GPS- och Elmöte 27 maj 2008

Transkript

1 GPS- och Elmöte 27 maj 2008 Teoretiska grunder och definitioner Storhet Beteckning Enhet Beteckning Ström I ampere A Spänning U volt V Resistans R motstånd Ω Effekt P kraft W, kw Energi E utfört arbete J, Ws, kwh Batterikapacitet B strömtimmar Ah Effektiv elinstallation i båt 1

2 Samband 1 Effekt = Ström X Spänning; Enhet watt (W) P = I X U; Exempel: P = 2 X 12 = 24 watt Ström = Effekt / Spänning; Enhet ampere (A) I = P / U; Exempel: I = 24 / 12 = 2 ampere Spänning = Effekt / Ström; Enhet volt (V) U = P / I; Exempel: U = 24 / 2 = 12 volt Spänning = Ström X Resistans; Enhet volt (V) detta är Ohms lag grundsambandet inom likströmsläran U = I X R; Exempel: U = 12 X 1 = 12 volt Kan även skrivas: R = U / I Ω (ohm) eller I = U / R A (ampere) Effektiv elinstallation i båt 2

3 Samband 2 och några exempel Resistans kan beräknas eller mätas med universalinstrument Resistans = materialkonstant X längd / arean R = ƿ X l / A ohm (Ω) Exempel: ƿ för koppar är 0,0175 Ω mm 2 /m l är 8 meter (2 X 4 m) A är 2,5 mm 2 R = 0,0175 X 8 / 2,5 = 0,056 Ω Spänningsfallet i kabeln blir U = I X R om strömmen är 10 A; U = 10 X 0,056 = 0,56 volt 20 A; U = 20 X 0,056 = 1,12 volt 30 A; U = 30 X 0,056 = 1,68 volt Effektiv elinstallation i båt 3

4 Två 20 W glödlampor sitter i en takarmatur i ett 12 V system. Beräkna ström och spänningsfall i en 2 X 8 meters kopparkabel med arean 1,5 mm 2 Strömmen blir I = P / U dvs I = 40/12 = 3,33 A Resistansen i kabeln blir R = ƿ X l / A dvs R = 0,0175 X 16 / 1,5 = 0,187 Ω Spänningsfallet i kabeln blir U = I X R dvs U = 3,33 X 0,187 = 0,623 V Hur grov kabel måste användas om spänningsfallet inte får bli högre än 0,5 volt? Beräkna först R R = U / I Ω R = 0,5 / 3,333 = 0, Ω och därefter R = ƿ X l / A ohm som omvandlas till A = ƿ X l / R mm 2 A = 0,0175 X 16 / 0, = 1,8665 mm Effektiv elinstallation i båt 4

5 Detta stämmer ju med uträkningen ovan. Kabelareorna är dock standardiserade. Närmast tillgängliga kabelarea är 2,5 mm 2. Spänningsfallet blir då lägre än det som sattes inför beräkningen ovan. Spänningsfallet? Vad säger de officiella kraven? Två tabeller i boken Elsystem för båtar anger spänningsfall per meter enligt följande: 0,2 eller 0,1 V/m. Om spänningsfallet blir 0,4 / 16 = 0,025 volt per meter vilket är bra för erhållas för exemplet nedan: P = 40 W ger ett spänningsfall på: R = 0,0175 X 16 / 2,5 = 0,112 Ω och U = R X I. U = 0,112 X 3,33 = 0,37296 V i spänningsfall. Detta ger då tillgänglig spänning för belysning på 12 0,4= 11,6 V vilket är helt OK. Bättre än standard! Effektiv elinstallation i båt 5

6 Kravet i exemplet på 0,5 V spänningsfall är alltså inte för högt ställt. Per meter blir detta krav 0,5 / 16 = 0,031 V alltså långt bättre än standard. Hur stor spänning kan då användas för att ge ljus om rekommenderat spänningsfall i kabeln användes? 0,2 volt per meter ger för 16 m kabel U = 0,2 X 16 = 3,2 V i spänningsfall. Batteriet håller 12 V och för belysning är det kvar U = 12 3,2 = 8,8 V vilket inte är ett så bra resultat. Ur strömförbrukningssynpunkt är det därför mycket bättre att använda lysrör eller diodlampor sk LEDlampor dock skall man tänka på om det är allmänt ljus eller punktljus som avses. Lysrör är bäst för allmänljus. Kontrollera dock om nya LED-lampor finns Effektiv elinstallation i båt 6

