauskommen.
Gruss Stephan

[raller]

Hier kannst Du das selbst ausrechnen.
http://bys-design.de/fl-kabelquerschnitt.html

[MAB]

Vielen Dank für eure Hinweise!

Es soll sicher keine Doktorarbeit werden, aber interessiert hat es mich schon. Außerdem soll ja eine Verbesserung herbeigeführt werden.

Anbei die erste Übersicht über die Verbraucher für die Strecke Sicherungspanel - Verbraucher sowie die Zuleitung nach dem Batteriehauptschalter (Längenangaben geschätzt). Demnach sollten 10mm² als Zuleitung ausreichen, selbst wenn alle Verbraucher gleichzeitig laufen würden. Wenn man z.B. die Hupe weg lässt ist natürlich gleich etwas mehr Puffer vorhanden.

Und ja ich weiß, dass die 10W Positionslaternen nicht BSH zugelassen sind In Zukunft sollen die alten durch zugelassene Leuchten mit LED-Leuchtmitteln ersetzt werden.

Leider werde ich wohl nicht alle Adernfarben wie geplant nach Norm einsetzen können, da momentan und auch in Zukunft die Leitung für einen Teil der Verbraucher "Aufputz" im Sichtbereich verläuft und Einzeladern nicht verwendet werden können. D.h. ich werde wohl wieder FLYY 7x1,5mm² verwenden. Ein Leerohr würde einfach zu viel auftragen...

[Akki]

Den neuen Mutivolt LED Navi Leuchten ist der Spannungsabfall eh schnuppe.
Die sind gleich hell von 9 bis 33 Volt. Zum Sicherungskasten mit 10mm² und
von da aus die stärkeren Verbraucher mit 2,5mm², kleine Lämpchen mit
1,5mm², dann bist du auf der sicheren Seite.

[balimara]

Aus meiner alten Homepage:

Kabelquerschnitte bei Gleichstrom sind ganz wichtig.
Freitag, 10. April 2009

Je mehr Strom fliessen soll und je länger das Kabel sein muss, umso grösser muss der Querschnitt sein.
Um den Spannungsabfall im Kabel so gering wie möglich zu halten und eine unzulässige Erwärmung der Kabel zu vermeiden, ist eine sorgfältige Ermittlung der benötigten Kabelquerschnitte erforderlich. Der Spannungsabfall zwischen Stromquelle und Verbraucher darf folgende Werte nicht überschreiten:
Bordnetz Spannung 12 V
Positionslaternen 5% = 0,60 V
sonstige Verbraucher 7% = 0,84 V

Der erforderliche Leitungsquerschnitt bei dem der zulässige Spannungsabfall nicht überschritten wird, errechnet sich nach folgender Gleichung:
erforderlicher Leitungsquerschnitt (mm²) = 2x Kabellänge (m) x Stromaufnahme (A)
56 x zulässiger Spannungsabfall
Da der Strom immer einen Hin- und Rückweg hat, ist die Leiterlänge doppelt so gross wie die Kabellänge.
Die Konstante 56 = Leitwert von Kupfer.
Das Ergebnis wird auf den nächstgrösseren genormten Kabelquerschnitt aufgerundet.
0,5 - 0,75 - 1,0 - 1,5 - 2,5 - 4,0 - 6,0 - 10 - 16 - 25 - 35 - 50 - 70 - 95
Beispiel: Ankerwinde mit 70 A Stromaufnahme, Batterien 10 m entfernt:
Leitungsquerschnitt= (2x10mx70A)/(56x0,84V)= 29,76 ==> zu wählender Leitungsquerschnitt: 35 mm²

[tritonnavi]

Hallo Martin,
entschuldige bitte, aber aus deiner Tabelle ist m.E. zu erkennen, dass du schon vom Ansatz her nicht ganz verstanden hast, worum es geht.

Du berechnest für jeden einzelnen Leitungsabschnitt einen erforderlichen Querschnitt aufgrund deines unterstellten maximalen Spannungsabfalls für diesen einen Leitungsabschnitt.

Das ist m.E. grundsätzlich falsch.

Interessant ist nur der gesamte Spannungsabfall von der Stromquelle bis zum Verbraucher und wenn der z.B. 0,24V maximal betragen soll, kann es logischerweise nicht reichen, nur jeweils einzelne von minimal 2 Leitungsabschnitten auf der Gesamtstrecke auf 0,24V aus zu legen.

