Was Spannungsfall ist
Jeder Leiter hat einen Widerstand. Fließt Strom, wird ein Teil der Versorgungsspannung verbraucht, um ihn durch das Kabel zu treiben, sodass die Spannung an der Last niedriger ist als an der Quelle. Der Verlust ist proportional zu drei Größen: dem Leiterwiderstand pro Kilometer, der Trassenlänge und dem Strom. Verdoppelt sich die Trassenlänge, verdoppelt sich der Spannungsfall; halbiert man den Widerstand durch einen größeren Leiter, halbiert sich der Spannungsfall.
Zu viel Spannungsfall verursacht reale Probleme. Motoren laufen langsam an und werden heiß, Beleuchtung wird dunkler, elektronische Geräte lösen wegen Unterspannung aus, und in Solaranlagen geht Energie schlicht als Wärme im Kabel verloren. Errichtungsvorschriften und Projektspezifikationen legen daher ein Maximum fest, meist als Prozentsatz der Nennspannung, entweder je Stromkreis oder für die gesamte Anlage vom Einspeisepunkt bis zur entferntesten Last. Die anzuwendende Grenze stammt aus den maßgebenden Vorschriften oder vom Projektplaner; dieser Beitrag erklärt die Methode, nicht die Grenze.
Die Grundrechnung
In einem Gleichstromkreis oder einem einphasigen Wechselstromkreis fließt der Strom über einen Leiter hin und über den anderen zurück, die Leiterlänge ist also doppelt so groß wie die Trassenlänge. Eine einfache ohmsche Abschätzung lautet:
- Gleichstrom oder einphasig: Spannungsfall = 2 x Trassenlänge (km) x Widerstand (ohm/km) x Strom.
- Symmetrisch dreiphasig: Spannungsfall Leiter-Leiter = 1,732 x Trassenlänge (km) x Widerstand (ohm/km) x Strom.
Diese Formeln vernachlässigen Reaktanz und Leistungsfaktor, die bei größeren Wechselstromkabeln wichtig sind, und verwenden den Widerstand bei einer einzigen Temperatur. Sie reichen aus, um den Einfluss von Querschnitt und Länge zu sehen, und darum geht es in diesem Beitrag. Die eigentliche Planung verwendet die mV-pro-Ampere-und-Meter-Tabellen oder das vollständige Impedanzverfahren der maßgebenden Errichtungsvorschriften bei Betriebstemperatur des Leiters.
Die Widerstandswerte stammen aus IEC 60228 oder dem Kabeldatenblatt. Für Kupfer der Klasse 2 betragen sie 7,41 ohm/km für 2,5 mm2, 4,61 für 4 mm2, 3,08 für 6 mm2, 1,83 für 10 mm2 und 1,15 für 16 mm2, jeweils bei 20 °C. Bei Betriebstemperatur ist der Widerstand höher: Ein Kupferleiter nahe der 90-°C-Grenze von XLPE hat etwa ein Viertel mehr Widerstand als bei 20 °C, daher verwenden Planungsrechnungen den Warmwert.
Ein Rechenvergleich ohne Strombelastbarkeiten
Um Strombelastbarkeiten aus dem Spiel zu lassen, gibt die Tabelle den Spannungsfall je Ampere Laststrom an. Multiplizieren Sie mit dem Bemessungsstrom Ihres Stromkreises, um den Spannungsfall in Volt zu erhalten, und teilen Sie durch die Nennspannung, um einen Prozentwert zu erhalten. Die Trasse ist 100 m einphasig, also 200 m Leiter, mit den Widerstandswerten bei 20 °C.
| Querschnitt | Widerstand, ohm/km | Schleifenwiderstand, ohm | Verlorene Volt je Ampere |
|---|---|---|---|
| 2,5 mm2 | 7,41 | 1,482 | etwa 1,48 V |
| 4 mm2 | 4,61 | 0,922 | etwa 0,92 V |
| 6 mm2 | 3,08 | 0,616 | etwa 0,62 V |
| 10 mm2 | 1,83 | 0,366 | etwa 0,37 V |
| 16 mm2 | 1,15 | 0,230 | etwa 0,23 V |
Entscheidend ist das Muster: Jede Querschnittsstufe senkt den Verlust um etwa ein Drittel bis zwei Fünftel. Auf einer 100-m-Trasse verringert der Wechsel von 2,5 mm2 auf 6 mm2 den Spannungsfall auf deutlich unter die Hälfte. Auf einer 20-m-Trasse würde derselbe Stromkreis nur ein Fünftel davon verlieren, und der kleinere Querschnitt könnte ausreichen. Deshalb können zwei Stromkreise mit gleicher Last bei sehr unterschiedlichen Kabeln landen.
