Elektrisch Schema opstellen

In het land der blinden is eenoog koning, een gezegde dat vast en zeker geldt voor het internet. Waarom zou je zelf een schema opstellen voor je camper als je er eentje kunt downloaden van het internet? Wel, de kans is klein dat iemand dezelfde noden heeft als jij, en wie zegt er dat dat schema van internet veilig is om te bouwen? Met de basiskennis die je opgedaan hebt van ons eerste artikel zal je zien dat het een eitje is om zelf een correct schema op te stellen voor een elektrisch systeem dat op jouw maat is afgestemd. Zo beantwoordt straks je camper aan jouw vereisten, geef je geen cent te veel uit en heb je bovenal een systeem dat veilig en betrouwbaar is.

Je kan natuurlijk je volledige elektische installatie uitbesteden aan een professional, en daar is niks mis mee. Maar het zelf uittekenen van het systeem en zelf plaatsen heeft wel een groot voordeel: Als er onderweg iets fout loopt en er werkt iets of niets meer, dan kan je zelf wel uitzoeken wat er mis is.

Ik ben er van overtuigd dat het onderwerp elektriciteit voor de meeste zelfbouwers het moeilijkste onderwerp is, maar door dit methodisch en stap voor stap aan te pakken, ga ik proberen om het behapbaar en duidelijk te maken.

Alles begint met het bepalen van de stroomverbuikers en stroombronnen. Vervolgens gaan we bekijken wat omvormers of inverters zijn. Dan leg ik het belang uit van zekeringen om je systeem veilig te maken en tenslotte volgt nog een stukje over hoe je de beste draaddikte kan berekenen. Met deze informatie kunnen we heel je systeem mooi op een A4’tje uittekenen.

Verbruikers en bronnen

Laten we beginnen met de bron: de batterij

Een batterij fungeert als het hart van jouw elektrisch systeem. Het slaat elektriciteit op die gebruikt kan worden wanneer er geen directe stroombron beschikbaar is. In campers worden vaak loodzuur-, gel-, AGM- of lithium batterijen gebruikt, elk met hun eigen voor- en nadelen op het gebied van capaciteit, levensduur, laadsnelheid en onderhoud. We kunnen een heel artikel wijden aan de verschillende soorten batterijen, en misschien die ik dat wel, maar eigenlijk is er nog weinig reden om niet voor een Lithium (LiFePo4) batterij te kiezen. De prijzen zijn de laatste jaren serieus gedaald en de voordelen wegen niet op tegen de weinige nadelen. Je busje of voertuig heeft natuurlijk zijn eigen batterij om de motor te starten: de startbatterij. Technisch gezien kan je die ook gebruiken om je andere spullen van stroom te voorzien, maar omdat deze daar eigenlijk niet op voorzien is, en je een reëel risico loopt om ze ‘leeg te trekken’ en zo je motor niet meer te kunnen starten, is dit sterk af te raden.

Je voorziet dus best een aparte batterij om je apparaten op aan te sluiten: de leefbatterij, woonbatterij of huishoudaccu.

Soorten Stroombronnen

Er zijn verschillende manieren om elektriciteit op te wekken en op te slaan in je camper. Hier zijn de meest voorkomende:

  • Zonnepanelen: Deze zetten zonlicht om in elektriciteit en zijn de populairste keuze voor duurzame energieopwekking. Ze zijn ideaal voor campers vanwege hun vermogen om elektriciteit op te wekken terwijl je onderweg bent. Sommige campers halen al hun energie uit de zon, al raad ik dit niet aan (het regent namelijk soms).
  • Walstroom: Dit verwijst naar het aansluiten van uw camper op een externe elektriciteitsbron, zoals bij een camping. Walstroom is natuurlijk een betrouwbare bron voor het opladen van uw batterijen en het voeden van grotere verbruikers. De term walstroom komt natuurlijk van de botenwereld waar men de boot ook kan aansluiten op een stopcontact op de wal. Een walstroomvoorziening is handig als je van plan bent om op campings te gaan staan, of voor langere tijd op een andere plek waar elektricteit voorhanden is. Ook als je naar gebieden trekt waar het vaker slecht weer is (lees: België of het Verenigd Koninkrijk) kan het nuttig zijn om je batterij op te laden aan een externe bron.
  • Alternator: De alternator van uw voertuig laadt de batterij op terwijl de motor draait. Dit kan een efficiënte manier zijn om de batterij op te laden tijdens het rijden. Elk voertuig heeft een alternator om de startbatterij op te laden, de lichten te doen branden en leuke deuntjes door de radio te knallen. We kunnen dus die alternator aanspreken om onze leefbatterij op te laden. (Onze noorderburen spreken hier van een dynamo, maar dat is eigenlijk een ander soort toestel en niet de correcte benaming)
  • Er zijn nog andere stroombronnen, sommigen zetten een kleine windmolen op hun camper. Ik kan me voorstellen, als je een kitesurfer bent en altijd op zoek bent naar wind, dat dit ook kan werken. Af en toe zien we ook wel eens iemand met een generator. Vinden we iets minder sociaal om aan te zetten in de buurt van andere mensen, maar het kan natuurlijk wel handig zijn.

