Ledninger

Gennem årene har jeg set (alt for) mange modelskibe, hvor der er brugt en almindelig 220 V ledning til at forbinde motoren med den elektroniske fartregulator. Samme ledningstype er også brugt mellem batteriet og fartregulatoren.

Når jeg har spurgt modelbyggeren, hvorfor han har brugt 220V ledning, er svaret: “Det er for at være på den sikre side. Når jeg bruger 12V i modelbåden, så er jeg altid på den sikre side med en 220V ledning.”

Og intet kunne være mere forkert! Det er ikke bare forkert – det er direkte brandfarligt!

Det handler ikke om du bruger 6 V, 12 V eller 220 V. Det handler heller ikke om jævnstrøm eller vekselstrøm. Det handler kun om to ting:

  • Hvor mange ampere (forkortelse: A), der skal gennem ledningen.
  • Hvor lang er ledningen.

Hvis ledningen er forkert dimensioneret, vil der ske to ting:

  • Ledningen bliver varm. Måske så varm, at isoleringen smelter, og der sker en kortslutning og efterfølgende brand. Bruger du batterier af typen NiMH eller LiPo, er der også en risiko for at de kan eksplodere, hvis der opstår brand.
  • Spændingen falder. Hvis du har et 12 V batteri, kan du ende med, at motoren kun får ca. 7 V – 8 V.

Tommelfingerregel

Som tommelfingerregel gælder:

  • Ledning, der skal bruges til motorer, fartregulatorer m.m., skal have et tværsnit på mindst 2,5 mm². Til sammenligning har de 220V ledninger, som du bruger derhjemme til dine lamper, kun et tværsnit på 0,75 mm².
  • Ledning, der skal bruges til lys (små glødepærer eller LED), skal have et tværsnit på mindst 0,14 mm².

Beregning af ledningens data

Du kan beregne modstanden og spændingsfaldet på dine ledninger. Alle ledninger har altid en medfødt modstand; jo tyndere og længere ledning, desto større modstand. Spændingsfaldet afhænger af (er proportionelt med) ledningens modstand.

Ledningens modstand

For en kobberledning gælder, at dens interne modstand kan beregnes som:

  • 0,0175 Ω × længden i meter / ledningens tværsnit i mm²
0,0175 Ω er en konstant værdi, som man har målt sig frem til gennem talrige eksperimenter.

Effekt afsat i ledningen

Den effekt (målt i Watt), der afsættes i ledningen, beregnes som:

  • R × I²

hvor R er ledningens interne modstand og I er den strøm (målt i A), der skal gennem ledningen.

Spændingsfald i ledningen

Ledningens modstand har indflydelse på slut-spændingen – altså hvor meget spændingen er, når den endelig når frem til din el-motor. Spændingsfaldet beregnes som:

  • R × I

Eksempel 1

Du bruger en ledning med et tværsnit på 2,5 mm² og en total længde på 2 meter til at forbinde din motor med din fartregulator, og dermed er ledningens interne modstand

  • 0,0175 Ω × 2 meter / 2,5 mm² = 0,014 Ω

Dataene på din motor viser, at den bruger 15 A ved maksimal effektivitet. Dermed kan du beregne hvor mange Watt, der afsættes i ledningen:

  • 0,014 Ω × 15² A = 3,15 W

En afsat effekt på 3,15 W er helt OK.

Spændingsfaldet beregnes som:

  • 0,014 Ω × 15 A = 0,21 V

Ved en start-spænding på 12 V giver det en slutspænding på 11,79 V (et tab på 1,8%), hvilket er helt OK.

Eksempel 2

Hvis ledningen i ovenstående eksempel udskiftes med en standard 220 V ledning med et tværsnit på 0,75 mm², bliver den afsatte effekt i ledningen:

  • (0,0175 Ω × 2 meter / 0,75 mm² ) × 15² A = 10,5 W

En effekt på 10,5 W er for høj til at den bør bruges i et modelskib. Der er en stor risiko for, at ledningens isoleringsmateriale smelter, og dermed at der kan ske en kortslutning.

