Waarom zijn draaddikte en draadlengtes bij stroomvoorziening in de caravan (en de auto) belangrijk?

Eerst wat theorie over elektriciteit.

We beginnen met bijvoorbeeld de accu als leverancier van elektriciteit. De elektriciteit wordt aangeboden op de 2 polen (+ en -). Tussen die 2 polen bestaat een potentiaalverschil, dat wordt spanning genoend. Spanning (V) wordt uitgedrukt in aantallen Volts (V). (De spanning van een volle accu is 12,7V. In het vervolg wordt als rekeneenheid 12V gebruikt.) Worden nu de 2 polen verbonden dan gaat er een stroom (I) vloeien van de +pool naar de -pool. De grootte van die stroom wordt o.a. bepaald door de weerstand van de verbinding. De weerstand (R) wordt uitgedrukt in aantallen Ohms. De stroom wordt uitgedrukt in aantallen Amperes. Er bestaat een verband tussen spanning, stroom en weerstand. Dat verband heet de wet van Ohm en luidt:

V = I * R

De grootte van de stroom is dus: I = V / R.
Als de 2 polen van de accu direct met elkaar verbonden worden, is de weerstand 0 en de stroom zeer groot. Dat heet kortsluiting.

Een apparaat dat werkt op elektriciteit, heeft spanning en stroom nodig om te kunnen functioneren.
Het vermogen van een apparaat (P) wordt uitgedrukt in Watts (W). De formule hiervoor is: P = V * I

Een paar 'wetten':

• De weerstand (R) van een koperdraad is evenredig met de lengte en omgekeerd evenredig met de doorsnee van de draad. DUS: hoe langer de draad en/ of hoe kleiner de doorsnee, des te groter is de weerstand.
• De door een stroom in een draad ontwikkelde warmte is bij gelijke stroomsterkte en tijd evenredig met de weerstand (R) van de draad.
• De hoeveelheid ontwikkelde warmte is bij gelijke weerstand en tijd evenredig met het kwadraat van de stroomsterkte (I).

W =a * I² * R* t

waarin W is warmte, a is een constante, I is stroomsterkte, R is weerstand van de draad, t is tijd.

Dus hoe groter de stroomsterkte, hoe dunner de draad, hoe langer de draad, des te groter is de warmteontwikkeling.
Te veel warmteontwikkeling kan leiden tot smelten en ontbranding.

We nemen als voorbeeld een koelkast van 100W.

In huis is de (wissel)spanning 230V, de stroomsterkte nodig voor een 100W koelkast is dan: 100 / 230 = 0,43A. Omdat het in dit geval wisselstroom betreft, moet deze uitkomst vermenigvuldigd worden met de wortel uit 2. De "effectieve stroomsterkte" wordt dan zo'n 0,6.A
In de caravan is de (gelijk)spanning 12V, de benodigde stroomsterkte is dan: 100 / 12 = 8,3A.
Als de koelkast werkt op 230V wisselspanning, behoeven we ons dus veel minder zorgen te maken om de stroomsterkte dan als hij werkt op 12V gelijkspanning.

Om de warmteontwikkeling in de hand te houden mag in huis de stroomsterkte niet groter zijn dan 4A per mm2 draaddoorsnede. Door ongunstiger omstandigheden wordt aanbevolen in de caravan de stroomsterkte niet groter te laten zijn dan 2A per mm2 draaddoorsnede. Als de stroom 8,3A is, dan moet de doorsnede van de draad meer dan 4mm2 zijn. Dit heeft alles te maken met veiligheid. Omdat er die 2A / mm2 ruim genomen is, zal een draad met een koperkern van 4mm2 voldoende zijn om de koelkast veilig van stroom te voorzien.

Lange en dunne draden hebben nog een tweede nadeel. Als de stroom door een draad loopt, moet hij weerstand overwinnen. Het gevolg daarvan is een verlies aan spanning. Dat verlies is groter naarmate de weerstand groter is, dus naarmate de draad langer en/ of dunner is.
De weerstand van koperdraad bij een lengte van 1 meter en een doorsnede van 1mm2 (r) is 0,0175Ohm.
Dit heet de soortelijke weerstand van koper (sR). Eerder is al gesteld: de weerstand (R) van een koperdraad is evenredig met de lengte en omgekeerd evenredig met de doorsnee van de draad. De formule luidt:

R_draad = sR * L / D

waarin sR is soortelijke weerstand, L is lengte van de draad in m, D is doorsnede van de draad in mm2.

Het spanningsverlies tussen het begin en het einde van een draad volgt dan uit de volgende formule:

V_begin - V_eind = I * R_draad = I * sR * L / D

Voeden we dus de koelkast met een 12V-accu via een draad van 10m heen en 10m terug met een doorsnede van 4mm2, dan wordt 12V 'verdeeld' over 20m draad en de koelkast. Het 'spanningsverlies'over de draad zal dus zijn: 8,3 * 0,0175 * 20 / 4 = 0,7V. De koelkast krijgt dan 12 - 0,7 = 11,3V en zal dus slechter koelen.
Het 'spanningsverlies'over de draad bij draaddoorsnede 0,75mm2 zal dus zijn: 8,3 * 0,0175 * 20 / 0,75 = 3,9V.
De koelkast krijgt dan 12 - 3,9 = 8,1V. Niet aanzetten dus, ook al vanwege de warmteontwikkeling in de draad.
LET OP: Hierbij komt nog het NIET te verwaarlozen spanningsverlies over overgangsweerstanden in verbindingen, connectoren, zekeringen, schakelaars etc.

Als de lengte van de te leggen draad en het gewenste maximaal spanningsverlies bekend zijn, is het bepalen van de benodigde draaddoorsnede te doen met de (herleide) formule:

D = I * sR * L / (V_begin - V_eind)

Nogmaals het koelkastvoorbeeld:
I = 8,3A (koelkast), L = 20m (2*10), gewenst maximaal spanningsverlies = 0,6V
==> Draaddoorsnede minimaal 4,7mm2
==> Gebruik draad van 6mm2 (of parallel 2 x 2,5mm2).
LET OP: Het spanningsverlies zal in werkelijkheid groter zijn door overgangsweerstanden in verbindingen, connectoren, zekeringen, schakelaars etc. Enige overcapaciteit in draaddoorsnede is dus gewenst.