Spannungsfall: Erklärung, Formeln, Berechnung

Was ist eigentlich der Spannungsfall?

Eine wichtige Größe in der Elektrotechnik, insbesondere wenn es um die Leitungsdimensionierung geht, ist der Spannungsfall oder auch Spannungsabfall. Der Spannungsfall gibt an, wie viel der Spannung auf der Einspeiseseite auf dem Leitungsweg zum Verbraucher verloren geht bzw. „abfällt“. Auch wenn eine Leitung darauf ausgelegt ist möglichst gut elektrischen Strom zu leiten, stellt jeder Leiter auch einen gewissen Widerstand dar. Wie an jedem anderen Widerstand, fällt auch auf einer Leitung eine Spannung ab. Der Spannungsabfall wird in Volt und Prozent angegeben.

Spannungsfall auf einer Leitung

Um den Spannungsfall zu verdeutlichen betrachten wir eine Leitung von der Unterverteilung bis zur Steckdose. Die Leitung vom Typ NYM-J 3×1,5mm² hat eine Länge von 18 Metern und ist mit 16A abgesichert. Wir wissen, dass jede Leitung einen Widerstand hat. Dieser sogenannte spezifische Widerstand ist abhängig vom Material des Leiters, hier Kupfer.Formeln für den Spannungsabfall

  • γ = Kleines, griechisches Gamma; spezifische Leitfähigkeit in (m / Ω * mm²)
  • I = Stromstärke in Ampere
  • l = Leitungslänge in Meter
  • A = Leitungsquerschnitt in mm²
  • cosΦ = Wirkleistungsfaktor
  • ΔU = Spannungsfall in Volt
  • Δu = Spannungsfall in Prozent

Wieso 2 x l?
Wie du siehst findet sich in der Gleichung für Gleich- und Wechselstrom ein 2x vor der Leitungslänge. Das liegt daran, dass der Strom sowohl hin- als auch zurückfließen muss. Für den Spannungsfall sind beide Richtungen von Bedeutung, daher muss die Leitungslänge x 2 genommen werden, also insgesamt 36m statt der einfachen Länge von 18m.

Setzen wir unser Beispiel doch mal in die Formel für Wechselstrom ein, wir gehen von einem Leistungsfaktor von 1 aus:

 

Wie wir sehen ergibt sich nach Auflösen der Gleichung ein Wert für ΔU von 6,86 Volt. Auf der gegebenen Leitung mit 18m Länge fallen also 6,86 Volt Spannung ab. Am Verbraucher kommt somit eine Spannung von 230-6,86=223,14 Volt an.

Setzen wir das ganze in die Gleichung für den Prozentsatz ein, so erhalten wir:

 

Der prozentuale Spannungsfall beträgt also 2,98% bzw. rund 3% und liegt damit genau an der zugelassenen Grenze.

Spannungsfall: Grenzwerte

Angaben zu Grenzwerten für den Spannungsabfall werden in verschiedenen Normen gemacht. Dabei unterscheiden sich die Werte etwas, da sie teilweise verschiedene Bereiche für den Spannungsfall betrachten.

  1. DIN VDE 0100-520 Abs. 525.1 enthält die Empfehlung zwischen Hausanschluss und Verbraucher einen Spannungsfall von 4% nicht zu überschreiten. Weiterhin gibt es dort folgende Empfehlung:
    • 3% für Lichtstromkreise
    • 5% für Laststromkreise
  2. Die TAB fordert auf der Hauptleitung (zwischen Hausanschluss und Zählerschrank) für Anlagen bis 100kVA einen Spannungsabfall von <0,5% einzuhalten.
  3. Die DIN 18015-1 fordert, zwischen Zähler und Verbraucher einen Spannungsabfall von maximal 3% einzuhalten.

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