Voorbeelden van Stroomverbruikers

In een camper zijn er tal van apparaten en voorzieningen die elektriciteit verbruiken. Hier zijn enkele veelvoorkomende voorbeelden:

  • Gsm opladen: Dit is een laagverbruikende activiteit, maar essentieel voor elke millenial en jonger…
  • Koelkast: Een essentieel item in elke camper. Koelkasten zijn beschikbaar in verschillende maten en met verschillende energievereisten.
  • Waterkoker: Handig voor het snel koken van water, maar het is een hoogverbruikend apparaat dat meer energie vereist.
  • Verlichting
  • Dieselverwarming: Loopt voornamelijk op diesel, maar heeft ook elektriciteit nodig

Op het bovenstaande schema zien we links de bronnen staan die de batterij opladen (de alternator en ons zonnepaneel, de hamster is optioneel en niet zo efficiënt). Rechts de verbruikers: de koelkast om ons bier koel te houden, onze mobiele telefoon op te laden en een haardroger. Tussen de batterij en de haardroger zien we nog een toestel staan: de omvormer of inverter.

Omvormer of Inverter

Herinner je je het concept van spanning nog? Dan weet je dat onze batterij 12 volt gelijksspanning levert en de haardroger 220 volt wisselspanning verwacht. Dat is namelijk wat er uit onze (Europese) stopcontacten komt. Een omvormer maakt van die 12V dus 220V wisselspanning. De omvormer is een toestel dat speciale aandacht krijgt in ons schema, omdat het erg hoge stromen kan trekken. Herinner je vermogen en stel dat deze haardroger op volle kracht 1800 watt verbruikt. $$ P = U . I $$ $$ Vermogen = Spanning . Stroom $$ Dan is $$ {1800W \over 220V} = 8.18A $$ De haardroger trekt dus een stroom van 8.18A bij 220V. Maar bij 12V wordt dit $$ {1800W \over 12V} = 150A $$

150 Ampère is al behoorlijk veel, het is geen stroom die we in onze woning zullen tegenkomen. En dat brengt ons weeral naadloos bij het volgende onderwerp:

Veiligheid

Je systeem moet in de eerste plaats werken, maar bovenal veilig zijn. 12V mag dan te weinig zijn om jezelf aan te elektrocuteren, maar de hoge stromen kunnen wel brand veroorzaken als je niet de juiste voorzorgen neemt.

Kortsluiting

Kortsluiting gebeurt wanneer twee kabels (+ en -) met elkaar in contact komen. Hierdoor kunnen de elektronen ongeremd vloeien en onstaan er zeer hoge stromen. Dit kan nare gevolgen hebben als je niet de juiste voorzorgen hebt genomen.

Zekering

Even de theorie (die mag je gerust overslaan): In het artikel over basisbegrippen hebben we het gehad over weerstand waarvan de eenheid ohm (Ω) is. Een van de effecten van weerstand is het creëren van warmte. Broodroosters, haardrogers, waterkokers maken gebruik van dit principe. Hoe lager de weerstand, hoe hoger de stroom, remember $ I = {U \over R} $. En hoe hoger de stroom hoe meer warmteontwikkeling want warmte is ook arbeid (watt). $ P = U . I $. Nu begrijp je waarom een haardroger van 1800 watt je haar sneller droog krijgt dan eentje van 1000 watt.