Dieselbe Rechnung funktioniert für Drehstromzuleitungen. Eine 200-m-Trasse in Kupfer 4x25 mm2, der Referenz-Niederspannungskonstruktion mit 0,727 ohm/km, ergibt 1,732 x 0,2 x 0,727, also etwa 0,25 V Leiter-Leiter je Ampere Phasenstrom bei 20 °C. Vergleichen Sie das mit dem Warmwiderstand und der Reaktanz aus dem Datenblatt, bevor Sie sich darauf verlassen; der Planer tut in der endgültigen Planung genau das.
Wo der Spannungsfall meist maßgebend ist
Der Spannungsfall bestimmt den Querschnitt meist in einigen wiederkehrenden Situationen:
- Solar-DC-Stränge und -Zuleitungen: Die Ströme sind moderat, die Strecken über ein Gelände aber lang, und jedes verlorene Volt ist verlorene Energie. Das Referenzkabel H1Z2Z2-K 1x4 mm2 auf der Seite zu Solarkabeln hat maximal 5,09 ohm/km bei verzinnter Klasse 5; 6 mm2 haben 3,39 ohm/km. Über eine 50-m-Trasse verliert das 4-mm2-Kabel bei 20 °C etwa 0,51 V je Ampere, das 6-mm2-Kabel etwa 0,34 V.
- Nebengebäude, Pumpen und Straßenbeleuchtung: lange einzelne Stromkreise bei niedriger Spannung.
- Motorstromkreise: Der Anlaufstrom beträgt ein Mehrfaches des Betriebsstroms, sodass der Spannungsfall beim Anlauf der begrenzende Fall sein kann.
- Kleinspannungs-Gleichstromsysteme: Bei 12, 24 oder 48 V ist ein Spannungsfall von ein oder zwei Volt ein großer Prozentsatz.
- Aluminiumzuleitungen: Aluminium 95 mm2 hat 0,320 ohm/km gegenüber 0,193 für Kupfer 95 mm2, eine Aluminiumplanung muss daher vergrößert werden; siehe den Beitrag Kupfer oder Aluminium.
Spannungsfall und die Kaufentscheidung
Der Spannungsfall ist einer der Nachweise der Methode zur Querschnittswahl, neben Strombelastbarkeit und Kurzschlussfestigkeit. Das größte Ergebnis bestimmt den Querschnitt. Für Einkäufer folgen daraus drei praktische Punkte.
Erstens ist ein wegen des Spannungsfalls gewählter größerer Querschnitt keine Überdimensionierung; er ist der richtige Querschnitt für diese Trasse, und einen Lieferanten, der vorschlägt, auf einer langen Strecke eine Stufe kleiner zu gehen, um Kupfer zu sparen, sollte man um die Spannungsfallrechnung bitten. Zweitens hängt der Spannungsfall vom tatsächlichen Leiterwiderstand ab, der Leiter muss also seine Grenze nach IEC 60228 einhalten; ein unterdimensionierter Leiter erhöht den Spannungsfall ebenso wie die Erwärmung, ein weiterer Grund, warum die Widerstandsprüfung wichtig ist. Drittens sind die Mehrkosten eines größeren Leiters auf einer langen Strecke oft gering im Vergleich zur über Jahre des Betriebs verlorenen Energie, was Projektplaner in der Planung abwägen.
Kupfer macht den größten Teil der Kosten eines Energiekabels aus, und bei einem LME-Dreimonatspreis für Kupfer von rund 14.315 USD je Tonne am 21. Oktober 2026 suchen Einkäufer verständlicherweise nach Einsparungen. Der richtige Ort dafür sind die Planungsdaten, nicht das nachträgliche Kürzen von Querschnitten nach der Rechnung. Wenn die Querschnitte bestätigt sind, nimmt das Anfrageformular Querschnitte und Längen je Stromkreis auf, und der Leitfaden zur Kabelbemessung erklärt die vollständige Methode.