Berekenen van draadlengtes en diameter
Doel van de berekeningen
Deze aanbeveling moet gebruikers helpen bij het optimaliseren van de draadlengte en draaddiameter van elektrische bedrading. Door de juiste keuze voorkomt men onnodige spanningsverliezen bij het bedraden van modelspoorbanen. Tegelijkertijd voorkomt men ook dat de geleider te warm wordt.
Bedrading in de modelbaan besturing
Bij modelbanen voert de bedrading verschillende grote stromen. Deze kunnen in waarde behoorlijk van elkaar afwijken wat tot schadelijke invloeden in een stroomkring kan leiden. Dat vereist als zo’n situatie zich voordoet de berekening van de toegestane draadlengte bij een bepaalde draaddiameter.
Berekening van de toegestane draadlengte
De spanningsval ΔU over de geleiders hangt mede af van de geleiderweerstand R en de stroom I die door de geleider loopt. De toegestane geleiderlengte l (lengte van de toe- en afvoergeleider) is afhankelijk van het draaddoorsnede q, de spanningsval ΔU en de laststroom I en is met de volgende formule te berekenen.
(x = 56m/Ωmm², de specifieke geleiding voor koper bij 20°C)
De draaddoorsnede wordt ook wel de draadoppervlak genoemd.
De invloed van de spanningsvoorziening
De spanningsval over geleiders mag niet meer dan 10% van de bronspanning bedragen. Bij gelijke draaddiameters van de toe- en afvoergeleider is deze verdeeld in 5% over iedere geleider, ΔU = 0,8V bij 16V en ΔU = 0,6V bij 12V bronspanning. Voor praktische berekeningen is het voldoende als men met een spanningsval van 1V (= 0,5V per geleider) rekening houdt. Wordt de retourgeleider met een veel grotere diameter (3- 5 maal) gebruikt dan mag de totale spanningsval aan de toevoergeleider toegerekend worden. Praktisch verdubbelt zich zo de mogelijke lengte van de toevoergeleider.
De invloed van de stroombelasting
De laststroom richt zich steeds naar de elektrische bedrijfscondities van de gebruikte verbruikers op de modelbaan. Er moet steeds met de maximale laststroom rekening gehouden worden. De laststroom beïnvloed de geleiderlengte in reciproke vorm, dat betekend dat de lengte halveert als de stroom verdubbelt.
Rekenvoorbeeld voor een spanningsval van ΔU = 0,5V en een laststroom I= 1A
Rekenvoorbeeld 1: Voor een draaddiameter d = 0,5mm moet de toegestane draadlengte bij een spanningsval ΔU = 0,5V en een laststroom van I = 1,2A berekend worden. Voor de draad wordt eerst de draaddoorsnede q berekend met de bekende formule:
In het voorbeeld is q = 0,20mm². (∏ = 3,14 en d in mm). Uit de volgende formule volgt dan:
Opmerking: Door mm² en Ω onder en boven de streep weg te strepen en V/A= Ω blijft alleen de eenheid Meter (m) over. De totale draadlengte (heen + terug) is dus 4,7 meter.
Rekenvoorbeeld 2:
Het berekenen van de draaddoorsnede en draaddiameter.
Toegestane spanningsval ΔU = 0,5V, laststroom van I = 1,2A en de totale draadlengte is 4,7 meter.
De draaddoorsnede is:
Rekenvoorbeeld 2: Het berekenen van de draaddoorsnede en draaddiameter.
Toegestane spanningsval ΔU = 0,5V, laststroom van I = 1,2A en de totale draadlengte is 4,7 meter.
De draaddoorsnede is:
De draaddiameter is:
Enkele aanvullingen
Een geleider in de elektriciteitsleer is een materiaal of voorwerp dat elektrische stroom doorlaat en een lage weerstand vertoont, die voor praktische doeleinden verwaarloosbaar is. Alle metalen zijn geleiders. De volt is gedefinieerd als het potentiaalverschil over een geleider als een stroom van 1 ampère daarin een vermogen van 1 watt in warmte omzet. Elektrische stroom is het verplaatsen van ladingdragers (elektronen of gaten of ionen) door een geleider of een halfgeleider onder invloed van een potentiaalverschil. Weerstand is het omgekeerde van geleidingsvermogen. Materialen waarin elektrische ladingen zich kunnen verplaatsen, hebben dus een zeker geleidingsvermogen en daarmee een zekere weerstand. Is het geleidingsvermogen groot en dus de weerstand klein, zoals bij de meeste metalen, dan spreken we van geleiders. De geleiderweerstand R bepaald de spanningsval ΔU bij een gegeven laststroom I, R wordt vervangen door ΔU/I. Weerstandsverandering van koperdraden bij 20°C: x20= 56m/Ωmm² (Ø ≥ 1mm) en 55m/Ωmm² (Ø ≤ 1mm). Een snoer, ook wel flexibele draad genaamd, bestaat uit meerdere dunnere draden.