So funktioniert der Rechner für Kabelquerschnitt und Spannungsfall
Ein Kabel muss zwei Prüfungen bestehen. Es muss den Strom ohne Überhitzung tragen (seine Strombelastbarkeit), und es muss ihn liefern, ohne unterwegs zu viel Spannung zu verlieren. Bei kurzen Leitungen begrenzt meist die Strombelastbarkeit; lange Leitungen, niedrige Spannungen und Solarstromkreise scheitern fast immer am Spannungsfall. Der Rechner prüft beides und empfiehlt den kleinsten Normquerschnitt, der besteht.
Für den Spannungsfall nimmt er die Leiterwiderstände nach IEC 60228 (mehrdrähtiges Kupfer oder Aluminium) und rechnet sie auf die Betriebstemperatur des Leiters um. Der Widerstand von Kupfer steigt um etwa 0,39 % pro °C, ein Kabel mit 70 °C hat also 20 % mehr Widerstand als bei 20 °C. Bei Wechselstromkreisen kommen eine typische Kabelreaktanz und der Leistungsfaktor hinzu. Für die Strombelastbarkeit startet der Rechner bei der Referenztabelle der IEC 60364-5-52 (PVC-Isolierung, Kupfer, direkt auf der Wand verlegt) und wendet Faktoren für Verlegeart, VPE-Isolierung, Umgebungstemperatur, Häufung mit anderen Stromkreisen und Aluminiumleiter an.
Außerdem zeigt er die Verlustleistung im Kabel, den jährlichen Energieverlust, die maximale Länge für jeden Querschnitt und die AWG-Entsprechung.
Die Formeln
Rechenbeispiel: Wallbox mit 7,4 kW in 25 m Entfernung
Der Standardfall ist eine einphasige Wallbox mit 230 V und 32 A, 25 m vom Verteiler entfernt, angeschlossen mit einem Kupfer-PVC-Kabel auf der Wand und einer Grenze von 3 % Spannungsfall.
- Nach der Strombelastbarkeit allein wären 4 mm² erlaubt (36 A bei Verlegeart C).
- Bei 4 mm² fallen aber 8,8 V ab (3,84 %), mehr als erlaubt.
- Bei 6 mm² fallen 5,9 V ab (2,56 %), das Kabel trägt bis zu 46 A und verheizt bei voller Leistung etwa 189 W. Das ist die Empfehlung (≈ 8 AWG). Die maximale Länge bei 3 % liegt bei etwa 29 m.
- Der exakte Querschnitt für 3 % wären 4,96 mm²; mit 10 mm² halbiert sich der Verlust fast auf 112 W.
So liest du die Ergebnisse
- Empfohlenes Kabel ist der kleinste Normquerschnitt, der beide Grenzen einhält. Die beiden Kacheln „Mindestquerschnitt“ zeigen, welche Grenze ausschlaggebend ist.
- Verlustleistung zählt bei allem, was viele Stunden läuft: Bei Solarstromkreisen und Wärmepumpen zahlt sich ein Querschnitt mehr oft über geringere Verluste aus.
- Max. Länge bei diesem Querschnitt beantwortet die häufige Frage „Wie weit kann ich dieses Kabel verlegen?“
- Die Vergleichstabelle zeigt Spannungsfall, Verlust und Belastbarkeit für benachbarte Querschnitte, damit du Kupferkosten gegen Verluste abwägen kannst.
Typische Werte (Kupfer, 70 °C, 3 % Spannungsfall, einphasig 230 V)
| Verbraucher | Strom | 10 m | 25 m | 50 m |
|---|---|---|---|---|
| Steckdosenkreis 2,3 kW | 10 A | 1,5 mm² | 2,5 mm² | 4 mm² |
| 3,7 kW (16 A) | 16 A | 1,5 mm² | 4 mm² | 6 mm² |
| Wallbox 7,4 kW | 32 A | 4 mm² | 6 mm² | 16 mm² |
| 11 kW (Drehstrom 400 V, 16 A) | 16 A | 1,5 mm² | 1,5 mm² | 4 mm² |
Drehstromkreise kommen bei gleicher Leistung mit viel dünneren Kabeln aus: Der Strom pro Leiter ist niedriger, und der Faktor √3 ersetzt den Faktor 2.
