Spannungsfall meistern: Fortgeschrittener Rechner, Praxisbeispiele & NEC-Richtlinien

Fortgeschrittener Spannungsfall-Rechner mit gelösten Beispielen & Formeln

Was ist der zulässige Spannungsfall?

Gemäß NEC (National Electric Code) [210.19 A (1)] FPN Nr. 4 und [215.2 A (3)] FPN Nr. 2 beträgt der zulässige Spannungsfall für Einspeiseleitungen 3 % und der akzeptable Spannungsfall für endgültige Unterkreise und Zweigkreise 5 % für ordnungsgemäßen und effizienten Betrieb.

Beispiel: Bei einer Versorgungsspannung von 110 V beträgt der zulässige Spannungsfall:

Zulässiger Spannungsfall = 110 × (3/100) = 3,3 V.

Wir haben bereits die Auswahl der richtigen Kabelgröße für elektrische Installationen im SI- und britischen System mit Beispielen besprochen. Dort wurden auch Spannungsfallberechnung und -formel sowie Online-Kabelgrößenrechner erklärt.

Heute stellen wir einen Online-Fortgeschrittenen Spannungsfall-Rechner und detaillierte Spannungsfallformeln mit gelösten Beispielen vor.

Wissenswert: Lesen Sie die vollständige Beschreibung unter dem Rechner für bessere Erklärung – es gibt viele Spannungsfallformeln mit Beispielen. Zudem gibt es eine sehr einfache Methode zur Spannungsfallberechnung.

Auch prüfen:

• Elektrischer Kabel- & Leitergrößen-Rechner (Kupfer & Aluminium)
• Leiter- & Kabelgrößen-Rechner in AWG

Spannungsfall-Rechner (Fortgeschritten)

Werte eingeben und auf Berechnen klicken. Ergebnis wird angezeigt.

Hinweis: Dieser Rechner ist auch in unserer kostenlosen Electrical Technology Android App verfügbar.

• Weitere verwandte Elektro- & Elektronik-Engineering-Rechner

Spannungsfall-Formeln und Berechnung

Grundlegende Spannungsfall-Formel

Die grundlegende elektrische Spannungsfallformel ist:

V_D = I × R ……. (Ohmsches Gesetz).

Wobei:

• V_D = Spannungsfall in Volt.
• I = Strom in Ampere.
• R = Widerstand in Ohm (Ω).

Dies ist aber nicht immer ausreichend (Warum? Siehe folgende Fälle).

Spannungsfallformel für Stahlrohrleitung

Näherungsformel für cos φ = 1, Kabelltemperatur 75 °C, Leiter in Stahlrohr.

V_D = (2 × k × Q × I × D) / cm für Einphasen.

V_D = (1,732 × k × Q × I × D) / cm für Drehstrom.

Wobei:

• cm = Querschnittsfläche des Leiters in Zirkelmil (circular mils).
• D = einfache Entfernung in Fuß.
• I = Stromkreisstrom in Ampere.
• Q = Verhältnis AC-Widerstand zu DC-Widerstand (R_AC/R_DC) für Leiter > 2/0 (Skineffekt).
• k = spezifischer Widerstand = 21,2 für Aluminium, 12,9 für Kupfer.

Spannungsfallformel für Einphasen- und DC-Stromkreise

Bei Leitungslänge in Fuß

V_D = I × R

V_D = I × (2 × L × R / 1000)

Wobei:

• V_D = Spannungsfall in Volt.
• I = Leiterstrom in Ampere.
• R = Leiterwiderstand in Ohm (Ω) [Ω/kft].
• L = Leiterlänge in Fuß.

Bei Leitungslänge in Metern

V_D = I × (2 × L × R / 1000)

Wobei:

• V_D = Spannungsfall in Volt.
• I = Leiterstrom in Ampere.
• R = Leiterwiderstand in Ohm (Ω) [Ω/km].
• L = Leiterlänge in Metern.

Spannungsfallberechnung und Formeln für Drehstromsysteme

• Für 3-Phasen-3-Leiter-System (Dreieckschaltung)

V_D = 0,866 × I × R

V_D = 0,866 × I × 2 × L × R / 1000

• Für 3-Phasen-4-Leiter-Systeme (Sternschaltung)

V_D = 0,5 × I × R

V_D = 0,5 × I × 2 × L× R/ 1000

Wobei:

• V_D = Spannungsfall in Volt.
• I = Leiterstrom in Ampere.
• R = Leiterwiderstand in Ohm (Ω) [Ω/km oder Ω/kft].
• L = Leiterlänge in Metern oder Fuß.