Einde theorie. Maar de elektricteitsdraad waarmee je de elektriciteit naar je toestel brengt is óók een weerstand, zij het een zeer kleine. Wanneer de weerstand van je draad hoog genoeg is kan deze ook warm worden. Een kleine beetje warmte kan geen kwaad maar wanneer het echt heet wordt kan de isolatie van de kabel gaan smelten. Wanneer de kabel vervolgens contact maakt met textiel, hout of iets anders dan brandbaar is… Ik moet er geen tekening bij maken zeker. Daarom is het belangrijk dat in het geval van kortsluiting de elektriciteit uitgeschakeld wordt. Dit is het werk van je zekeringen. In je huis zijn dit tegenwoordig automatische zekeringen maar vroeger en in voertuigen worden nog steeds smeltzekeringen gebruikt. Vroeger werden dit stoppen genoemd. Vandaar de uitdrukking ‘de stoppen slaan door’. Smeltzekeringen werken op het principe van warmte bij weerstand. Ze zijn zo gebouwd dat wanneer de stroom te hoog wordt, ze doorbranden en zo de elektriciteit blokkeren en je kabels beschermen tegen oververhitting. Het is een eenvoudig en goedkoop principe om elektrische systemen te beveiligen.

Steekzekeringen voor auto’s zijn breed verkrijgbaar en komen in verschillende waardes.

Elke waarde heeft zijn kleur zodat je makkelijk kan herkennen welke waarde waar zit. De vuistregel is dat je anderhalf keer de nominale stroom neemt van het toestel dat je afzekert. Als je ijskast normaal gezien 5A stroom afneemt, dan neem je een zekering van 7.5A. Als je LED-verlichting 2A afneemt, kom je op 3A uit, maar een die waarde bestaat niet, neem dan de eerstvolgende bovenliggende waarde: 5A. Later bij uitwerken van het schema zal dit nog verduidelijkt worden. Hou er rekening mee dat steekzekering in verschillende maten komen. Auto Blade Fuse is de maat die het meeste voorkomt voor het elektrische systeem van een camper. Voor zwaardere toepassingen (alles boven 30A) heb je een ander formaat: CAL5. En daar heb je ook een andere houder voor nodig.

Automatische zekering

Het is ook perfect mogelijk om automatische zekeringen te gebruiken. Voordeel is dat je deze gewoon kan resetten wanneer ze afspringen. Test wel op voorhand of ze ook effectief werken door even zelf kortsluiting te maken…

De juiste draad

De juiste draad is zoals je al kon lezen heel belangrijk. In voertuigen gebruiken we enkel meeraderige kabels, niet zoals in een huis dus waar vaak een massieve ader gebruikt wordt. De reden hiervoor is dat het koper in een massieve ader blijkbaar broos wordt door trillingen.

De juiste kabels vind je bij de meeste campershops, terwijl de meeste doe-het-zelf-zaken enkel solide kabel hebben. Speaker of luidsprekerkabel is ook een goed alternatief. Je hebt per toestel een + en een – aansluiting, toestellen op 220V hebben eveneens 2 aansluitingen (N en L). Je moet dus per toestel een paar voorzien. Meestal is de + draad rood en de – draad zwart (maar opgelet, sommige fabrikanten, zoals Maxxfan, vegen hier hun voeten aan).

Dan is er nog de heel belangrijke zaak van het berekenen van de juiste draaddikte. Ik lees online heel veel vragen hieromtrent. Bij de antwoorden lees ik vaak: “Oh, er gaat 20A door? Dan ben je goed met 6 mm²”. Dat is onzin want de lengte is een bepalende factor voor het bepalen van de draaddikte. De weerstand van een kabel van een bepaalde dikte van 2 meter is 2 keer zo groot als diezelfde kabel die maar 1 meter lang is. Een te dunne kabel kan gevaarlijk warm worden en brand veroorzaken, maar ook wanneer de kabel niet te dun is kan er toch nog verlies ontstaan. Overal te dikke kabels gebruiken wordt dan weer onhandig om aan te sluiten op kleine verbruikers, weegt meer en kost bovendien meer geld. Dus we gaan weer even technisch, maar geen nood, ik sluit af met de formule die je overal kan gebruiken zonder dat je de theorie moet kennen. Je kan dit dus overslaan als wiskundige formules je het angszweet geven…

Om te weten hoe dik onze kabel moet zijn, moeten we eerst een paar dingen weten: hoe lang gaat onze kabel zijn (plus en min samen), hoeveel stroom gaat het toestel trekken (dit kan je berekenen als je het vermogen weet $ I = { P \over U } $) en tenslotte hoeveel verlies is voor jou aanvaardbaar.