Spændingsfaldet i ledningen beregnes som:

  • 0,05 Ω × 15 A = 0,7 V

Ved en start-spænding på 12 V giver det en slutspænding på 11,3 V (et tab på 5,8%), hvilket er acceptabelt.

Eksempel 3

Hvis ledningen i ovenstående eksempel udskiftes med en ledning med et tværsnit på 0,25 mm², bliver den afsatte effekt i ledningen:

  • (0,0175 Ω × 2 meter / 0,25 mm² ) × 15² A = 31,5 W

En effekt på 31,5 W er garanti for, at det går galt.

Spændingsfaldet beregnes som:

  • 0,14 Ω × 15 A = 2,1 V

Ved en start-spænding på 12 V giver det en slutspænding på 9,9 V (et tab på 17,5%), hvilket er uacceptabelt.

Eksempel 4

Du skal have lys på dit modelskib, og da det er en slæbebåd, skal der ifølge søfartsreglerne være særdeles meget lys på den. Du vil have mulighed for at tænde al lyset på en gang, når du er ude til opvisninger. For at holde strømforbruget nede, bruger du LED i forskellige farver. Da noget af lyset skal side i masterne og andre steder med begrænset plads, bruger du en tynd ledning med et tværsnit på 0,14 mm². Den samlede længde på ledningen er 17 meter, og alle LED er parallelt forbundet og med en påloddet modstand, der har den rigtige værdi i forhold til de 6 volt, som du bruger som batteri. I alt bruger du 62 LED, der hver har et strømforbrug på 25 mA. Samlet strømforbrug er 1550 mA (1,550 A).

Den afsatte effekt i ledningen bliver derfor:

(0,0175 Ω × 17 meter / 0,14 mm² ) × (1,550)² A = 5,11 W

En effekt på 5,11 W i en så tynd ledning går galt.

Spændingsfaldet beregnes som:

  • 2,125 Ω × 1,550 A = 3,29 V

Ved en start-spænding på 6 V giver det en slutspænding på 2,71 V (et tab på 54,9%), hvilket er fuldstændigt uacceptabelt.

Verdens bedste investering

Har du regnet ud, hvor mange penge du har brugt på elektroniske fartregulatorer, batterier, radiomodtager og anden elektronik til dit modelskib?

Så er det måske en god ide at købe nogle sikringer? De koster typisk et par kroner stykket, men de kan redde elektronik for flere tusinde kroner.

Steder, hvor du bør anbringe sikringer:

  • Mellem batteri og fartregulator
  • Mellem batteri og motor
  • Mellem batteri og afbryder til fx lys, vandpumpe, radar og andre forbrugere

Sikring placeres typisk på plus-ledningen.

Forbindelser

Når du forbinder fx LED eller glødepærer, kan du etablere forbindelsen på 2 forskellige måder:

  • Parallel
  • Seriel

Hvilken forbindelse du skal anvende, afhænger selvfølgeligt af den konkrete situation.

Men her er først diagrammet, der viser de to typer:

Forbindelser

Parallel forbindelse

Her løber strømmen samtidigt igennem alle 3 glødepærer.

Er glødepæren på 6 volt og bruger 50 mA, skal kredsløbets samlede spænding være på 6 volt for at pærerne lyser. Det samlede strømforbrug er 3 × 50 mA = 150 mA. Den afsatte effekt i kredsløbet er 6 volt × 150 mA = 0,9 watt.

Hvis en af glødepærerne går i stykker, vil de to andre fortsætte med at lyse.

Seriel forbindelse

Her løber strømmen gennem glødepærerne en efter en.

Er glødepæren på 6 volt og bruger 50 mA, skal kredsløbets samlede spænding være på 18 volt for at pærerne lyser. Det samlede strømforbrug er 50 mA. Den afsatte effekt i kredsløbet er 18 volt × 50 mA = 0,9 watt.

Hvis en af glødepærerne går i stykker, vil de to andre ikke fortsætte med at lyse.