Tipps
- Nimm die einfache Leitungslänge, einschließlich senkrechter Strecken und Umwege. Der Rückleiter ist in der Formel schon berücksichtigt.
- Erhöh die Spannung, bevor du mehr Kupfer verlegst. Doppelte Spannung halbiert den Strom und viertelt den prozentualen Spannungsfall bei gleichem Kabel.
- Leg Solar-DC-Kabel auf 1–2 % Spannungsfall aus und prüf sie beim Betriebsstrom des Strings; siehe den Rechner für die Stringauslegung.
- Batteriekabel führen die größten Ströme im System und müssen auch zur Sicherung passen. Leg sie mit dem Dauer- und Spitzenstrom der Batterie aus dem Rechner für die Batteriebank aus.
- Reduziere an heißen Orten. Kabel im Dachraum oder entlang von PV-Modulen können bei 50–70 °C Umgebungstemperatur liegen, was die Belastbarkeit von PVC-Kabeln stark senkt; nimm VPE- oder Solarkabel.
Grenzen
Die Strombelastbarkeiten hier sind Richtwerte aus den Referenztabellen der IEC 60364-5-52 mit vereinfachten Korrekturfaktoren. Den rechtlich verbindlichen Mindestquerschnitt bestimmen nationale Normen (BS 7671, NEC Article 310, VDE 0298-4 und andere), die Schutzeinrichtung und die Anforderungen an die Kurzschlussfestigkeit. Die Reaktanz ist ein typischer Wert für mehradrige Kabel und fällt bei weit auseinanderliegenden Einzeladern höher aus. Oberschwingungsströme im Neutralleiter, Motoranlauf und Schleifenimpedanz prüft der Rechner nicht. Lass Installationen von einer Elektrofachkraft planen und prüfen.
Methode & Annahmen
Strom: DC und einphasig I = P ÷ (V × cos φ); dreiphasig I = P ÷ (√3 × V_LL × cos φ). Widerstand pro Meter nach IEC 60228 bei 20 °C, korrigiert mit R_T = R_20 × [1 + α(T − 20)] (α = 0,00393 Cu, 0,00403 Al).
Spannungsfall ΔV = k × L × I × (R cos φ + X sin φ), k = 2 bei DC/einphasig (Hin- und Rückleiter), √3 bei dreiphasig. Verlustleistung = n × I² × R × L (n = 2 oder 3 Leiter). Empfohlen wird der kleinste Normquerschnitt, der sowohl die Spannungsfallgrenze als auch die reduzierte Strombelastbarkeit einhält (Tabelle IEC 60364-5-52, Verlegeart C, × Faktoren für Verlegeart, Isolierung, Umgebungstemperatur und Häufung; Aluminium × 0,78).
Häufige Fragen
Wie berechne ich den Spannungsfall in einem Kabel?
Wie hoch darf der Spannungsfall maximal sein?
Welchen Kabelquerschnitt brauche ich für eine Wallbox mit 32 A?
Welchen Kabelquerschnitt brauche ich bei 12 V?
Wie rechne ich mm² in AWG um?
Ist ein Aluminiumkabel so gut wie Kupfer?
Quellen & Literatur
- IEC 60364-5-52: Low-voltage electrical installations: Selection and erection of wiring systems (current-carrying capacity, voltage drop)
- IEC 60228: Conductors of insulated cables (DC resistance values)
- NFPA 70 National Electrical Code: Article 310 (conductor ampacity) and informational notes on voltage drop
- IEC 62548-1: PV arrays design requirements (DC cable sizing)
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