Beispiel Steuerbordlampe:
Leitungslänge unterstellt: 2 x 5m, berechneter Mindestquerschnitt bei 0,83A und 0,24V Spannungsabfall: 0,62mm².
D.h. bei diesem Querschnitt fallen allein nur auf diesem Leitungsabschnitt 0,24V ab.
In jedem Fall gibt es aber noch die Zuleitung von der Batterie zum Panel, wo dieser Leitungsabschnitt zur Lampe ja erst beginnt und durch die der Strom auch noch fließen muss.
Da hast du bei einem maximalem Strom von 21,83A bei 9,75mm² einen Spannungsabfall von 0,24V berechnet.

Der Gesamtspannungsabfall zwischen der Stromquelle und dem Verbraucher beträgt in diesem Fall (maximale Belastung) theoretisch schon 0,48V.
Die Spannungsabfälle addieren sich!
Das hast du nicht beachtet.

Eine Exceltabelle mit der man das dann kalkulieren kann, wäre auch schon etwas anspruchsvoller.


Hinzu kommen die anderen praktischen Ansätze, die du überhaupt nicht in deine Überlegungen einbezogen hast:

1.
bei dir gibt es keine Übergangswiderstände (die sind aber nun mal vorhanden, sind definitiv auch nicht zu vernachlässigen und man muss sie daher pro Leitungsabschnitt (irgendwie) in die Kalkulation mit einbauen, wenn man so theoretisch und genau an die Sache herangehen möchte)

Beispiel: Batterie-Steuerbordlampe
Übergangswiderstände durch Kontakte: Batterie, (wünschenswerte Hauptsicherung an der Batterie), Hauptschalter, Sicherung Panel, Lampe. In der Minusleitung fehlen dann zwar Hauptschalter und Sicherung-Panel, aber dafür gibt es zusätzlich einen Massepunkt am Panel.

2.
Der Gleichzeitigkeitsfaktor (wurde hier auch schon genannt) wurde in deiner Tabelle nicht beachtet:
Bilgenpumpe und Horn kann man da getrost für die Berechnung der stärkeren Zuleitung vergessen und das Ankerlicht dürfte mit den restlichen Navigationsleuchten eher nicht zusammen agieren.

3.
Ausgangsspannung nicht beachtet:
Die beiden Seitenlichter, das Topplicht und das Hecklicht werden beim Motorboot meistens wohl nur dann angeschaltet sein, wenn der Motor läuft. Wenn der Motor läuft, hast du immer eine höhere Betriebsspannung und das bedeutet, dass du kaum weniger als die Nennspannung von 12V an den Verbrauchern messen wirst. Eine peinlich genaue Auslegung der Zuleitung der genannten 4 Leuchten ist daher m.E. eher nicht nötig.

Fazit:
Deine geplante Auslegung ist jetzt m.E., eher zufällig, trotzdem in Ordnung, da du quasi alle dünneren Zuleitungen, durch Verwendung gängiger Kabelquerschnitte (1,5 und 2,5mm²), schon aufgrund der Werte deiner eigenen Tabelle völlig überdimensioniert hast und man wegen des Gleichzeitigkeitsfaktors m.E. eher von rund 12A, als von rund 22A Maximalbelastung ausgehen sollte.

Gruß
Friedhelm

[RIA_Ingo]

Ich hab im ganzen 10 m Boot 2,5qmm flexibel verbaut.
100m Rolle 30 Euro

[tritonnavi]

...auch die Hauptleitung von der Batterie?

[MAB]

Vielen Dank nochmals für eure Rückmeldungen!


Besonders Friedhelm für die ausführliche und hilfreiche Antwort! Es ist richtig, dass die Tabelle nicht stimmt, aber gestern Nacht hatte ich einfach keine Lust mehr, dass nochmals korrekt zu berechnen. Denn wie du ja sagst würde die Excel-Tabelle dann etwas komplizierter werden, wobei es grundsätzlich schon möglich ist die davor liegende Leitungsabschnitte in die Berechnung mit einzubeziehen.

Die von dir genannten praktischen Ansätze (Übergangswiderstände, Gleichzeitigkeitsfaktor und Ausgangsspannungg) sind mir durchaus bewusst und wurden auch berücksichtigt, wenn auch nicht alle dargestellt.

Ich denke den meisten der genannten Punkte kommt man am besten mit einer großzügigen Dimensierung der Querschnitte entgegen. D.h. für mich 10mm² oder 6mm² Zuleitung und für die einzelnen Verbraucher 1,5mm², wenn möglich 2,5 mm². Bis 6mm² kann ich mit meiner guten Knipex crimpen, bei darüber liegenen Querschnitte lasse ich die Rohrkabelschuhe von meinem Elektriker aufpressen.

