62

www.elektro.info.pl

6/2003

samochodowa

instalacja

elektryczna

– elementy aparatury ³¹czeniowej,
rozdzielczej i zabezpieczaj¹cej (czêœæ 1)

lanym benzyn¹, skonstruowanym
przez Austriaka Siegfrieda Marcusa,
minê³o prawie 135 lat. W ci¹gu
tego stosunkowo krótkiego okresu,
wyposa¿enie elektryczne pojazdów
oraz sposób zasilania odbiorników
uleg³y znacz¹cym zmianom. Insta-
lacja elektryczna samochodu oso-
bowego œredniej klasy sk³ada siê
obecnie z kilkudziesiêciu typów
aparatów i urz¹dzeñ elektrycznych
o ³¹cznej mocy ok. 2 kW, po³¹-
czonych ze sob¹ za pomoc¹ prze-
wodów o sumarycznej d³ugoœci
przekraczaj¹cej 200 m. Od ponad

P

rzedmiotem tego artyku³u
jest samochodowa aparatu-
ra ³¹czeniowa, rozdzielcza

i zabezpieczaj¹ca, stanowi¹ca ele-
ment wyposa¿enia elektrycznego
pojazdów produkowanych seryjnie.
Zagadnienia dotycz¹ce perspektyw
rozwoju samochodowej instalacji
elektrycznej poruszane by³y w ar-
tykule opublikowanym w numerze
2/2002 „elektro. info”.

Od zastosowania elektrycznego

uk³adu zap³onowego w pier-
wszym pojeŸdzie z silnikiem zasi-

50 lat zasilanie samochodowych
odbiorników energii elektrycznej
pr¹dem o napiêciu 12 V (14 V)
uznawane jest za jeden z obowi¹-
zuj¹cych na ca³ym œwiecie stan-
dardów. Rosn¹ce oczekiwania na
coraz bogatsze i bardziej niezawo-
dne w dzia³aniu urz¹dzenia, sta-
nowi¹ce wyposa¿enie dodatkowe
produkowanych pojazdów, wymu-
szaj¹ przesy³anie coraz wiêkszej
mocy przy tak niskim napiêciu. Sy-
tuacja ta mobilizuje konstruktorów
do ci¹g³ego unowoczeœniania ele-
mentów standardowej instalacji
elektrycznej 12 V do czasu wpro-
wadzenia na szersz¹ skalê now-
szych rozwi¹zañ polegaj¹cych m.
in. na zmianie wartoœci znamiono-
wej napiêcia zasilaj¹cego. Obecnie
w coraz wiêkszej liczbie pojazdów,
jako alternatywny sposób zasilania,
wykorzystywane jest paliwo gazo-
we. Miêdzy innymi z tego wzglêdu
obowi¹zuj¹ce normy k³ad¹ wiêk-
szy nacisk nie tylko na jakoϾ
i niezawodnoϾ instalowanych
urz¹dzeñ elektrycznych, lecz rów-
nie¿ na bezpieczeñstwo ich u¿ytko-
wania.

sieæ

przewodowa

Z punktu widzenia przeznaczenia

oraz kryteriów doboru przewodów
³¹cz¹cych, stosuje siê cztery podsta-
wowe typy samochodowej instalacji
elektrycznej [1]:

n

A – instalacja samochodów
osobowych,

n

B – instalacja samochodów
ciê¿arowych i autobusów,

n

C – instalacja w samochodach
z przyczep¹,

n

S – instalacja pojazdów prze-
wo¿¹cych materia³y niebez-
pieczne lub drogocenne.

W pojazdach wyposa¿onych

w instalacjê elektryczn¹ typu S
wyró¿nia siê ponadto nastêpuj¹-
ce strefy ochronne:

n

01 – kabina i zabudowane
czêœci silnika,

n

02 – podwozie czêœci niebez-
piecznej (np. przestrzeñ pod
zbiornikiem cysterny),

n

03 – obudowane zespo³y czê-
œci niebezpiecznej (np. dystry-
butor).

Odrêbny podzia³ uwzglêdnia to-

pologiê sieci zasilaj¹cej (instalacja:
jedno–, dwu– lub trójprzewodowa)
oraz wartoœæ znamionow¹ napiêcia

dr in¿. Bernard Fryœkowski

Politechnika Warszawska

Dokonuj¹c zakupu wymarzonego

auta lub siedz¹c za jego

kierownic¹, niejednokrotnie nie

zastanawiamy siê nad

z³o¿onoœci¹ ogromnej liczby

uk³adów elektrycznych

umo¿liwiaj¹cych poprawne

dzia³anie silnika, zapewniaj¹cych

komfort podró¿y i czuwaj¹cych

nad naszym bezpieczeñstwem.

