Spannungsfall- und Leiterquerschnitt-Rechner
Jeder Leiter besitzt einen Widerstand, sodass ein Teil der Spannung verloren geht, während der Strom vom Verteiler zur Last fließt. Auf einer kurzen Leitung ist dieser Verlust vernachlässigbar; bei einer langen Leitung, einem hohen Strom oder einem Niederspannungssystem kann er groß genug werden, um Lampen zu dimmen, Kabel zu überhitzen und Motoren sowie Elektronik am ordnungsgemäßen Betrieb zu hindern. Den Leiter so zu dimensionieren, dass dieser Verlust innerhalb eines akzeptierten Grenzwerts bleibt, ist der Zweck einer Spannungsfall-Prüfung.
Dieser Rechner arbeitet auf zwei Arten. Im Modus „Abfall prüfen“ nimmt er einen Leiterquerschnitt entgegen und gibt den Abfall auf der Leitung in Volt und in Prozent aus, mit einem Bestanden/Nicht-bestanden-Ergebnis gegenüber Ihrem zulässigen Grenzwert. Im Modus „Leiter dimensionieren“ durchsucht er den Leiterkatalog und liefert den kleinsten Querschnitt, der den Abfall innerhalb Ihres Zielwerts hält. Er verarbeitet Kupfer oder Aluminium, AWG oder mm² sowie einphasig, dreiphasig oder Gleichstrom — imperial oder metrisch, vollständig in Ihrem Browser.
Was ist Spannungsfall?
Spannungsfall ist die Verringerung der Spannung zwischen Versorgung und Last, verursacht durch den Widerstand der stromführenden Leiter. Nach dem ohmschen Gesetz ist der Abfall proportional zum Strom, zum Widerstand des Leiters pro Längeneinheit und zur Länge der Leitung — er wächst also mit einem längeren Kabel, einer größeren Last oder einem dünneren Leiter. Da der Strom zur Last hin- und wieder zurückfließt, verwendet die Berechnung die Hin- und Rückleitung, nicht nur die einfache Länge.
Er ist wichtig, weil die Last die Versorgungsspannung abzüglich dieses Abfalls erhält. Lampen leuchten dunkler, und ihre Glühfäden altern durch die höhere Temperatur schneller; Motoren nehmen mehr Strom auf und laufen heißer, um dieselbe Leistung zu erbringen; empfindliche Elektronik kann sich zurücksetzen oder fehlfunktionieren. Ein zu hoher Abfall verschwendet zudem Energie als Wärme im Kabel selbst. Normen empfehlen daher, den Abfall auf wenige Prozent zu begrenzen — meist 3% für einen Endstromkreis und 5% insgesamt —, was dem Zielwert entspricht, gegen den dieses Werkzeug prüft.
Die Spannungsfall-Formel
Der Abfall ist eine direkte Anwendung des ohmschen Gesetzes über die Leitung. Multiplizieren Sie den Laststrom mit dem Widerstand des Leiters für die Hin- und Rückleitung, und Sie erhalten die verlorenen Volt; teilen Sie durch die Versorgungsspannung, um ihn als Prozentsatz auszudrücken. Die einzigen Feinheiten sind der Phasenfaktor — 2 für einphasig und Gleichstrom, √3 für dreiphasig — sowie die Tatsache, dass der Widerstand pro 1000 Längeneinheiten tabelliert ist und daher mit ÷1000 skaliert wird.
Beide Modi basieren auf denselben zwei transparenten Formeln — keine Blackbox.
Spannungsfall
Vdrop = k × I × (R ÷ 1000) × L- I ist der Laststrom in Ampere; L ist die einfache Leitungslänge (ft für AWG, m für mm²).
- R ist der tabellierte Widerstand des Leiters — Ω pro 1000 ft für AWG, Ω pro km für mm² — daher wird er mit ÷1000 skaliert.
- k ist der Phasenfaktor: 2 für einphasig und Gleichstrom, √3 ≈ 1.732 für dreiphasig. Er berücksichtigt die Hin- und Rückleitung, sodass Sie nur die einfache Länge eingeben.
Prozentualer Abfall und Spannung an der Last
%VD = Vdrop ÷ V × 100 · Vload = V − Vdrop- V ist die System- (Nenn-)Spannung; %VD ist der Wert, den die Bestanden/Nicht-bestanden-Prüfung mit Ihrem zulässigen Grenzwert vergleicht.
