Kabelquerschnitt und Spannungsfall berechnen

Was ist der Spannungsfall?

Ein Kabel besitzt einen elektrischen Widerstand. Bei Stromfluss geht ein Teil der Versorgungsspannung entlang des Kabels verloren, sodass an der Last eine niedrigere Spannung anliegt. Bei zu großem Spannungsfall werden Motoren heiß, Lampen dunkler und elektronische Geräte schalten ab. Vorschriften und Anforderungen begrenzen deshalb den Spannungsfall.

Formel

Einphasiger Wechselstrom und Gleichstrom: ΔV = 2 × L × I × (ρ / S × cos φ + x × sin φ)

Drehstrom: ΔV = √3 × L × I × (ρ / S × cos φ + x × sin φ)

L ist die einfache Leitungslänge (m), I der Strom (A), S der Leiterquerschnitt (mm²), ρ der spezifische Widerstand (Ω·mm²/m) und x die Reaktanz je Längeneinheit (Ω/m). Bei Reaktanz null und Leistungsfaktor 1 folgt die bekannte Handformel ΔV = 2 × L × I / (k × S). k ist die Leitfähigkeit: 56 für Kupfer und 35 für Aluminium.

Beispiel

Eine Last mit 16 A wird über 25 m einfache Leitungslänge bei 230 V einphasig durch Kupferleiter mit 2,5 mm² versorgt. ΔV = 2 × 25 × 16 / (56 × 2,5) = 5,71 V. Das sind 2,48 % von 230 V.

Welcher spezifische Widerstand?

Die Leitfähigkeit 56 entspricht ungefähr kaltem Kupfer. Unter Last erwärmt sich das Kabel, und sein Widerstand steigt. IEC 60364-5-52 Anhang G verwendet bei Betriebstemperatur das 1,25fache des spezifischen Widerstands bei 20 °C: 0,0225 für Kupfer und 0,036 Ω·mm²/m für Aluminium. Im selben Beispiel ergeben sich dann 7,2 V oder 3,13 %. Verwenden Sie für eine konservative Abschätzung die Option nach IEC.

Umfang des Querschnittsvorschlags

Die Ansicht „Querschnitt vorschlagen“ liefert den kleinsten Normquerschnitt, der die eingegebene Spannungsfallgrenze erfüllt. Das bedeutet nicht, dass das Kabel diesen Strom tragen kann. Die Strombelastbarkeit hängt von der Verlegeart (im Rohr, auf Kabeltrasse, im Erdreich), der Umgebungstemperatur, der Häufung und dem Isolierstoff ab. Sie wird aus den Tabellen nach IEC 60364-5-52 oder der geltenden nationalen Norm entnommen. Bei kurzen Leitungen bestimmt meist die Strombelastbarkeit den Querschnitt, bei langen Leitungen der Spannungsfall. Prüfen Sie beides und verwenden Sie den größeren Querschnitt. Schutzeinrichtung und Kurzschlussfestigkeit werden ebenfalls gesondert geprüft.

Grenzen

Die Rechnung nimmt eine konzentrierte Last am Leitungsende und bei Drehstrom symmetrische Belastung an. Stromverdrängung bei großen Querschnitten, Oberschwingungen und Motoranlaufstrom werden nicht berücksichtigt.

Häufige Fragen

Wie berechne ich den Spannungsfall in einem Kabel?

Bei einem einphasigen Stromkreis mit 230 V, 25 m einfacher Leitungslänge, 16 A Last und Kupferleitern mit 2,5 mm² ergibt die Annahme kalter Leiter einen Spannungsfall von 5,714 V oder 2,484 %. Beide Leiter sind bei Leistungsfaktor eins und Reaktanz null enthalten. Ein unter Last erwärmter Leiter hat einen größeren Spannungsfall. Für eine sichere Vorbemessung sind der spezifische Widerstand bei Betriebstemperatur sowie Prüfungen der Strombelastbarkeit, Kurzschlussfestigkeit und Schutzeinrichtung nötig.

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