63

6/2003

www.elektro.info.pl

silaj¹cego odbiornik w sposób
ci¹g³y. Nale¿y równie¿ uwzglê-
dniæ mo¿liwoœæ pojawienia siê
napiêcia zasilaj¹cego instalacji
o wartoœci przekraczaj¹cej nawet
dwukrotnie wartoœæ znamionow¹
[3]. Spadek napiêcia na przewo-
dzie nie mo¿e przy tym przekro-
czyæ zadanej wartoœci granicznej.
W tabeli 1 przedstawiono dopusz-
czalne wartoœci natê¿enia pr¹du
Imax w pojedynczych przewo-
dach o ró¿nych przekrojach, sto-
sowanych w ró¿nego typu insta-
lacjach [1].

W przypadku okreœlania ob-

ci¹¿enia dla wi¹zek trójprzewodo-
wych, podane wartoœci nale¿y ob-
ni¿yæ o 35%, a dla wi¹zek sied-
mioprzewodowych – nawet
o 50% [1].

Obliczaj¹c przekroje przewo-

dów dla odbiorników dzia³aj¹cych
w trybie pracy dorywczej (np. kie-
runkowskazy, œwiat³a „stop”
itp.), stosuje siê kryteria pozwala-
j¹ce na u¿ycie przewodów
o mniejszym polu przekroju ni¿
wynika³oby to z warunków
okreœlonych dla pracy ci¹g³ej.
W tym celu dokonuje siê przeli-
czenia dopuszczalnej gêstoœci
pr¹du w przewodzie zgodnie
z zale¿noœci¹:

(1)

gdzie:

j

d

– dopuszczalna gêstoœæ pr¹du

w przewodzie przy pracy doryw-
czej,

j

c

– dopuszczalna gêstoœæ pr¹du

w przewodzie przy pracy ci¹g³ej,
k

i

– wspó³czynnik przeci¹¿enia

pr¹dowego obliczany wed³ug
wzoru:

(2)

gdzie:

t – czas przep³ywu pr¹du
w przewodzie,
T – sta³a czasowa nagrzewania
przewodu zdefiniowana jako iloraz
pojemnoœci cieplnej przewodu
i ciep³a oddanego z jego powie-
rzchni.

Jak ju¿ wspomniano, popraw-

na praca samochodowych urz¹-
dzeñ elektrycznych zale¿y od
w³aœciwego doboru przewodów,
pod wzglêdem dopuszczalnego
spadku napiêcia wystêpuj¹cego
na nich w czasie przep³ywu pr¹-
du obci¹¿enia. Ma to szczególne
znaczenie na etapie projektowania
instalacji elektrycznej pojazdów
o znacznych rozmiarach (autobu-
sy, naczepy itp.). W tabeli
2 przedstawiono wartoœci wzglê-
dne dopuszczalnego spadku na-
piêcia dU

max

na przewodach po-

szczególnych obwodów, odniesio-
ne do wartoœci znamionowej na-
piêcia zasilaj¹cego U

n

dla ró¿nych

typów instalacji [1].

Zgodnie z obowi¹zuj¹c¹ nor-

m¹ [1] w wiêkszoœci obwodów
(poza obwodem ³adowania i roz-
ruchowym) wzglêdny spadek na-
piêcia na przewodach mo¿na
okreœliæ doœwiadczalnie, mierz¹c
napiêcie miêdzy zaciskiem aku-
mulatora po³¹czonym z sieci¹
instalacji a zaciskiem zasilanego
urz¹dzenia oraz miêdzy zacis-
kiem akumulatora po³¹czonym
z mas¹ pojazdu a mas¹ zasila-
nego odbiornika. Wynik stanowi
suma zmierzonych spadków na-
piêcia, wyra¿ona w procentach
wartoœci znamionowej napiêcia
zasilaj¹cego. Korzystaj¹c z da-
nych zawartych w tabeli 2, obli-

cza siê dopuszczaln¹ d³ugoœæ
l

max

przewodu ³¹cz¹cego wybrany

odbiornik ze Ÿród³em zasilania,
zgodnie z zale¿noœci¹:

(3)

gdzie:

S – pole przekroju poprzecznego
przewodu,
Imax – maksymalna wartoœæ pr¹-
du odbiornika p³yn¹cego w prze-
wodzie,
k – wspó³czynnik uwzglêdniaj¹cy
spadki napiêcia na ³¹cznikach,
zale¿ny od ich liczby (k = 1,1

÷

1,6),
r – rezystywnoœæ materia³u,
z którego wykonano ¿y³ê prze-
wodu.