- Die Spannung an der Last ist einfach die Versorgungsspannung abzüglich des Abfalls — die Spannung, die das Gerät tatsächlich erhält.
Leiterwiderstand und zulässige Grenzwerte
Der Rechner enthält für jeden Leiterquerschnitt in jedem System einen Widerstandswert: AWG-Größen in Ohm pro 1000 ft (NEC Chapter 9, Table 8, bei 75 °C) und mm²-Größen in Ohm pro km (IEC 60228, bei 20 °C). Ein kleinerer Querschnitt bedeutet einen höheren Widerstand und einen größeren Abfall — deshalb ist das Vergrößern des Querschnitts die übliche Abhilfe, wenn eine Leitung nicht besteht. Aluminium hat bei gleicher Größe einen höheren Widerstand als Kupfer, sodass ein Aluminiumleiter mehr Spannung abfallen lässt als das Kupferäquivalent.
Die unten aufgeführten zulässigen Abfallgrenzen sind der Maßstab für Bestanden/Nicht-bestanden. Es handelt sich um Empfehlungen, nicht immer um zwingende Regeln, und die örtlichen Vorschriften oder die für Ihre Installation zuständige Behörde haben das letzte Wort.
Gleichstromwiderstand gängiger AWG-Leiter, Kupfer und Aluminium, in Ohm pro 1000 ft (NEC Chapter 9, Table 8, 75 °C). Ein dünnerer Leiter hat einen höheren Widerstand und lässt mehr Spannung abfallen; Aluminium liegt bei gleicher Größe immer über Kupfer.
| Größe | Kupfer (Ω/kft) | Aluminium (Ω/kft) | ≈ Metrisch |
|---|---|---|---|
| 14 AWG | 3,07 | 5,06 | ≈ 2.5 mm² |
| 12 AWG | 1,93 | 3,18 | ≈ 4 mm² |
| 10 AWG | 1,21 | 2,00 | ≈ 6 mm² |
| 8 AWG | 0,764 | 1,26 | ≈ 10 mm² |
| 6 AWG | 0,491 | 0,808 | ≈ 16 mm² |
| 4 AWG | 0,308 | 0,508 | ≈ 25 mm² |
| 2 AWG | 0,194 | 0,319 | ≈ 35 mm² |
| 1/0 AWG | 0,122 | 0,201 | ≈ 50 mm² |
| 2/0 AWG | 0,0967 | 0,159 | ≈ 70 mm² |
| 4/0 AWG | 0,0608 | 0,100 | ≈ 95–120 mm² |
| 250 kcmil | 0,0515 | 0,0847 | — |
Die empfohlenen Grenzwerte, gegen die der Rechner prüft. 3% ist sowohl der NEC-Wert für Endstromkreise als auch der IEC/BS-7671-Wert für Beleuchtung — der beste Standardwert für beide Regelwerke.
| Grenzwert | Gilt für | Normengrundlage |
|---|---|---|
| 3% | Endstromkreise; Beleuchtungsstromkreise | NEC 210.19 (Informational Note); IEC 60364-5-52 Annex G; BS 7671 |
| 5% | Verteilerleitungen; sonstige Lasten; kombinierte Summe aus Verteiler- und Endstromkreis | NEC 215.2 (Informational Note); IEC 60364-5-52; BS 7671 |
| 6% / 8% | Anlagen mit eigener Versorgung (eigener Transformator oder Generator) | IEC 60364-5-52 Annex G; BS 7671 (Beleuchtung / sonstige Anwendungen) |
Rechenbeispiel
Ein einphasiger Endstromkreis mit den Standardeingaben des Rechners. Ihre eigenen Werte werden abweichen, sobald Sie Material, Länge, Strom und Spannung für Ihre Leitung festlegen — die Abfallanzeige und die Querschnittsskala aktualisieren sich live während der Eingabe.
Kupfer, 12 AWG, einfache Länge 100 ft, Last 20 A, 120 V einphasig, geprüft gegen einen zulässigen Abfall von 3%.
