Der Spannungsabfall ist der stille Leistungskiller elektrischer Leitungen: Das Kabel ist sicher, der Unterbrecher hält, und dennoch laufen die Motoren heiß, LED-Treiber summen und Werkzeuge verlieren am Ende eines langen Kabels Strom. In diesem Leitfaden wird erläutert, wie der Spannungsabfall berechnet wird, warum bei langen Leitungen ein größerer Draht erforderlich ist, welcher Unterschied zwischen Kupfer und Aluminium besteht und wie sich der Spannungsabfall von der Stromstärkendimensionierung unterscheidet, die Ihre örtlichen Vorschriften tatsächlich erfordern.

Warum lange Strecken größere Drähte benötigen

Jeder Leiter hat einen Widerstand, und der Widerstand wächst mit der Länge. Der Spannungsabfall ist einfach das Ohmsche Gesetz, das auf diesen Widerstand angewendet wird: Je weiter der Strom fließt, desto mehr Spannung geht als Wärme im Draht verloren. Da der Strom zur Last und zurück fließen muss, benötigt ein Einphasen- oder Gleichstromkreis in der Formel die doppelte Einwegdistanz.

Die praktische Konsequenz ist, dass ein Draht, der perfekt für den Strom dimensioniert ist, immer noch zu viel Spannung über die Distanz abwerfen kann. Durch die Verdoppelung des Laufs verdoppelt sich in etwa der Abfall, sodass ein Messgerät, das bei 25 Fuß in Ordnung ist, bei 100 Fuß stark versagen kann. Die Lösung ist ein größerer Leiter (mehr kreisförmige Mils bedeuten weniger Widerstand) oder, wo möglich, eine höhere Systemspannung.

Die 3 %- und 5 %-Regel

Der National Electrical Code schreibt keinen maximalen Spannungsabfall vor, aber ein Informationshinweis zu NEC 210.19 (Zweigstromkreise) und 215 (Einspeisungen) empfiehlt, den Spannungsabfall bei oder unter 3 % in einem Abzweigstromkreis und 5 % über der Einspeisung plus Abzweig zusammen zu halten. Wenn diese Werte unterschritten werden, bleibt die Ausrüstung mit der Nennspannung in Betrieb, schützt die Motorwicklungen und vermeidet schwache Beleuchtung und störende Gerätefehler.

Dieser Rechner markiert alles über 3 % als lohnenswert für eine Aufrüstung und alles über 5 % als außerhalb der Spezifikation. Behandeln Sie die Prozentsätze als Designziele: Kritische Lasten wie Motoren und empfindliche Elektronik profitieren davon, wenn sie deutlich unter 3 % bleiben.

Kupfer versus Aluminium

Kupfer leitet besser als Aluminium, daher fällt bei gleicher Stärke weniger Spannung ab. Der K-Faktor spiegelt dies wider: 12,9 für Kupfer gegenüber 21,2 für Aluminium, was bedeutet, dass bei Aluminium bei gleicher Größe etwa 64 % mehr Spannung abfällt. Aluminium ist leichter und billiger, weshalb es in Versorgungsleitungen und großen Serviceeingängen vorherrscht. Im Allgemeinen wird es jedoch ein bis zwei AWG-Stufen größer dimensioniert als Kupfer, um sowohl Strombelastbarkeit als auch Spannungsabfall auszugleichen. Aluminium erfordert außerdem eine antioxidative Verbindung und Nennanschlüsse.

Spannungsabfall ist keine Strombelastbarkeit

Es ist leicht, die beiden zu verwechseln. Die Strombelastbarkeit ist der maximale Strom, den ein Leiter ohne Überhitzung führen kann, und stellt eine strenge Sicherheitsanforderung der NEC-Tabelle 310.16 dar. Der Spannungsabfall ist ein Leistungsmaß dafür, wie viel Spannung die Auslösung übersteht. Ein Leiter kann der Strombelastbarkeit genügen und dennoch auf lange Sicht zu viel Spannung abwerfen, und zwar genau dann, wenn Sie die Strombelastbarkeit über die für die Strombelastbarkeit erforderliche Stärke hinaus erhöhen. Bestimmen Sie immer zuerst die Strombelastbarkeit mithilfe eines Kabelgrößenrechners, prüfen Sie dann den Spannungsabfall und erhöhen Sie die Leistung bei Bedarf.