Leiterquerschnittsberechnungen

Leiterquerschnitt in kcmil (Kilo-Zirkelmil)

A_n = 1000×d_n² = 0,025 × 92^(36-n)/19,5

Wobei: An = Querschnitt von „n“ AWG in kcmil; n = AWG-Nummer; d = Leiterdurchmesser in in².

Leiterquerschnitt in Quadratzoll (in²)

A_n = (π/4)×d_n² = 0,000019635 × 92^{(36–n)/19,5}

Wobei: An = Querschnitt in in²; n = AWG-Nummer; d = Leiterdurchmesser in in².

Leiterquerschnitt in mm²

A_n = (π/4) ×d_n² = 0,012668 × 92^(36-n)/19,5

Wobei: An = Querschnitt in mm²; n = AWG-Nummer; d = Leiterdurchmesser in mm².

Weiterführend: Fehlerortung in Kabeln? Kabelarten, Typen & Ursachen

Leiterdurchmesser-Berechnung

• Leiterdurchmesser in Zoll

d_n = 0,005 × 92^(36-n)/39 …. in Zoll

„n“ = AWG-Nummer, „d“ = Leiterdurchmesser in Zoll.

• Leiterdurchmesser in mm

d_n = 0,127 × 92^(36-n)/39 …. in Millimeter (mm)

„n“ = AWG-Nummer, „d“ = Leiterdurchmesser in mm.

Leiterwiderstand-Berechnungsformeln

(1) R_n = 0,3048 × 10⁹ × ρ / (25,4² × A_n)

Wobei: R = Widerstand der Leiter (Ω/kft); n = AWG; ρ = Rho = spezifischer Widerstand (Ω·m); An = Querschnitt von n AWG in in².

Oder:

(2). R_n = 10⁹ × ρ/ A_n

Wobei: R = Widerstand der Leiter (Ω/km); n = AWG; ρ = Rho = spezifischer Widerstand (Ω·m); An = Querschnitt von n AWG in mm².

Spannungsfall am Kabelende – Formel und Berechnung.

V_End = V – V_D

Wobei: V_End = Versorgungsspannung am Kabelende; V = Versorgungsspannung; V_D = Spannungsfall in den Kabeladern.

Spannungsfallformel für Zirkelmil

V_D = ρ × P × L × I / A

Wobei:

• V_D = Spannungsfall in Volt.
• ρ = Rho = spezifischer Widerstand in (Ω – Zirkelmil/Fuß).
• P = Phasenkonstante = 2 (Einphasen/DC) und = √3 = 1,732 (Drehstrom).
• L = Leiterlänge in Fuß.
• A = Leiterfläche in Zirkelmil.

Spannungsfall in Kupferleiter berechnen (1- & 3-phasig)?

Der Spannungsfall in Kupferleitern lässt sich über die folgende einfache Formel mit der untenstehenden Tabelle berechnen.

V_D = f × I … L = 100 Fuß

Wobei: f = Faktor aus Tabelle; I = Strom in Ampere; L = Leiterlänge in Fuß (100 Fuß).

(Siehe gelöstes Beispiel unter der Tabelle)

Gelöstes Beispiel zur Spannungsfallberechnung

Beispiel: Spannung 220 V einphasig, Strom 5 A, Leiterlänge 100 ft, Leiterquerschnitt (AWG) #8. Spannungsfall berechnen?

Lösung:

Spannungsfall über Formel: V_D = f × I … L = 100 ft

Faktor für #8 AWG: 0,125 (aus Tabelle). Werte einsetzen:

V_D = 0,125 × 5 A × (für 100 ft)

V_D = Spannungsfall = 0,625 V.

Hinweis: Der obige Rechner liefert Näherungswerte – keine Garantie für 100% Genauigkeit, da Ergebnisse durch reale Kabel, Leiter, Drähte, unterschiedliche Widerstände, Litzenanzahl, Temperatur, Wetter, Rohre, PVC etc. variieren.

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