Spannungsfall berechnen: Formel, Grenzwerte, Grenzlänge
Der Spannungsfall ist der Anteil der Spannung, der auf dem Weg zum Verbraucher in der Leitung verlorengeht. Er wächst mit Länge und Strom und sinkt mit dem Querschnitt.
Wie berechnet man den Spannungsfall?
Bei Wechselstrom gilt ΔU = 2 · L · I · cos φ / (κ · A): L ist die einfache Leitungslänge, I der Strom, A der Querschnitt, κ die Leitfähigkeit. Die 2 steht für Hin- und Rückweg.
Bei Drehstrom tritt an die Stelle der 2 der Faktor √3, weil sich die drei Außenleiter gegenseitig ausgleichen. Für Kupfer wird κ mit 56 m/(Ω·mm²) gerechnet — allerdings gilt der Wert bei 20 °C. Eine Leitung an ihrer Belastungsgrenze wird 70 °C warm, dort sind es nur noch rund 46,8. Wer mit 56 rechnet, bekommt einen zu kleinen Spannungsfall heraus.
Wie berechnet man den Spannungsabfall?
Gleich — Spannungsabfall und Spannungsfall sind dasselbe. „Spannungsfall" ist der Begriff der Normen, „Spannungsabfall" der umgangssprachliche.
Beide meinen die Differenz zwischen der Spannung am Anfang und am Ende der Leitung. Wer danach sucht, findet dieselben Formeln; die Normtexte in DIN VDE 0100-520 und DIN 18015-1 benutzen durchgehend „Spannungsfall".
Wie viel Spannungsabfall ist zulässig 400V?
Dieselben Prozentsätze wie bei 230 V. Der Grenzwert ist relativ, nicht absolut — 3 % sind bei 400 V eben 12 V statt 6,9 V.
DIN 18015-1 verlangt für Wohngebäude höchstens 3 % zwischen Zählplatz und Verbrauchsmittel. DIN VDE 0100-520 empfiehlt darüber hinaus 3 % für Beleuchtungsstromkreise und 5 % für andere Stromkreise, gerechnet ab dem Übergabepunkt. Dass Drehstrom höhere Ströme trägt, ändert die Prozentregel nicht — es ändert nur, dass man bei denselben Prozenten mehr Leistung über dieselbe Leitung bringt.
Was bedeutet 5% Spannungsfall?
Dass am Verbrauchsmittel noch 95 % der Nennspannung ankommen — bei 230 V also 218,5 V, bei 400 V rund 380 V. Die fehlenden 5 % werden in der Leitung in Wärme umgesetzt.
Das ist kein Sicherheitsgrenzwert, sondern ein Funktions- und Wirtschaftlichkeitswert. Zu wenig Spannung heißt: Motoren laufen schwerer an, Heizgeräte brauchen länger, LED-Treiber arbeiten außerhalb ihres Auslegungspunkts. Und die Verlustleistung bezahlt der Betreiber dauerhaft mit.
Für die Abschaltbedingung im Fehlerfall ist dagegen die Schleifenimpedanz maßgeblich, nicht der Spannungsfall — das sind zwei verschiedene Nachweise nach DIN VDE 0100-410.
Der Umweg über die Grenzlänge
In der Praxis rechnet man selten den Spannungsfall aus, sondern fragt umgekehrt: wie lang darf die Leitung bei gegebenem Querschnitt höchstens werden? Die Formel wird dazu nach L umgestellt.
Genau das macht der Spannungsfall-Rechner — und er prüft beide Bedingungen gemeinsam, weil eine Leitung zwei Anforderungen erfüllen muss: sie darf thermisch nicht überlastet werden und der Spannungsfall muss im Rahmen bleiben. Welche der beiden zuerst greift, hängt von der Länge ab: kurze Leitungen scheitern an der Strombelastbarkeit, lange am Spannungsfall. Den Querschnitt aus beidem zusammen bestimmt der Kabelquerschnitt-Rechner.
Alle sechs Auslegungshilfen zusammen stehen unter Rechner und Auslegungshilfen.
Passendes Material
Absicherung und Verteilung stehen unter Leitungsschutzschalter und Unterverteilung; welche Charakteristik zur Leitung passt, erklärt Auslösecharakteristik B, C oder D.
