In der Ausbildung lernt man die Strombelastbarkeit zuerst, und sie bleibt hängen. Eine Tabelle, eine Verlegeart, ein Querschnitt. In der Anlagenpraxis ist das allerdings selten der Punkt, an dem eine Auslegung kippt.
Zwei Bedingungen, eine davon bindet
Ein Leiterquerschnitt muss zwei Bedingungen gleichzeitig erfüllen. Er muss den Betriebsstrom thermisch aushalten, ohne dass die Isolierung über ihre Grenztemperatur kommt. Und er muss den Spannungsfall über die Leitungslänge so klein halten, dass am Verbraucher noch genug ankommt.
Für die erste Bedingung gibt es Tabellen: IEC 60364-5-52, in Deutschland als DIN VDE 0100-520 geführt, ordnet jeder Verlegeart ihre Strombelastbarkeit zu. Für die zweite gibt es keine Tabelle, sondern eine Empfehlung – Anhang G derselben Norm nennt 3 % für Beleuchtung und 5 % für sonstige Verbraucher, gerechnet ab dem Übergabepunkt. In Industrieanlagen liegen die internen Vorgaben häufig darunter.
Bei kurzen Wegen im Schaltschrank bindet die erste Bedingung. Sobald eine Leitung das Gebäude verlässt, kippt das Verhältnis. Ein Beispiel aus der Fördertechnik: 32 A Betriebsstrom, 45 m bis zum Antrieb, 400 V, cos φ 0,9. Die Strombelastbarkeit wäre je nach Verlegeart mit 6 mm² erfüllt. Für 3 % Spannungsfall reichen rechnerisch 3,3 mm² – in der genormten Reihe nach IEC 60228 also 4 mm². So weit stimmt beides.
Verlängert man dieselbe Strecke auf 120 m, nicht ungewöhnlich in einer größeren Halle –, verlangt der Spannungsfall bereits knapp 9 mm², also 10 mm². Die Strombelastbarkeit hat sich nicht geändert. Der Weg hat sich geändert.
Wo die Rechnung geschönt ist
Die übliche Formel rechnet mit dem reinen Wirkwiderstand bei 20 °C. Beides ist optimistisch. Ein Leiter im Betrieb ist wärmer, und mit der Temperatur steigt sein Widerstand. Kupfer hat einen Temperaturkoeffizienten von rund 3,9 · 10⁻³ 1/K; von 20 °C auf 70 °C sind das knapp 20 % mehr Widerstand. Der tatsächliche Spannungsfall liegt dann rund ein Fünftel über dem berechneten Wert. Bei großen Querschnitten kommt der induktive Anteil hinzu, der in der Formel gar nicht auftaucht.
Wer also mit 3 % rechnet und exakt auf 2,9 % landet, hat keine Reserve, sondern ein Rundungsergebnis.
Was in der Dokumentation davon übrig bleiben muss
Der Querschnitt steht am Ende im Kabelplan, die Begründung nicht. Das rächt sich bei der ersten Erweiterung: Wenn niemand weiß, ob 10 mm² aus der Strombelastbarkeit oder aus dem Spannungsfall kommen, wird beim Anbau einer weiteren Station geraten.
Deshalb gehört die maßgebliche Bedingung in die Anlagendokumentation, als Notiz am Stromkreis, nicht in eine separate Berechnungsakte, die drei Jahre später niemand mehr findet.
Selbst nachrechnen
Beide Richtungen lassen sich in wenigen Sekunden prüfen: der erforderliche Querschnitt aus dem zulässigen Spannungsfall, oder der tatsächliche Spannungsfall bei bereits festgelegtem Querschnitt.