Spannungsabfall
Referenzdaten und technische Informationen über Spannungsabfall für Elektrotechnik-Anwendungen.
Übersicht
Spannungsabfall tritt auf, wenn elektrischer Strom durch den Leiterwiderstand fließt und die am Last verfügbare Spannung verringert. Der National Electrical Code (NEC) empfiehlt, den Spannungsabfall auf 3% in Nebenstromkreisen und insgesamt 5% (Zuleitung plus Nebenstromkreis) zu begrenzen. Genaue Spannungsabfallberechnungen helfen bei der Auswahl der richtigen Leitergröße und stellen sicher, dass die Geräte innerhalb ihres Nennspannungsbereichs betrieben werden.
Wichtige Formeln
Ansatz nach dem ohmschen Gesetz:
wobei der Widerstand eines Leiters ist:
Der Faktor 2 berücksichtigt sowohl die Zuleitungs- als auch die Rückleiter in einem einphasigen Stromkreis.
Ansatz mit Circular Mils:
Diese Form verwendet den spezifischen Widerstand K in Ω·circular-mils/ft und den Drahtquerschnitt A in circular mils, wodurch eine separate Widerstandsumrechnung vermieden wird.
Vereinfachte Kupferformel:
wobei f ein vorberechneter Faktor (Volt pro Ampere pro 1000 ft) aus der unten stehenden Leitertabelle ist, I der Laststrom in Ampere und L die einseitige Drahtlänge in Fuß ist.
Variablen
| Symbol | Beschreibung | Units |
|---|---|---|
| ΔV | Voltage drop | V |
| I | Load current | A |
| R | Conductor resistance | Ω |
| ρ | Material resistivity | Ω·mm²/m |
| L | One-way conductor length | ft or m |
| A | Conductor cross-sectional area | circular mils or mm² |
| K | Specific resistivity | Ω·circular-mils/ft |
| P | Phase constant (single-phase = 2, three-phase = 1.732) | — |
| f | Simplified voltage-drop factor | V/(A·1000 ft) |
Spezifischer Widerstand (K-Werte)
Material | K (77–121 °F) (Ω·cmil/ft) | K (122–167 °F) (Ω·cmil/ft) |
|---|---|---|
| Massivkupfer | 11 | 12 |
| Verseiltes Kupfer | 11 | 12 |
| Massivaluminium | 18 | 20 |
| Verseiltes Aluminium | 19 | 20 |
Quelle: engineeringtoolbox.com
Rechner
Spannungsabfall — Circular-Mils-Methode
Einheitenkonverter
Spannungsabfall-Einheitenkonverter
Beispiele
Beispiel - Spannungsabfall: Bei einem einphasigen Kupferkreislauf wird der Spannungsabfall aus dem Leiterwiderstand, dem Strom und der Einweglänge berechnet, wobei der Rückweg durch die Phasenkonstante einbezogen wird. Beispiel - Spezifischer Widerstand und Spannungsabfall: Verwenden Sie den Material-K-Wert in Ohm-zirkulären Mils pro Fuß mit dem Leiterquerschnitt in zirkulären Mils, um ein Mischen von SI- und AWG-Einheiten zu vermeiden.
Faktoren für den Spannungsabfall von Kupferleitern
AWG-Größe | Metric (mm²) | Einphasig f (V/(A·kft)) | Dreiphasig f (V/(A·kft)) |
|---|---|---|---|
| 14 | 2.08 | 0.476 | 0.42 |
| 12 | 3.31 | 0.313 | 0.26 |
| 10 | 5.26 | 0.196 | 0.17 |
| 8 | 8.37 | 0.125 | 0.11 |
| 6 | 13.3 | 0.0833 | 0.071 |
| 4 | 21.2 | 0.0538 | 0.046 |
| 2 | 33.6 | 0.0323 | 0.028 |
| 1/0 | 53.5 | 0.0269 | 0.023 |
| 2/0 | 67.4 | 0.0222 | 0.02 |
| 4/0 | 107.2 | 0.0161 | 0.014 |
| 250 | 127 | 0.0147 | 0.013 |
| 300 | 152 | 0.0131 | 0.011 |
| 400 | 203 | 0.0115 | 0.009 |
| 500 | 253 | 0.0101 | 0.009 |
Quelle: engineeringtoolbox.com
Spannungsabfall-Faktor im Vergleich zum Leiterquerschnitt
Wiederhergestellte Originalquellentabellen
Die folgenden Tabellen werden wiederhergestellt aus der ursprünglichen Quellenseite, um die vollständigen Referenzdaten zu erhalten.
Kupferleiter - Spannungsabfall
AWG | Metrisch mm2 | Faktor - f - | Faktor - f - |
|---|---|---|---|
| Einphasig | 3-phase | — | — |
| 14 | 2.08 | 0.476 | 0.42 |
| 12 | 3.31 | 0.313 | 0.26 |
| 10 | 5.26 | 0.196 | 0.17 |
| 8 | 8.37 | 0.125 | 0.11 |
| 6 | 13.3 | 0.0833 | 0.071 |
| 4 | 21.2 | 0.0538 | 0.046 |
| 3 | — | 0.0431 | 0.038 |
| 2 | 33.6 | 0.0323 | 0.028 |
| 1 | 42.4 | 0.0323 | 0.028 |
| 1/0 | 53.5 | 0.0269 | 0.023 |
| 2/0 | 67.4 | 0.0222 | 0.02 |
| 3/0 | 85 | 0.019 | 0.016 |
| 4/0 | 107.2 | 0.0161 | 0.014 |
| 250 | — | 0.0147 | 0.013 |
| 300 | — | 0.0131 | 0.011 |
| 350 | — | 0.0121 | 0.011 |
| 400 | — | 0.0115 | 0.009 |
| 500 | — | 0.0101 | 0.009 |
Quelle: engineeringtoolbox.com
Technische Hinweise
- Temperatur ist wichtig. Der Leiterwiderstand steigt mit der Temperatur. Verwenden Sie den höheren K-Wert für Schaltkreise, die über 121 °F (49 °C) betrieben werden.
- Parallele Leiter. Für parallele Leitungen teilen Sie den Gesamtstrom durch die Anzahl der parallelen Pfade und berechnen Sie jeden Pfad separat.
- NEC-Empfehlungen. Die NEC (NFPA 70) empfiehlt einen maximalen Spannungsabfall von 3% in Abzweigkreisen und insgesamt 5% (Einspeisung plus Abzweig zusammen).
- Aluminiumleiter. Aluminium hat etwa die 1.6-fache spezifische Widerstand von Kupfer; die K-Werte und Faktoren oben spiegeln diesen Unterschied wider.
- Rohrleitung und Skineffekt. Bei höheren Frequenzen oder in ferromagnetischen Rohrleitungen steigt der effektive Widerstand. Die Formeln hier gehen von Gleichstrom oder 60 Hz in nicht-ferrischen Leitungen aus.
- Grenzen der vereinfachten Formel. Die faktorbasierte Methode ist für Kupfer bei Standardgebäudedraht-Temperaturen kalibriert. Für Aluminium oder Hochtemperatur-Designs verwenden Sie die Kreismils-Formel mit dem entsprechenden K-Wert.