Elektriciteit, hoe zit dat nou?
Omdat je elektriciteit (als het goed gaat) niet kan zien, ruiken en horen, is het een moeilijk te bevatten techniek. Toch zijn wij de laatste 100 jaar steeds meer gaan vertrouwen op elektrische energie. Een goed en minder prettig voorbeeld is een algemene stroomstoring. Ineens realiseer je je hoe afhankelijk wij zijn van elektriciteit voor het verschaffen van luxe, veiligheid en comfort.
En deze luxe, veiligheid en comfort die wij thuis en op het werk ervaren, willen wij ook graag terugzien op de boot of in de camper. Of als wij moeten werken op een plek waar aansluiting op het elektriciteitsnet niet mogelijk is. Denk hierbij aan sleepboten, rijnaken of werk langs de weg.
Mastervolt specialiseert zich al meer dan 25 jaar in het verzorgen van betrouwbare elektrische energie op plekken waar geen energievoorziening voorhanden is. Om onze materie beter te kunnen begrijpen, beginnen wij met een korte uiteenzetting van de belangrijkste begrippen.
Spanning en stroom zorgen voor vermogen
De belangrijkste activiteit van Mastervolt is energieconversie. En de belangrijkste grootheid die hier omgevormd kan worden is de spanning. De elektrische spanning is het potentiaalverschil tussen twee punten in een elektrisch circuit.
Wij onderscheiden twee vormen van spanning: wisselspanning (AC) en gelijkspanning (DC). Spanning wordt uitgedrukt in Volt (V), en frequentie wordt uitgedrukt in Hertz (Hz): de snelheid waarmee spanning van potentiaal wisselt.
- Wisselspanning komt thuis uit het stopcontact en op deze spanning werken de meeste elektrische apparaten die wij kennen. In Europa is dit 230 V/50 Hz, in Amerika 120 V of 240 V/60 Hz.
- Gelijkspanning wordt geleverd door een accu bijvoorbeeld of zonnepanelen. Accu’s zijn van vitaal belang omdat ze een praktische mogelijkheid bieden om elektrische energie op te slaan. Accuspanningen zijn vaak 12 V of 24 V. 48 V of hoger komt ook voor, maar meestal in relatie tot elektrisch varen. Gelijkspanning (DC) wordt opgeslagen in accu’s, maar wij hebben eigenlijk wisselspanning (AC) nodig om onze huishoudelijke apparaten van stroom te voorzien. Dit vereist een omzetting van DC spanning naar AC spanning.
Een andere term die wordt gebruikt is stroom (I), uitgedrukt in Ampère (A). Stroom ‘loopt’ door de bekabeling en als er stroom loopt, betekent dit dat er elektrische apparaten gebruikt worden. De hoeveelheid stroom die door de bekabeling loopt kan sterk variëren en is afhankelijk van de aangesloten apparaten en de gebruikte spanning. Daarom is het belangrijk om de juiste dikte van de bekabeling te kiezen; kabels kunnen warm worden of erger, met alle gevolgen van dien.
Een rivier waar water doorheen stroomt, een kabel waar elektrische stroom doorheen gaat, of een fietser die tegen de wind in fietst; allen ondervinden weerstand.
In de elektrische wereld wordt weerstand (R) uitgedrukt in Ohm (Ω). Deze weerstand is belangrijk omdat het verliezen veroorzaakt waar wij rekening mee moeten houden. Er is spanningsverlies door een kabel en als wij daar geen rekening mee houden is er aan het eind van die kabel niet genoeg spanning over om het apparaat dat wij willen voeden te laten werken.
De voorgaande grootheden leveren iets waar het allemaal om draait; vermogen! Vermogen (P) wordt uitgedrukt in Watt (W). Elk elektrisch apparaat refereert naar zijn verbruik in Watt; magnetrons van 900 W, lampen van 60 W, generatoren van 4000 W en wasmachines van 2500 W. Om het schrijf- en spreektechnisch eenvoudig te houden, praten wij over kilowatts (kW), waar 1000 W gelijk is aan 1 kW. Om aan een verbruik een verbruiksduur te koppelen, nemen wij als tijdseenheid waarin een elektrisch vermogen wordt opgewekt of verbruikt, een uur. Samen het kilowattuur (kWh).
