Spannungsabfall
Der Spannungsabfall beschreibt die Verringerung der elektrischen Spannung entlang einer Leitung, eines Kabels oder eines Stromschienensystems. Er wird auch Spannungsfall genannt. Wie Spannungsabfall entsteht und wie man ihn berechnet, erfahren Sie in diesem Beitrag unseres Glossars.
Wie entsteht ein Spannungsabfall?
Spannungsabfall entsteht, weil jeder Leiter einen elektrischen Widerstand besitzt. Fließt Strom, fällt an diesem Widerstand ein Teil der Spannung ab. Dadurch kommt am Verbrauchspunkt eine geringere Spannung an als am Einspeisepunkt.
Der Spannungsabfall entsteht also durch den elektrischen Widerstand. Bei Wechsel- oder Drehstrom kommt zusätzlich der induktive Anteil der Leitung oder Stromschiene als Einflussgröße hinzu.
Einflussgrößen für den Spannungsabfall sind vor allem:
- Leitungslänge bzw. Trassenlänge,
- Betriebsstrom,
- Leiterquerschnitt,
- Leitermaterial (zum Beispiel Kupfer oder Aluminium),
- Temperatur des Leiters,
- Leistungsfaktor cos φ,
- Aufbau der Leitung oder des Stromschienensystems,
- Übergangs- und Kontaktwiderstände.
Je länger die Leitung und je höher der Strom, desto größer ist der Spannungsabfall.
Ein größerer Leiterquerschnitt oder ein entsprechend dimensioniertes Stromschienensystem reduziert den Spannungsabfall und verbessert die Versorgungssicherheit.
In der Planung elektrischer Anlagen ist der Spannungsabfall daher ein sehr wichtiger Kennwert. Wird er nicht ausreichend berücksichtigt, können Geräte fehlerhaft arbeiten, Schutzeinrichtungen verzögert auslösen oder Leitungen unwirtschaftlich überdimensioniert werden.
So wird der Spannungsabfall berechnet
Für eine technische Bewertung wird der Spannungsabfall nicht geschätzt, sondern berechnet. Bei Drehstromanlagen wird dabei neben dem ohmschen Widerstand auch der induktive Blindwiderstand berücksichtigt.
In vereinfachter Form gilt:
ΔU = √3 × I × L × (R′ × cos φ + X′ × sin φ)
Dabei steht:
ΔU für den Spannungsabfall in Volt
I für den Betriebsstrom in Ampere
L für die Leitungslänge in Metern
R′ für den wirksamen Leiterwiderstand je Meter
X′ für den Blindwiderstand je Meter
cos φ für den Leistungsfaktor des angeschlossenen Verbrauchers
Die prozentuale Bewertung erfolgt anschließend im Verhältnis zur Nennspannung:
Spannungsabfall in % = ΔU / Uₙ × 100
Für eine belastbare Planung müssen die realen Anlagenparameter berücksichtigt werden. Dazu gehören die tatsächliche Verlegeart, Umgebungstemperatur, Gleichzeitigkeitsfaktoren, Einspeisepunkte, Verbraucherpositionen und die zu erwartenden Kurzschlussströme.
Folgen eines zu hohen Spannungsabfalls
Ein unzulässig hoher oder planerisch ungünstiger Spannungsabfall kann sich im Betrieb deutlich bemerkbar machen. Typische Folgen eines Spannungsabfalls sind zum Beispiel:
- Fehlfunktionen empfindlicher Verbraucher,
- Anlaufprobleme bei Motoren,
- erhöhte elektrische Verluste,
- unnötige Erwärmung von Leitungen oder Komponenten,
- flackernde oder reduzierte Beleuchtung,
- Ausfall elektronischer Steuerungen,
- zu geringe Kurzschlussströme im Fehlerfall,
- verzögerte oder ausbleibende Abschaltung durch Schutzeinrichtungen.
Schon geringe Abweichungen können bei langen Trassen, hohen Betriebsströmen oder sensiblen Verbrauchern relevant sein. Deshalb sollte der Spannungsabfall bereits in der Planungsphase geprüft werden und nicht erst nach der Installation.
Eine fachgerechte Spannungsabfallberechnung dient aber nicht nur der Sicherheit. Sie verhindert auch unwirtschaftliche Überdimensionierungen. Werden Querschnitte ohne Berechnung zu groß gewählt, erhöhen sich die Materialkosten, der Platzbedarf und der Montageaufwand. Werden sie hingegen zu klein gewählt, entstehen technische Risiken und mögliche Nachrüstkosten.
Das Ziel besteht in einer wirtschaftlichen, normgerechten und zukunftsfähigen Dimensionierung. Gerade in Gewerbe- und Industrieanlagen lohnt sich eine koordinierte Betrachtung von Spannungsabfall, Kurzschlussstrom, Erweiterbarkeit und Energieeffizienz.
Spannungsabfall bei Stromschienen
Stromschienen bieten gegenüber klassischen Kabelinstallationen besondere Vorteile, wenn Energie über größere Strecken oder zu flexibel positionierten Verbrauchern transportiert werden muss. Schienenverteiler-Systeme eignen sich daher insbesondere für leistungsstarke, modulare und erweiterbare Energieverteilungen in Gewerbe, Industrie und Infrastrukturprojekten.
Bei der Planung ist es wichtig, den Spannungsabfall nicht isoliert zu betrachten. Er steht in direktem Zusammenhang mit folgenden Faktoren:
- der Länge der Stromschienentrasse,
- der Strombelastung,
- der Lage der Abgänge,
- der Einspeiserichtung,
- der Kurzschlussfestigkeit,
- der Selektivität der Schutzorgane sowie
- möglichen späteren Erweiterungen.
ABH unterstützt die Auslegung von Stromschienensystemen unter anderem durch Trassenaufnahmen, Dimensionierung und CAD-gestützte Zeichnungen. Dadurch lassen sich die benötigten Bauelemente, Befestigungen und technischen Anforderungen bereits in der Planungsphase zuverlässig berücksichtigen.
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Mithilfe professioneller Spannungsabfall- und Kurzschlussstromberechnungen lassen sich mögliche Unterspannungen, ungeeignete Querschnitte sowie Risiken im Fehlerfall frühzeitig erkennen. Dadurch wird Planungssicherheit für Wohnbau, Gewerbe und Industrie geschaffen.
ABH betrachtet dabei nicht nur einzelne Leitungsabschnitte, sondern die elektrische Anlage als Gesamtsystem. So wird geprüft, ob Verbraucher zuverlässig versorgt werden, ob Schutzeinrichtungen im Fehlerfall sicher auslösen und ob die gewählte Stromschienenlösung technisch und wirtschaftlich zur Anwendung passt.
Unter »Referenzen« können Sie sich einige unserer umgesetzten Projekte ansehen. Auf der Übersichtseite »Produkte« erfahren Sie mehr über die Schienenverteiler, die dabei zum Einsatz kommen.
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