Ich habe eben noch einen Stromlaufplan gezeichnet, der vielleicht nicht perfekt ist, aber die vorliegende Situation ganz gut veranschaulicht.

Ich muss mir allerdings noch überlegen, wie ich die automatische Bilgenpumpe anschließe. Mir sind folgende 3 gebräuchliche Varianten eingefallen, die alle ihre Vor- und Nachteile haben.

Variante A:
Vorteil:
- einfachere Schaltung im Vergleich zu Varainte C mit Relais
Nachteil:
- Manueller Schalter bekommt immer Spannung (von Nachteil falls beim Verlassen des Bootes noch an)

Variante B:
Vorteil:
- einfachere Schaltung im Vergleich zu Varainte C mit Relais
- Nachteil von Variante A ist nicht vorhanden
Nachteil:
- Bei (relativ unwahrscheinlichem) Szenario Hauptschalter aus, aber Schwimmschalter und manueller Schalter gleichzeitig an wird der Hauptschalter überbrückt

Variante C:
Vortei:
- Nachteil von Variante A und B nicht vorhanden
Nachteil:
- Relais bedeutet zusätzliche Fehlerquelle

Was fällt euch dazu ein?

[tritonnavi]

Was das Relais dort, bei 3A Nennstrom der Bilgepumpe, nun bewerkstelligen soll, erschließt sich mir nicht unbedingt.

Insgesamt würde ich nochmal die Sicherungen überdenken. Weswegen braucht z.B. das Ankerlicht mit 1,5mm²-Zuleitung eine eigene Sicherung?

Was ist das mit dem "S" an den beiden Batterien?

[RIA_Ingo]

Zitat von tritonnavi

...auch die Hauptleitung von der Batterie?

Natürlich nicht.

[MAB]

Zitat von tritonnavi

Was das Relais dort, bei 3A Nennstrom der Bilgepumpe, nun bewerkstelligen soll, erschließt sich mir nicht unbedingt.

Um wie oben unter "Variante B" beschrieben - zu verhinden, dass der ausgeschaltete Hauptschalter bei gleichzeitiger Einschaltung des Automatik- und Handschalters nicht überbrückt wird. Das Relais ist hier also nicht wegen der großen Last eingezeichnet. Ich persönlich könnte aber mit diesem "Risiko" leben, da der Nachteil der zusätzlichen Fehlerquelle meiner Meinung nach nicht zu verachten ist.

Zitat von tritonnavi

Weswegen braucht z.B. das Ankerlicht mit 1,5mm²-Zuleitung eine eigene Sicherung?

Streng genommen ist keine extra Sicherung notwendig, da das von mir favorisierte Sicherungspanel aber 12 Anschlüsse bietet muss ja nicht gespart werden.

Zitat von tritonnavi

Was ist das mit dem "S" an den beiden Batterien?

Das "S" soll den Solarregler für die beiden Solarmodule darstellen. Der momentane Anschluss sieht so wie auf der folgenden Skizze aus.


Wie ist bei euch die (automatische) Bilgenpumpe angeschlossen?

[billi]

die Bilgenpumpe hat bei mir 3 Leitungen.


1 Dauerplus (wird direkt über eine Sicherung an die Batterie geklemmt)
2 Minus (direkt an Masse)
3 Eine Schaltdraht für die Handbedienung (wird nach dem Hauptschalter via Sicherung und Schalter am Amturenbrett geschaltet).

Somit ist auch bei ausgeschaltetem Hauptschalter die bilgenpumpe versorgt.
Schwimmerschalter ist in der Pumpe verbaut.

[MAB]

Vielen Dank billi! Das entspricht hier dann dem Prinzip der Variante B.

[billi]

ja nur das der Schalter automatik Ein aus nicht eingebaut ist.

wenn der Schwimmerschalter aktiviert wird springt die pumpe an bis er wieder deaktiviert wird (das Flüssigkeitsniveu sinkt) oder die Batterie leer ist.

[tritonnavi]

Volker, dann kann bei dir ja theoretisch (bei über den Schwimmerschalter eingeschalteter Pumpe inkl. gedrücktem manuellen Pumpenschalter) auch der Hauptschalter überbrückt werden oder mache ich da jetzt einen Überlegungsfehler?