7 Elproduktion i båt Motorns generator är den största enskilda produktionsanordningen vid sidan av landströmsladdaren Separata motordrivna elverk förekommer på lite större båtar och ger då andra resurser och kanske en spänning på 230 V för frys, tvättmaskin etc Solceller och vindgenerator är vanliga komplement på mindre och mellanstora båtar Dessa produktionsenheter måste kunna samarbeta automatiskt och säkert För detta ändamål användes olika regulatorer Motorns generator har en spänningsregulator som kan vara inbyggd eller extern och har till uppgift hålla lämplig spänning Effektiv elinstallation i båt 7

8 Solcellen och vindgeneratorn har regulator som laddar respektive underhållsladdar då batterispänningen nått ett värde på 13,6 till 14,2 V Laddningen sker maximalt med hänsyn till sol- resp vindenergi tills batteriet eller batteribanken nått fullvärdet då underhållsladdningen inkopplas Vissa regulatorer avbryter laddningen då fullvärdet uppnåtts och kopplas in vid ca 13,6 V för att minska gasningen Vid all laddning är det viktigt att spänningen vid respektive batteri hålls vid 14,1 14,5 volt dvs att spänningsfall mellan laddare och batteri kompenseras fullt ut annars biter man sig i svansen för att man tror att laddningen sker effektivt vilket den inte gör Effektiv elinstallation i båt 8

9 Den ideala regulatorn känner alltså av spänningen på batteriet och det ännu bättre om spänningen kan justeras så att en generator med korta gångtider kan ställas på det högre värdet respektive på det lägre värdet vid längre gångtider Generatorerna kan indelas i tre grupper med av seende regulatorns laddningsspänning Regulator med inre återföring dvs känner ej yttre spänning Regulator med yttre återföring dvs känner av spänningen vanligen på ett batteri t ex allmänbatteriet Yttre regulator som möjliggör inställning av spänningen på ett eller fler batterier - prisberoende Vid det tredje fallet har den inbyggda orginalregulatorn degraderats till borsthållare Effektiv elinstallation i båt 9

10 Laddningsströmmen hos generatorn är beroende av vid vilket varvtal motor och därmed generator går Normalt ger inte generatorn maximal laddningsström vid tomgång. Dock har nya generatorer förbättrats i detta avseende Det behövs tid för att ladda de olika batterierna Ett startbatteri i någorlunda kondition fylls på ganska snabbt medan ett allmänbatteri eller en bank med fler allmänbatterier tar betydligt längre tid beroende på urladdningsgrad Vid användning av solcell eller vindgenerator behöver inte startbatteriet laddas av dessa, det är onödig lyx Moderna generatorer är konstruerade att kunna ge maximal ström kontinuerligt Effektiv elinstallation i båt 10

11 Eldistribution i båt Vid detta tillfälle bortses från mindre båtar som mest användes för transport och där övernattning och flerdagsfärder sällan är aktuella Båtar för övernattning och för flerdagsturer har ofta värmare och kylskåp mm samt elektrisk belysning Härvid finns i regel ett separat startbatteri och ett eller flera allmänbatterier Laddning av dessa kan då ske efter lite olika kopplingsprinciper vilka är beroende av hur generatorns laddningsspänning regleras, se ovan under elproduktion i båt Båt med utombordsmotor har troligen en regulator med inre återföring som styr systemkopplingen Effektiv elinstallation i båt 11

12 Ett sådant system tål inte något större spänningsfall mellan generator och batterier och utformas därefter Grova kablar och skiljerelä är sannolikt det bästa alternativet, se Kopplingsschema från Skyllermark Startbatteriet är av krafttyp dvs tål uttag av kortfristigt höga strömmar och byggs för detta ändamål Allmänbatteriet eller batterierna är av marintyp dvs klarar uttag av lägre strömstyrkor under lång tid och byggs för detta ändamål Uppladdningen av startbatteriet går snabbt med en i början ganska hög strömstyrka som batteriet väl tål Laddning av allmänbatterierna ett eller flera tar längre tid och blir generatorns huvuduppgift Effektiv elinstallation i båt 12

13 Med en voltmeter är det ganska enkelt att mäta hur hög spänningen är över batteripolerna under gång Vissa generatorer är försedda med sk diodbrygga med två uttag för laddning dvs ett för startbatteriet och ett för allmänbatterierna (två B+ uttag) För att laddningen skall bli effektiv i detta fall måste generatorn ha en regulator som känner av spänningen på allmänbatteriet, varför det då? Jo dioderna har ett spänningsfall på ca 1,1 1,3 volt som måste kompenseras vilket betyder att generatorn skall ge 14,1 + 1,3 = 15,4 på anslutningen B+ Är det dessutom klena kablar måste även dessas spänningsfall kompenseras Finns dock med mindre spänningsfall, s.k. Schottkydiod Effektiv elinstallation i båt 13

