Warum die Spannung abfällt
Jeder Leiter hat einen gewissen Widerstand, der Strom verliert unterwegs also etwas Spannung. Bei langen Leitungen oder dünnen Adern bekommt das Gerät am Ende merklich weniger als die Quelle liefert, und die verlorene Energie erwärmt das Kabel.
Die Formel
Bei Gleichstrom und einphasigem Wechselstrom fließt der Strom hin und zurück, die Länge zählt also doppelt:
Spannungsfall = 2 × Länge × Strom × spezifischer Widerstand ÷ Querschnitt
Bei Drehstrom die 2 durch √3 ersetzen, etwa 1,732. Kupfer hat einen spezifischen Widerstand von etwa 0,0172 Ω·mm²/m, Aluminium von etwa 0,0282.
Beispiel
Eine einphasige Leitung von 25 m aus Kupfer mit 2,5 mm² und 16 A: 2 × 25 × 16 × 0,0172 ÷ 2,5 = 5,5 V. Bei 230 V sind das 2,4%.
Wie viel ist zulässig
Ein verbreitetes Ziel sind höchstens 3% im Endstromkreis und 5% insgesamt von der Einspeisung bis zum Verbraucher; so empfiehlt es etwa der US-amerikanische National Electrical Code in einem Hinweis. Die örtlichen Errichtungsbestimmungen legen eigene Grenzen fest. Ist der Spannungsfall zu hoch, einen größeren Querschnitt oder eine kürzere Leitung wählen. Der Leiter muss außerdem für den Strom ausgelegt sein, was der Spannungsfall allein nicht prüft.
Rechner und Tabelle
Der Spannungsfall-Rechner arbeitet mit AWG oder mm², Kupfer oder Aluminium. Die AWG-Tabelle listet jede AWG-Größe mit Durchmesser, Querschnitt und Widerstand.
Ein Beispiel mit 230 V
Ein 230-V-Stromkreis führt 40 m zu einem Verbraucher mit 10 A. Mit 1,5 mm² Kupfer: 2 × 40 × 10 × 0,0172 ÷ 1,5 = 9,2 V, also 4,0 %. Mit 2,5 mm²: 5,5 V, also 2,4 %.
In Deutschland empfiehlt DIN 18015-1 für Wohngebäude höchstens 3 % Spannungsfall zwischen Zähler und Verbraucher. Halte dich an die geltenden Vorschriften und lass Elektroarbeiten von einer Fachkraft ausführen.
Warme Leitungen verlieren mehr
Der Widerstand von Kupfer steigt um etwa 0,4 % pro Grad Celsius. Eine Leitung mit 70 °C hat rund 20 % mehr Widerstand als bei 20 °C und damit etwa 20 % mehr Spannungsfall.
Kleinspannung
1 V Spannungsfall sind bei 230 V weniger als 0,5 %, bei einem 12-V-LED-Streifen oder Autozubehör aber über 8 %. Kleinspannungsleitungen brauchen bei gleicher Länge deutlich mehr Querschnitt. Lange LED-Streifen werden oft von beiden Enden eingespeist, damit das Ende nicht dunkler wird.