Über Spannungsfall-Rechner
Der Spannungsfall-Rechner ermittelt, wie viel Spannung entlang eines elektrischen Leiters verloren geht, der einen gegebenen Laststrom über eine gegebene Entfernung führt. Ein zu großer Spannungsfall verursacht dunkle Beleuchtung, Fehlauslösungen von Geräten, überhitzende Motoren und Energieverluste; die Regelwerke empfehlen daher, ihn auf wenige Prozent der Nennspannung zu begrenzen.
Wählen Sie ein- oder dreiphasig, einen Kupfer- oder Aluminiumleiter aus der integrierten Widerstandstabelle (metrische Querschnitte nach IEC 60228 und nordamerikanische AWG/kcmil-Größen) und geben Sie Leitungslänge, Laststrom, Leistungsfaktor und Systemspannung ein. Das Tool weist den Spannungsfall in Volt und Prozent aus, die am Verbraucher ankommende Spannung und ob der Stromkreis die üblichen NEC- und IEC-Grenzen einhält.
So funktioniert es
- Wählen Sie die Phasenkonfiguration (ein- oder dreiphasig) und das Leitermaterial (Kupfer oder Aluminium).
- Wählen Sie einen Leiterquerschnitt; das Tool schlägt dessen Wechselstromwiderstand (und Reaktanz) je Kilometer in der integrierten Tabelle nach.
- Geben Sie die einfache Leitungslänge (m), den Laststrom (A), die Systemspannung (V) und den Leistungsfaktor ein.
- Optional berücksichtigen Sie die Leiterreaktanz und parallele Leiter je Phase; der Rechner liefert den Spannungsfall, die Endspannung und PASS/EXCEEDS-Kennzeichen gegen die NEC- und IEC-Grenzen.
Rechenbeispiel
Eine dreiphasige Zuleitung verwendet Kupferleiter mit 50 mm^2 und einem Wechselstromwiderstand von 0.463 ohm/km. Sie führt 100 A über eine einfache Länge von 60 m bei Leistungsfaktor 1 in einem 400-V-System. Der Spannungsfall der Leitung beträgt Vd = sqrt(3) * I * L * R / 1000 = 1.732 * 100 * 60 * 0.463 / 1000 = 4.81 V, also 4.81 / 400 = 1.20%. Die Spannung am Verbraucher beträgt 400 - 4.81 = 395.2 V und liegt damit deutlich innerhalb der NEC-Grenze von 3% für den Stromkreis und der IEC-60364-Grenze von 4%.
Formeln
- Single-phase voltage drop
Vd = 2 * I * L * (R*cos(phi) + X*sin(phi)) / 1000- Three-phase voltage drop
Vd = sqrt(3) * I * L * (R*cos(phi) + X*sin(phi)) / 1000- Resistive simplification (pf = 1, X = 0)
Vd_1ph = 2*L*I*R/1000 | Vd_3ph = sqrt(3)*L*I*R/1000- Drop percent and end voltage
Vd% = 100 * Vd / V_system | V_end = V_system - Vd
Normen & Quellen
- NEC (NFPA 70) 210.19(A) & 215.2(A) FPN — 3% branch, 5% total recommendation
- IEC 60364-5-52 — 4% typical voltage drop limit
- NEC Chapter 9, Table 8/9 — conductor resistance and reactance
- IEC 60228 — standard conductor cross-sections
Häufig gestellte Fragen
Warum steht in der einphasigen Formel eine 2 und in der dreiphasigen sqrt(3)?
Einphasiger Strom fließt über den Außenleiter hin und über den Neutralleiter zurück, der Spannungsfall entsteht also über zwei Leiterlängen — daher der Faktor 2. In einem symmetrischen Drehstromsystem heben sich die Rückströme auf, und der Spannungsfall zwischen den Außenleitern ergibt sich zu sqrt(3) (etwa 1.732) mal dem Fall je Leiter.
Auf welchen Spannungsfall sollte ich auslegen?
Der NEC empfiehlt höchstens 3% im Endstromkreis und 5% für Zuleitung plus Endstromkreis zusammen. IEC 60364 verwendet üblicherweise 4% für allgemeine Stromkreise. Das sind Empfehlungen für Effizienz und Geräteverhalten, keine harten Sicherheitsgrenzen, doch die meisten Spezifikationen setzen sie verbindlich durch.
Wann sollte ich die Leiterreaktanz berücksichtigen?
Die Reaktanz gewinnt an Bedeutung bei größeren Querschnitten, längeren Strecken und niedrigeren Leistungsfaktoren. Bei Leistungsfaktor 1 entfällt der Blindanteil. Aktivieren Sie für induktive Lasten (Motoren, Transformatoren) die Reaktanzoption, damit der Spannungsfall als R·cosφ + X·sinφ berechnet wird — genauer als mit dem Widerstand allein.
Berücksichtigt der Rechner Temperatur und parallele Leiter?
Die Tabelle verwendet den Wechselstromwiderstand bei etwa 75°C, einer üblichen Bemessungstemperatur. Sie können außerdem mehrere parallele Leiter je Phase angeben, was die wirksame Impedanz teilt und den Spannungsfall proportional verringert.