Poza faz¹ projektowania, wyni-

ki tego rodzaju obliczeñ uwzglê-
dnia siê w przypadku istotnych
zmian kszta³tu i wymiarów nad-
wozia lub sposobu rozmieszczenia
odbiorników, w kolejnych wers-
jach konstrukcyjnych samochodu
okreœlonej marki.

ochrona sieci

przewodowej

Instalowane w pojazdach prze-

wody musz¹ wykazywaæ odpor-
noœæ na dzia³anie: dodatnich
i ujemnych temperatur, wilgoci,
p³ynów u¿ytkowych oraz gazów.
Powinny równie¿ odznaczaæ siê
odpowiedni¹ wytrzyma³oœci¹ me-
chaniczn¹. Z tego wzglêdu w sa-
mochodach ciê¿arowych nie jest

zasilaj¹cego (12 V, 24 V). Wyboru
typu instalacji elektrycznej samocho-
du dokonuje siê w zale¿noœci od
przeznaczenia pojazdu oraz w po-
wi¹zaniu z moc¹ zainstalowanych
urz¹dzeñ elektrycznych. Dotyczy to
w szczególnoœci obwodu rozrucho-
wego, od którego parametrów w du-
¿ej mierze zale¿y przyjêcie wartoœci
napiêcia znamionowego zasilaj¹ce-
go instalacjê. Autorzy pracy [2]
wspó³pracuj¹cy z firm¹ Bosch za-
lecaj¹ napiêcie znamionowe 12 V
w instalacjach pojazdów wyposa-
¿onych w silniki benzynowe, o po-
jemnoœci skokowej nie przekracza-
j¹cej 7 dm

3

lub w silniki wysoko-

prê¿ne o pojemnoœci do 3 dm

3

.

W przypadku koniecznoœci rozru-
chu silników o wiêkszej pojemno-
œci lub znacznego oddalenia rozru-
sznika od Ÿród³a zasilania z regu-
³y wykorzystuje siê napiêcie 24 V.

dobór

przewodów

Zgodnie z obowi¹zuj¹cymi

normami, w pojazdach samocho-
dowych zaleca siê stosowanie
przewodów w izolacji gumowej
lub polwinitowej o polu przekroju
poprzecznego ¿y³y od 0,75 mm

2

do 120 mm

2

, zgodnie z przyjê-

tym szeregiem wartoœci [1]. Prze-
kroje przewodów dobiera siê
w taki sposób, aby nie przekro-
czyæ maksymalnej wartoœci gêsto-
œci pr¹du w warunkach dopusz-
czalnej temperatury przewodu za-

Pole przekroju poprzecznego

I

max

[A]

przewodu [mm

2

]

A, B, C S - strefa 01 S - strefy 02 i 03

0,75

4

3

1,5

1,0

6

5

2

1,5

10

8

4

2,5

15

12

6

4,0

25

20

10

6,0

40

25

15

10,0

60

40

25

Tabela 1 Dopuszczalne wartoœci I

max

w pojedynczych przewodach sa-

mochodowych instalacji elektrycznych typu A, B, C i S

Tabela 2 Wartoœci dU

max

dla ró¿-

nych typów samocho-

dowej instalacji elektry-

cznej

δU

max

A, B, C

S

³adowania

3,5%

rozruchu

6%

pozosta³e

10%

6%

Obwód

ra¿one s¹ na dzia³anie czynników
atmosferycznych, bez wzglêdu na
rodzaj zainstalowanego na ramie
urz¹dzenia. Wi¹zki przewodów
mog¹ równie¿ przebiegaæ w s¹-
siedztwie miejsc szczególnie nie-
bezpiecznych (strefy 02 i 03),
np. w sytuacji, gdy pojazd eks-
ploatowany bêdzie jako cysterna
do przewozu paliw. Na fot. 3 wi-
doczne jest rozwi¹zanie problemu
zabezpieczenia przewodów ³¹-
cz¹cych urz¹dzenia zainstalowane
w szczególnym punkcie, jakim
jest zbiornik paliwa.

Na uwagê zas³uguje widoczna

solidna plastikowa os³ona z³¹cza
elektrycznego, umieszczonego
w pewnym oddaleniu od zacis-
ków ³¹cz¹cych przewody paliwo-
we z filtrem paliwa. Kolejnym
problemem jest sposób zabezpie-
czenia przewodów i urz¹dzeñ
sygnalizacyjnych pracuj¹cych
w bliskim s¹siedztwie drogi. Ze
wzglêdu na swoje przeznaczenie
i umiejscowienie, s¹ one szcze-
gólnie nara¿one na wp³yw zanie-
czyszczeñ i uszkodzeñ mechani-
cznych. Obudowa urz¹dzenia syg-
nalizacyjnego powinna byæ wyj¹t-
kowo szczelna, umo¿liwiaj¹c przy
tym ³atwy demonta¿ w celu wy-
miany Ÿród³a œwiat³a. Widoczne
na fot. 4 zabezpieczenia obwodu
lampy obrysowej samochodu Vol-
vo FH12 pozwalaj¹ unikn¹æ
wp³ywu nawet takich czynników,
jak roztwór soli u¿ywanej zim¹
przez drogowców.