Martin, was ich nicht ganz verstehe, ist der recht große Aufwand mit den beiden über den 1,2,-Both-Schalter getrennten Batterien, inkl. getrennter Solarladung. Gibt es auch noch eine Starterbatterie extra?
Welche Ladetechnik gibt es noch und wie ist die angeschlossen?

Ich selbst würde die Leitungsabschnitte bis zu den ersten 4 Sicherungen inkl. des Hauptschalters absichern.

[billi]

bei mir ist der schwimmerschlater ja intern (Rule Pumpe) und ich hab gemessen, wenn ich den Schwimmerschlater anhebe ist an der Schalterleitung keine Spannung.

Scheint also intern mit Dioden gesichert zu sein.

[MAB]

Die Pumpe plus den Schalter gegen so eine auszutauschen, wie billi sie verbaut hat wäre natürlich auch eine Idee.

@ Friedhelm:
Das Boot ist schon ältern und wir die zweiten Besitzer, d.h. die Installation war bereits so. Ich habe momemtan leider keinen Zugang zum Boot, aber aus der Erinnerung heraus müsste die Installation so aussehen:
Im Bugbereich ist rechts und links ein Batteriekasten vorhanden, von dem jeweils eine Leitung zum Hauptschalter bzw. Massestützpunkt läuft. Man kann am Batteriehauptschalter umschalten zwischen "Off", "1", "2" und "1+2". Beim Batterietausch vor ein paar Jahren haben wir allerdings nur noch ein Batterie gegekauft, was für uns Trailerkapitäne bzw. die Tagesausflüge bisher ausreichend war. Die Solaranlage ist auch schon recht alt, war damals beim Einbau wohl "neuste Technik". Warum kein Duo-Regler verbaut ist kann ich nicht sagen. Der Anschluss ist so wie oben in der Grafik skizziert realisiert, wobei die Sicherung in der Plus-Leitungen nicht vorhanden sind. Diese würde ich bei dem eventuellen Umbau, soweit sinnvoll, nachrüsten.

Zitat von tritonnavi

Ich selbst würde die Leitungsabschnitte bis zu den ersten 4 Sicherungen inkl. des Hauptschalters absichern.

Kannst du das evtl. nochmal erläutern?

[tritonnavi]

Hallo Martin,
sieh dir einfach an, wann, vom Pluspol der Batterien aus gesehen, jeweils erst die ersten Sicherungen angeordnet sind. (es handelt sich ja gleich um 4 Sicherungen, F1, F10, F11 und F12)
Alles was sich an Leitungen zwischen diesen Sicherungen und dem Pluspol befindet (und auch der Hauptschalter selbst) sind nach deiner Skizze nicht abgesichert.

Ich würde die ganze Geschichte, wenn du schon dabei bist, gleich auf das System "getrennte Starter- und Verbraucherbatterie" umstellen.

[MAB]

Alles klar Friedhelm, jetzt hab ich verstanden, was gemeint war!
Ich muss zugeben, dass ich mir vorgestellt habe die besagten vier Sicherungen direkt neben dem Hauptschalter zu platzieren. Mir ist auch nicht eingefallen, wie ich die Leitungsstrecken von ca. 20 cm Länge "direkter" absichern könnte.

Der Gedanke mit der Trennung der Verbraucher- und Starterkreisläufe ist nicht schlecht, da muss ich noch mal drüber nachdenken! Die letzten beiden Saisons hatten wir sogar ja nur eine Batterie an Bord, um unseren 60er Honda anzuwerfen.

Zitat von balimara

Der erforderliche Leitungsquerschnitt bei dem der zulässige Spannungsabfall nicht überschritten wird, errechnet sich nach folgender Gleichung:
erforderlicher Leitungsquerschnitt (mm²) = 2x Kabellänge (m) x Stromaufnahme (A)
56 x zulässiger Spannungsabfall

Bezieht sich diese Formel nur auf dein Beispiel mit 12V oder ist das unabhängig von der Spannung universell gültig?
Ich würde gerne ausrechnen, was für Kabel ich am besten für meine Solaranlage benutze ...

[B4-Skipper]

Die Formel ist unabhängig von der Spannung gültig, weil es um die Strombelastbarkeit geht. Passt also für die Berechnung der Solaranlage.

Bezüglich der Spannung wäre dann die Isolation von Bedeutung.

Gruß Lutz

Ich bin da immer unsicher, weil ich an die Leistung denke und die ja auch mit der Spannung zusammenhängt ... Danke.