Een praktisch voorbeeld: Je dieselverwarming trekt tijdens het opstarten 10A om de gloeistift warm te maken. Omdat dit maar enkele minuten is, is een verlies van 10% acceptabel. Je lithiumbatterij heeft normaal een spanning van rond de 13V. 1.3V gaat verloren in de kabel, 11.7V bereikt de verwarming. 117 watt is dus wat de verwarming krijgt en 13 watt gaat verloren in de kabel. 13 watt is verwaarloosbaar wanneer het om warmteontwikkeling gaat in een kabel van enkele meter.

Tweede voorbeeld: je ijskast trekt 5A, maar die draait best vaak dus je wilt het verlies beperken tot 3%, dat is ongeveer 0.4V. Je ijskast krijgt dan nog 12.6V aan 5A. Je ziet: hoe hoger het verlies in de kabel, hoe minder er overschiet voor je toestel. In het geval van de ijskast zal bij een hoger verlies de compressor minder krachtig ronddraaien (minder spanning ter beschikking) en de ijskast zal langer moeten draaien om je biertjes koel te krijgen. In het geval van de verwarming zal het opwarmen van de gloeistift langer duren. De verliezen stapelen zich op. Je kan perfect een veilige dikte nemen voor je kabel maar nog steeds een groot gedeelte van je energie onderweg kwijtspelen, vandaar deze uiteenzetting.

En nu duiken we even de wiskunde is. Kijken we naar de weerstand van een koperkabel (solide of meeraderig) van een bepaalde lengte (in meter) en diameter (uitgedrukt in m²) dan krijgen we volgende formule: $ R = \rho . {L \over A} $ waarbij $ \rho = 1.68 . 10^-8 $ Voor aluminium, staal, goud etc zijn er andere waarden van toepassing. $$ R = { 1.68 . 10^-8 . L } \over A $$ Draaddiktes worden in Europa uitgedrukt in mm². Wanneer we A willen schrijven in mm² moeten we dit getal met $ 10^-6 $ vermenigvuldigen. Laten we het voor de duidelijkheid als ‘a’ schrijven. $$ R = { 1.68 . 10^-8 . L } \over a . 10^-6 $$ kunnen we vereenvoudigen tot $$ R = { 0.0168 . L } \over a $$ Maar we zijn niet geïnteresseerd in de weerstand van de kabel. Wat we wel kunnen bereken is de maximale weerstand van de kabel aan de hand van ons maximale verlies en de stroom ( $ R = { U \over I } $ ). Voor onze ijskast is dat $ { 0.4 \over 5 } = 0.08 \Omega $. We kunnen R dus vervangen: $$ {U \over I } = { { 0.0168 . L } \over a } $$ We zijn geïnteresseerd in a (de dikte in mm²), dat is de onbekende: $$ {U } = { { 0.0168 . L.I } \over a } $$ $$ {a } = { { 0.0168 . L.I } \over U } $$. Et voilà, is wiskunde niet prachtig? Een aantal van mijn wiskundeprofessoren worden waarschijnlijk gek als ze me dit hoorden zeggen. Stel dat we 2 meter nodig hebben om onze batterij met onze ijskast te verbinden, dan hebben we 4 meter in het totaal nodig (2 polen). Vullen we nu de waardes in voor onze ijskast dan

$$ { { 0.0168 . 4. 5 } \over 0.4 } = 0.84 $$

Dus met een kabel van 1mm² kunnen we onze ijskast al voeden.

Nu een voorbeeld van een andere grootorde: Je besluit je inverter of omvormer aan te sluiten op 1 meter van je batterij. Je omvormer zal maximum 100A stroom nemen als die op vol vermogen draait. Aangezien we hier over een hoge stroom spreken wil je natuurlijk de verliezen beperken, het opwarmen van de kabel vermijden en zorgen dat de spanning die de omvormer bereikt nog voldoende is. De meeste omvormers hebben namelijk een beveiliging dat ze niet werken onder 11V. Laten we zeggen dat 5% verlies acceptabel is, dus 0.65V. $$ { { 0.0168 . 2. 100 } \over 0.65 } = 5.16 $$ Met een kabel van 6mm² (kabel van 5mm² worden niet verkocht) zou je dus goed moeten zijn. Maar met zulke hoge stromen in het vermogensverlies in de kabel wel $ 0.65V . 100A = 65W $ wat al behoorlijk is. Ook zal in elke verbinding die je maakt (zekering, aan/uit-knop) ook nog extra verliezen krijgen. Voor omvormers adviseer ik dus om het onder de 0.3V te houden. $$ { { 0.0168 . 2. 100 } \over 0.3 } = 11.2 $$ Een kabel van 16mm² (de eerstvolgende verkochte draaddikte) is dus een beter idee.