- Gegeben
- Kupferleiter, 12 AWG (R = 1.93 Ω/kft)
- Einfache Länge 100 ft, Last 20 A, 120 V, einphasig (k = 2)
- Zulässiger Abfall 3%
- Schritte
- Vdrop = 2 × 20 × (1.93 ÷ 1000) × 100 = 7.72 V
- %VD = 7.72 ÷ 120 × 100 = 6.43% → besteht die 3%-Grenze nicht
- Spannung an der Last = 120 − 7.72 = 112.28 V
- Größer dimensionieren: 8 AWG ergibt 3.06 V (2.55%) → der kleinste Querschnitt, der bei 3% besteht
- Ergebnis
- 6.43% Abfall — besteht 3% nicht. Der kleinste geeignete Kupferquerschnitt ist 8 AWG (2.55%).
So prüfen oder dimensionieren Sie einen Leiter mit diesem Rechner
- Einheiten und Modus wählenWählen Sie imperial (AWG, Fuß) oder metrisch (mm², Meter) und dann „Abfall prüfen“, um einen bekannten Querschnitt zu testen, oder „Leiter dimensionieren“, um das Minimum zu ermitteln.
- Stromkreis eingebenLegen Sie das Leitermaterial, die einfache Leitungslänge, den Laststrom, die Systemspannung und die Phase (1-phasig, 3-phasig oder Gleichstrom) fest.
- Zulässigen Abfall festlegenBehalten Sie den Standardwert von 3% bei, wählen Sie die Voreinstellung 5%, oder geben Sie einen benutzerdefinierten Grenzwert wie 6% für eine Anlage mit eigener Versorgung ein.
- Ergebnis ablesen„Abfall prüfen“ zeigt den Abfall in Volt und Prozent mit einem Bestanden/Nicht-bestanden-Ergebnis; „Leiter dimensionieren“ liefert den kleinsten geeigneten Leiter. Die Abfallanzeige und die Querschnittsskala veranschaulichen beides.
Häufig gestellte Fragen
Was ist Spannungsfall?
Spannungsfall ist die Spannung, die zwischen Versorgung und Last durch den Widerstand des Leiters verloren geht. Er wächst mit einer längeren Leitung, einem höheren Strom oder einem dünneren Leiter und bedeutet, dass das Gerät weniger als die Nennspannung erhält. Ihn auf wenige Prozent zu begrenzen, verhindert dunkle Lampen, überhitzte Kabel und schlechte Motorleistung.
Wie viel Spannungsfall ist zulässig?
Die üblichen Empfehlungen sind 3% für einen Endstromkreis oder Beleuchtungsstromkreis und 5% für Verteilerleitungen oder die Gesamtsumme. Diese stammen aus den informativen Hinweisen des NEC sowie aus IEC 60364-5-52 / BS 7671; Anlagen mit eigener Versorgung erlauben 6%/8%. Es handelt sich um Empfehlungen und nicht um universelle Vorschriften — prüfen Sie daher den von Ihren örtlichen Vorschriften durchgesetzten Grenzwert.
Funktioniert er mit Kupfer und Aluminium?
Ja. Wählen Sie das Leitermaterial, und der Rechner verwendet den passenden Widerstand. Aluminium hat bei gleicher Größe einen höheren Widerstand als Kupfer und lässt daher mehr Spannung abfallen — rechnen Sie damit, einen Aluminiumleiter im Vergleich zu Kupfer für dieselbe Leitung um einen oder mehrere Querschnitte größer zu wählen.
Prüft er auch die Strombelastbarkeit?
Nein. Dies ist ausschließlich eine Spannungsfall-Berechnung. Sie prüft nicht die Strombelastbarkeit des Leiters (die zulässige Strombelastung), den Überstromschutz oder die vollständige Normkonformität. Ein Leiter, der die Abfallprüfung besteht, kann für die Strombelastung des Stromkreises dennoch unterdimensioniert sein — prüfen Sie die Strombelastbarkeit daher gesondert anhand der örtlichen Vorschriften.
Wie sieht es mit einphasig, dreiphasig und Gleichstrom aus?
Die Phaseneinstellung ändert den Multiplikator, der auf die einfache Länge angewendet wird: 2 für einphasig und Gleichstrom (Strom fließt hin und zurück über zwei Leiter) und √3 ≈ 1.732 für dreiphasig (verkettete Spannung). Wählen Sie die Phase, die zu Ihrem Stromkreis passt, und geben Sie die einfache Leitungslänge ein — die Hin- und Rückleitung wird für Sie berücksichtigt.