Enkele formules |
|
|
Om de verhoudingen tussen deze grootheden te berekenen zijn er formules met de elektrische ‘wetten’ vastgelegd. U = spanning uitgedrukt in Volt (V) De belangrijkste formule is de Wet van Ohm. U = I x R Omdat wij vaak over vermogen praten, wordt de onderstaande formule waarin wij het vermogen kunnen bepalen, veel gebruikt: P = U x I |
De juiste bekabeling
De juiste bekabeling is cruciaal voor de veiligheid en het rendement. Onjuiste kabeldiameters zonder kabelzekering kunnen leiden tot doorgebrande kabels, waarna er brand kan ontstaan. Dit is geen theoretisch verhaal; elk jaar gaan er schepen en campers verloren door brand, wat dikwijls is te herleiden naar een foute kabeldiameterkeuze!
Een juiste kabeldikte is niet alleen veiliger, maar zorgt ook voor een optimale prestatie van zowel acculader als omvormer. Als er tussen de acculader en accu(set) dunnere kabels gebruikt worden dan voorgeschreven, zal er te veel spanningsverlies over de kabels ontstaan, met als gevolg een te lage laadspanning op de accupolen. De accu wordt dan niet voldoende geladen wat een negatief effect heeft op de levensduur. Bij een omvormer wordt door het gebruik van te dunne kabels niet de maximale capaciteit uit de accu gebruikt. Door de hoge (kabel)verliezen is de DC ingangsspanning van de omvormer (veel) lager dan de werkelijke accuspanning, waardoor de omvormer te vroeg uitschakelt en niet de volledige accucapaciteit gebruikt. Daarom kiest men vaak voor dikkere kabels dan noodzakelijk.
Kabeldiameter versus stroom
Omdat lagere spanningen ook hogere stromen met zich meebrengen, is het nog belangrijker om de juiste kabeldikte te gebruiken.
De stroom (A) is hoger omdat gelijkspanning met 12 V of 24 V lager is dan wissel-spanning met 230 V. Het (gevraagde) vermogen blijft gelijk, dus de stroom zal toenemen P = V x I.
De onderstaande vuistregel kan gehanteerd worden:
- Voor 12 of 24 V DC systemen geldt 3 Ampère stroom per 1 mm² kabeldiameter.
- Voor 230/120 V AC systemen geldt 6 Ampère stroom per 1 mm² kabeldiameter.
Opwekken van elektrische energie
Om vermogen op te wekken zijn er diverse middelen:
- Met een benzine- of dieselgenerator (meestal AC, kan ook met DC).
- Door de dynamo(s) op de hoofd- motor.
- Elektriciteitsnet (AC).
- Zonnepanelen (DC).
- Windgenerator (AC of DC).
Omvormen
Opgewekte energie kan direct worden gebruikt of opgeslagen in de accu’s met behulp van een acculader. Een acculader zet de AC spanning om naar een DC spanning. Een omvormer zet meestal een lage DC spanning van 12 of 24 Volt om in een AC spanning van 230 of 120 Volt, bij 50 of 60 Hz.
U kunt ook DC-DC converters tegen komen; deze apparaten zetten de DC spanning om naar een andere DC spanning, bijvoorbeeld 24 V uit een accu naar 12 V die u kunt gebruiken voor het voeden van de navigatie-apparatuur.
LET OP!
Om een compleet elektrisch systeem te ontwerpen is uitgebreide kennis, ervaring en informatie nodig (er zijn hele encyclopedieën over dit onderwerp geschreven). De gespecialiseerde dealers van Mastervolt helpen u graag verder.