Nog een laatste voorbeeld om het af te leren: We willen onze woonbatterij opladen met een Votronic DC-DC lader van 30A, dit toestel neemt stroom van de startbatterij als de motor draait, dus eigenlijk komt de stroom van de alternator. In de handleiding van de DC-DC lader lezen we dat de spanning die het toestel bereikt (van de alternator) 13.3V moet bedragen willen we de DC-DC lader ten volle benutten. De alternator levert ongeveer 14V. We moeten ook nog een zekering plaatsen tussen beide batterijen, volgens de handleiding. Daarom nemen we een maximaal verlies van 0.5V ipv 0.7V (14-13.3). Maw 15W aan vermogensverlies in de kabel. De startbatterij zit wel vooraan en de leefbatterij achteraan dus we hebben 4 meter kabel nodig om 1 pool te verbinden, dus 8 meter in het totaal. Gieten we het in onze formule: $$ { { 0.0168 . 8. 30 } \over 0.5 } = 8.064 $$ De kabeldikte die we nodig hebben is dus 10mm².

In de praktijk is het natuurlijk handiger om een paar verschillende kabeldiktes aan te schaffen, zoals bv. 2.5, 6, 10 en 25 mm² in plaats van voor elke toepassing een apart stukje kabel te bestellen.

Schema uittekenen

Als je ongeveer weet wat waar gaat komen kan je beginnen met je schema. Zie je schakelbord of zekeringhouder als een soort verdeelbord waar alles van vertrekt. Net zoals in je huis heb je verschillende kringen.

  • Waterpomp en niveausensor voor de tank
  • Maxxfan ventilator
  • Dieselverwarming
  • Ijskast
  • USB-poorten en verlichting
  • Warmwaterboiler

Per kring bepaal je de zekeringwaarde, lengte van de kabel en kabeldikte. Voor de stroombronnen doe je hetzelfde. Hoe je het schema uittekent is up to you. Je kan Powerpoint, Photoshop, Canva of een stuk papier gebruiken, zoland de informatie maar duidelijk is voor jou.

Hierboven een aanzet voor een mogelijk schema. Let niet op de waardes want die heb ik compleet uit mijn duim gezogen! Ik heb wel waar nodig zekeringen voorzien: Er is een hoofdzekering tussen de batterij en al de rest van 125A, afhankelijk van jouw toepassingen is dit te veel of te weinig. Mijn batterij kan maximaal 100A leveren dus 125A is een goede waarde. Voor de zonnepanelen voorzie ik een schakelaar zodat je desgewenst je panelen kan uitschakelen. Deze kabels hebben ook geen zekering: de spanning van een zonnepaneel valt naar 0V wanneer de twee polen kortgesloten worden, er is dus geen vermogen dat de kabels kan doen smelten (enkel bij kleine installaties, bij woningen is dit anders). De Votronic lader onderaan links is gezekerd zoals de handleiding voorschrijft, een beetje overkill, want intern is deze ook gezekerd, maar volg de instructies van de fabrikant!

Vuistregels

Hieronder enkele vuistregels om het allemaal wat behapbaarder te maken.

$$ {a } = { { 0.0168 . L.I } \over U } $$ Met deze formule bereken je de draaddikte waarbij L de lengte van beide kabels is, I de maximumstroom die het toestel in kwestie afneemt en U het maximale verlies. Neem als maximaal verlies 0.4V als standaard (3%).

Zeker alle toestellen af met een zekeringwaarde die hoger ligt dan anderhalf keer de maximale stroom van het desbetreffende toestel. De eventuele instructies van de fabrikant primern hier. Zonnepanelen en hun laders hoeven niet afgezekerd te worden tenzij anders voorgeschreven in de handleiding.

Heb je jouw schema af en wil je graag een second opinion? Laat het dan weten in de comments!

Nu je schema klaar is kunnen we verdergaan met het bepalen van de grote van je batterij en zonnepanelen.

Laat een reactie achter

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *