Wie beeinflusst die Kabellänge den Spannungsabfall? – Praxisratgeber für die Industrie

Was ist Spannungsabfall und warum ist er wichtig?

Was versteht man unter Spannungsabfall? (30 Sekunden erklärt)

Wenn Strom durch ein Kabel fließt, entsteht durch den elektrischen Widerstand des Leiters ein Spannungsverlust. Je länger das Kabel und je höher die Stromstärke, desto mehr Spannung geht unterwegs verloren. Dies wird als Spannungsabfall bezeichnet. Besonders in industriellen Anlagen kann das zu Fehlfunktionen und Energieverlusten führen. Deshalb muss der Spannungsabfall bei der Kabelauslegung zwingend berücksichtigt werden.

Kurz erklärt:

Spannungsabfall = Leistungsverlust durch Widerstand in Kabeln. Je länger die Leitung, desto größer der Verlust.

Welche Faktoren beeinflussen den Spannungsabfall?

Die Höhe des Spannungsabfalls wird von verschiedenen physikalischen und technischen Parametern beeinflusst:

• Kabellänge: Der elektrische Widerstand steigt proportional zur Länge der Leitung.
• Leiterquerschnitt: Je größer der Querschnitt, desto geringer der Widerstand.
• Stromstärke: Höhere Ströme erzeugen größeren Spannungsabfall.
• Materialwahl: Kupfer leitet besser als Aluminium.
• Temperatur: Erhöht den Widerstand des Leitermaterials.
• Verlegeart: Enge Bündelung steigert die Erwärmung und damit den Widerstand.

Formel zur Berechnung des Spannungsabfalls

Für die praxisnahe Berechnung wird folgende Formel verwendet:

ΔU=2⋅l⋅I⋅ρA\Delta U = 2 \cdot l \cdot I \cdot \frac{\rho}{A}

Parameter im Überblick:

• ll = Kabellänge in Metern (Hin- und Rückleitung)
• II = Strom in Ampere
• ρ\rho = spezifischer Leitwert (Ω mm²/m) – z. B. Kupfer: 0,0178
• AA = Leiterquerschnitt in mm²

Beispielrechnung:
Ein Stromkreis mit 30 m Kupferleitung, 2,5 mm² Querschnitt und 10 A Strom:

ΔU=2⋅30⋅10⋅0,01782,5=4,27 V\Delta U = 2 \cdot 30 \cdot 10 \cdot \frac{0{,}0178}{2{,}5} = 4,27 \text{ V}

Vergleich zweier Querschnitte:

• 1,5 mm²: 7,12 V Spannungsabfall → 3,1 %
• 2,5 mm²: 4,27 V Spannungsabfall → 1,86 %

Die folgende Tabelle zeigt, wie stark der Spannungsabfall vom verwendeten Leiterquerschnitt abhängt. Bei gleicher Leitungslänge (30 m), gleicher Stromstärke (10 A) und Kupfermaterial ergeben sich deutliche Unterschiede:

Leiterquerschnitt	Spannungsabfall (ΔU)	Prozentualer Verlust bei 230 V	Bemerkung
1,5 mm²	7,12 V	3,1 %	Grenzwertig bei Beleuchtung
2,5 mm²	4,27 V	1,86 %	Empfohlen für Maschinenbetrieb
4,0 mm²	2,67 V	1,16 %	Optimal bei längeren Strecken

Ergebnis: Eine Verdopplung des Querschnitts kann den Spannungsabfall um bis zu 60 % senken.

Praxisbeispiel aus der Industrie

In einer industriellen Fertigungsumgebung soll ein Steuerungssystem über eine 40 m lange Leitung versorgt werden. Der Stromverbrauch liegt bei 12 A, der verwendete Querschnitt beträgt 1,5 mm². Die Leitung besteht aus Kupfer. Die Berechnung ergibt:

ΔU=2⋅40⋅12⋅0,01781,5≈11,4 V\Delta U = 2 \cdot 40 \cdot 12 \cdot \frac{0{,}0178}{1{,}5} \approx 11,4 \text{ V}

Alternativlösung: Mit 2,5 mm² Kabelquerschnitt läge der Spannungsabfall bei ca. 6,85 V (≈ 2,98 %).

Ab wann wird der Spannungsabfall kritisch?

Wie viel Spannungsverlust ist erlaubt?

Die Norm VDE 0298-4 liefert klare Vorgaben:

• Beleuchtungsstromkreise: max. 3 % Spannungsabfall
• Übrige Verbraucher: max. 5 %

Bei 230 V Netzspannung entspricht das:

• 6,9 V für Beleuchtung
• 11,5 V für Maschinen, Antriebe, Steuerungen

Besonders bei 24 V-Steuerspannung kann bereits ein Spannungsabfall von wenigen Volt erhebliche Fehlfunktionen verursachen.

Wie lässt sich Spannungsabfall vermeiden oder kompensieren?

Technisch wirksame Maßnahmen sind u. a.:

• Größerer Querschnitt
• Kupfer statt Aluminium verwenden
• Kühlung und Verlegeart optimieren
• Netzteil näher an Verbraucher platzieren
• Leitungen ggf. parallel schalten
• Spannungsregler oder DC-DC-Wandler einsetzen

Empfehlungen für die Planung in Industrieanlagen

Eine vorausschauende Planung kann Spannungsabfälle minimieren und Kosten durch Nachbesserungen oder Ausfälle vermeiden:

• Leitungslängen erfassen und Lasten berechnen
• Planungstools zur Simulation nutzen
• Normen wie VDE 0100, VDE 0298 beachten
• Reserven für künftige Erweiterungen einkalkulieren
• Planung dokumentieren und berechnete Werte nachweisen

Weiterführende Inhalte und passende Lösungen

Vertiefende Informationen zur Auswahl industrietauglicher Netzleitungen finden Sie im Beitrag Fehlerquellen bei der Installation von Netzleitungen. Für spezifische Hinweise zum korrekten Aufbau von Verteilungen und Energieversorgungseinheiten empfehlen wir Netzleitungen im Schaltschrankbau. Detaillierte Berechnungsansätze und Praxisbeispiele rund um die richtige Auslegung finden Sie zudem in Kabeldimensionierung in der Praxis.

Spannungsabfall nicht unterschätzen – Kabellänge richtig planen

Der Spannungsabfall ist ein zentraler Faktor in der industriellen Elektroplanung. Er wird maßgeblich durch Leitungslänge, Stromstärke, Material und Querschnitt beeinflusst. Bereits bei der Planung sollte eine fundierte Berechnung erfolgen. Wer normgerecht plant, vermeidet technische Probleme und unnötige Folgekosten.

Vergleichstabelle: Spannungsabfall nach Kabellänge

Querschnitt (mm²)	Länge (m)	Strom (A)	Spannungsabfall (V)	Verlust (%)
1,5	10	10	1,3	0,6 %
1,5	25	10	3,3	1,4 %
2,5	25	16	2,4	1,0 %
4,0	50	16	3,8	1,6 %
6,0	50	25	3,2	1,3 %

FAQ – Häufige Fragen zum Spannungsabfall

Was ist der Spannungsabfall?
Der Spannungsabfall beschreibt den Leistungsverlust entlang einer Leitung durch den elektrischen Widerstand. Je länger das Kabel und je kleiner der Querschnitt, desto höher der Spannungsabfall.

Wie wird der Spannungsabfall berechnet?
U = I × R × 2 × L – mit dem Leitungswiderstand R in Ω/km, Strom I in Ampere und Länge L in Metern (Hin- und Rückleiter berücksichtigen).

Welcher Spannungsabfall ist zulässig?
Nach DIN VDE 0100 sollte der Spannungsabfall bei Beleuchtung ≤3 % und bei Steckdosen ≤5 % betragen.

Wie lässt sich der Spannungsabfall reduzieren?
Durch größeren Leiterquerschnitt, kürzere Leitungslängen oder geringeren Stromfluss. In der Praxis oft Kombination dieser Maßnahmen.

Welche Rolle spielt das Material?
Kupfer hat geringeren Widerstand als Aluminium – dadurch geringeren Spannungsabfall bei gleichem Querschnitt.

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