Na fot.i 5 przedstawiono spo-

sób mocowania i zabezpieczenia
przewodów prowadzonych
w przedziale silnika samochodu
terenowego Jeep Grand Cherokee.

Zamiast rurek zastosowano os-

³ony ze specjalnej tkaniny wyko-
nane w formie oplotu. Istotn¹ za-
let¹ jest w tym przypadku zmniej-
szenie wra¿liwoœci os³ony na pê-
kanie pod wp³ywem pojawiaj¹-
cych siê naprê¿eñ. Rozwi¹zanie
to u³atwia równie¿ wymianê po-
jedynczego przewodu wi¹zki,
zw³aszcza w tych przypadkach,
kiedy trudno jest liczyæ na pomoc
autoryzowanego serwisu. Osobn¹

64

www.elektro.info.pl

6/2003

zalecane stosowanie przewodów
o przekrojach mniejszych ni¿
1 mm

2

[2]. Nie bez znaczenia po-

zostaje sposób prowadzenia i uk-
³adania przewodów. Aby wskutek
dzia³ania temperatury oraz prze-
mieszczeñ elementów konstrukcyj-
nych nadwozia przewody nie ule-
ga³y naprê¿eniu, nale¿y uk³adaæ
je luŸno z wyraŸnym zapasem.
Pojedyncze przewody przepuszcza
siê przez otwory konstrukcyjne
nadwozia w specjalnych gumo-
wych ochraniaczach, zabezpiecza-
j¹cych przed uszkodzeniami me-
chanicznymi i mo¿liwoœci¹ wy-
st¹pienia zwarcia do masy. Prze-
wody w wiêkszej liczbie, biegn¹-
ce tym samym torem, uk³ada siê
we wspólnych wi¹zkach. W star-
szych samochodach osobowych
wi¹zki przewodowe prowadzone
by³y czêsto bez jakichkolwiek za-
bezpieczeñ, w postaci pêku prze-
wodów sklejonych taœm¹ izolacyj-
n¹ (Skoda Favorit) lub w skraj-
nych przypadkach – zwi¹zanych
sznurkiem (Fiat 126p). W instala-
cjach elektrycznych obecnie produ-
kowanych pojazdów wiêkszoœæ
wi¹zek przewodowych, zw³aszcza
tych, które u³o¿one s¹ w prze-
dziale silnika, prowadzi siê w rur-
kach karbowanych przypominaj¹-
cych znane w budownictwie rurki
Peschla. Dobrym przyk³adem mo-
¿e byæ tu zarówno sieæ przewodo-
wa zasilaj¹ca cewki wtryskiwaczy
pojazdu tej klasy, co Alfa Romeo
156 GTA (fot. 1), jak i tzw. wi¹z-
ka przedniego zderzaka popularne-
go w Polsce samochodu Daewoo
Lanos.

Szczególne wymagania doty-

cz¹ ochrony sieci przewodowej in-
stalacji elektrycznej pojazdów u¿y-
tkowanych w trudnych warun-
kach lub przewo¿¹cych materia³y
niebezpieczne. Na fot. 2 widoczny
jest sposób prowadzenia przewo-
dów o d³ugoœci rzêdu kilku me-
trów, zasilaj¹cych elektroniczny
uk³ad wspomagania hamowania
EBS samochodu ciê¿arowego Vol-
vo FH12.

W ci¹gu ca³ego okresu u¿yt-

kowania pojazdu przewody te na-

Fot. 1 Os³ony przewodów zasilaj¹cych cewki wtryskiwaczy trzech cylindrów (Al-

fa Romeo 156 GTA)

Fot. 2 Sposób prowadzenia i ochrony wi¹zek przewodowych modu³u EBS (Volvo

FH12)

Fot. 3 Przewody ³¹cz¹ce urz¹dzenia umieszczone w zbiorniku paliwa (Volvo

FH12)

65

6/2003

www.elektro.info.pl

grupê elementów wspó³pracuj¹-
cych z sieci¹ przewodow¹ insta-
lacji elektrycznej pojazdu stanowi¹
z³¹cza i zabezpieczenia przed
przeci¹¿eniem, którym poœwiêco-
na zostanie druga czêœæ artyku³u.

q

literatura

1. PN–S–76021: 1998 Instalacja elek-

tryczna pojazdów samochodowych.

2. Praca zbiorowa, Autoelektrik, Autoe-

lektronik, Bosch, Vieweg, Wiesbaden
1998.

3. PN–S–76020: 1997 Urz¹dzenia

elektroniczne pojazdów samocho-
dowych.

Fot. 4 Zabezpieczenie przewodów lampy obrysowej (Volvo FH12)

Fot. 5 Oplot wi¹zki przewodów samochodu terenowego Jeep Grand Cherokee