14 En generator som laddar max mellan 60 till 100 A bör ha en kabelarea på minst 25 gärna 35 mm 2 vid en kabellängd på 2 X 3 m mellan generator batteri motorblock (eller B- på generatorn) enligt tabellen som anger 0,2 V spänningsfall per meter kabel och några exempel Längd = 2 X Avstånd Effekt Ström Area Längd , , , , ,5 7 Effekt Ström Area Längd , Effektiv elinstallation i båt 14

15 Några exempel vid högre strömmar alltid korta kablar Effekt Ström Area Längd Effekt Ström Area Längd Startmotor (400 A) kräver minst 50 mm 2 Ankarspel (120 A) kräver minst 35 mm 2 Bogpropeller (350 A) kräver minst 50 mm 2 De två sistnämnda bör ha ett lokalt separat batteri Effektiv elinstallation i båt 15

16 Säkringar är till för att skydda samt att möjliggöra en uppdelning av olika förbrukare i grupper som alltså separeras genom avsäkringen Sådan uppdelning innebär att fel i en apparat inte slår ut alla andra apparater Vad behöver kopplas via en säkring? Allt? Eller? Mellan generator och batteri behövs det normalt inte någon säkring men det förutsättes då att dessa delar byggs upp på ett seriöst sätt dvs Kablar bör vara mångtrådiga och förtennade samt att man skiljer på plus- och minuskablar enligt standard eller efter ett eget konsekvent system Kabelskor skall alltid användas och de kan lödas eller klämmas med specialverktyg, glöm inte krympslangen! Effektiv elinstallation i båt 16

17 Plintar och klamring skall också användas vilket innebär att risken för skador och kortslutning minimeras härigenom behövs inte säkringar på dessa delar av elsystemet Från alla batterier utom från startbatteriet bör de olika förbrukarna kopplas via säkringspaneler som kan vara separata eller i kombination med strömbrytare dessa kablar måste också klamras och skyddas mot skador De grova kablarna mellan ankarspel och bogpropeller behöver normalt ej heller avsäkras vilket däremot ledningen för laddning av respektive batteri göras Exempel på material och metoder skyllermarks.se// Effektiv elinstallation i båt 17

18 Elförbrukning och batterilagringskapacitet Exempel på förbrukningssiffror finns i dokumentatationen hos Skyllermark och hos Jan Brogren båda nås via länk på Hans hemsida, se under kopplingsschemor sist i denna presentation Uppgift om effektbehov finns även i den litteratur som nämns på Hans hemsida Energibesparing blir av naturliga skäl mycket viktig i en båt där lagrings- och nyproduktionskapaciteten är begränsad Allmänt kan sägas att moderna elapparater drar mycket mindre ström än äldre motsvarande Lysrör och diodlampor är mycket strömsnålare än vanligt glödljus Effektiv elinstallation i båt 18

19 Batterier är egentligen en färskvara dvs dess lagringskapacitet minskar med tid och driftförhållanden Det gäller även att välja rätt typ av batteri för den avsedda uppgiften och för typen av laddningsregulator I boken Elsystem för båtar behandlas batterier på sid 33 tom sid 61, boken är utgiven 2006 och har därför även med nyare batterityper. Hänvisning till boken Vanligaste typ av batteri i båt är dock fortfarande det sk Bly - Syrabatteriet Min personliga övertygelse är att inte blanda nya och gamla batterier i en och samma batteribank utan att i stället dela upp efter olika uppgifter härigenom undvikes bl a hela banken måste förnyas om ett batteri blir för dåligt, se Lovisas blandning på Hans Hemsida Effektiv elinstallation i båt 19

20 Typ, storlek och antal batterier som behövs styrs av den utrustning som skall betjänas i respektive båt samt hur denna användes och vilka laddningsmöjligheter som valts Utöver startbatteriet blir antal och typ av batterier därför olika och skiljer delvis även mellan motor- och segelbåt Effektiv elinstallation i båt 20

21 Några Internetadresser Båtlitteratur Generatorer /industrivaror/maskiner/generatorer Regulatorer Utrustningsdetaljer Effektiv elinstallation i båt 21

22 Fler Internetadresser Kopplingsschemor Gå till Tips och råd HuvudramInstElschema.htm Laddningslösningar Gå till Tips och råd Mätinstrument Sök Multimeter Effektiv elinstallation i båt 22