Strombelastbarkeit von Leitungen

Jeder Leiter wird warm, wenn Strom fließt. Wie warm, hängt nicht nur vom Querschnitt ab, sondern davon, wie gut die Leitung ihre Wärme loswird: Eine Mantelleitung frei an der Wand verträgt deutlich mehr Strom als dieselbe Leitung im Rohr in einer gedämmten Außenwand. Die Strombelastbarkeit I_z ist der Strom, den eine Leitung dauerhaft führen darf, ohne dass ihre Isolierung zu heiß wird. Der Rechner gibt sie für einen Querschnitt an oder sucht umgekehrt den kleinsten Querschnitt für deinen Strom – für feste Installationen in mm² und für Gerätedraht in AWG. Wie Erwärmung und Spannungsfall zusammenspielen, erklärt der Grundlagenartikel Leitungen dimensionieren.

So rechnet der Rechner

Eine Formel für die Strombelastbarkeit gibt es in der Praxis nicht, die Werte stammen aus Messungen und Wärmerechnungen und stehen in Tabellen. Für feste Installationen in Gebäuden ist das in Deutschland DIN VDE 0298-4, international IEC 60364-5-52. Der Rechner nutzt die Tabelle für Kupferleiter mit PVC-Isolierung, die am Leiter dauerhaft 70 °C verträgt, bei 30 °C Umgebungstemperatur. Abweichende Bedingungen berücksichtigst du mit Umrechnungsfaktoren:

Dabei ist I_z,Tab der Tabellenwert für Verlegeart, Querschnitt und Zahl der belasteten Adern, f_T der Faktor für die Umgebungstemperatur und f_H der Faktor für die Häufung, wenn mehrere belastete Stromkreise nebeneinander liegen und sich gegenseitig aufheizen.

Ein Auszug aus der Tabelle für zwei belastete Adern zeigt, wie stark die Verlegeart wirkt:

Typische Faktoren: Bei 40 °C Umgebung ist f_T = 0,87, bei 20 °C dagegen f_T = 1,12. Liegen drei Stromkreise gebündelt im selben Rohr oder Kanal, ist f_H = 0,7.

Zusätzlich rechnet der Rechner für deinen Betriebsstrom die Stromdichte J = I_B / A und, wenn du eine Länge einträgst, Spannungsfall und Verlustleistung wie der Spannungsfall-Rechner:

Leitungsschutz: was die Sicherung können muss

Die Sicherung schützt die Leitung. Damit das klappt, gilt die Reihenfolge

mit dem Betriebsstrom I_B, dem Nennstrom der Sicherung I_n und der Strombelastbarkeit I_z. Leitungsschutzschalter und gängige Schmelzsicherungen erfüllen damit auch die zweite Bedingung der Norm, dass sie spätestens beim 1,45-fachen von I_z sicher auslösen. Der Rechner zeigt dir, welche Normgrößen für I_n in Frage kommen. Mehr zum Schutz gegen elektrischen Schlag und zum FI-Schalter steht unter Schutzmaßnahmen.

So benutzt du ihn

• Anwendung: „Feste Installation“ für Leitungen in und an Gebäuden mit Querschnitten von 1,5 bis 35 mm². „Gerätedraht“ für einzelne Litzen in Geräten, Schaltschränken und Kabelbäumen, AWG 30 bis AWG 2.
• Modus: „Strom für Querschnitt“ liefert I_z eines gewählten Querschnitts. „Querschnitt für Strom“ sucht den kleinsten Querschnitt, dessen I_z mindestens deinem Betriebsstrom entspricht, und nennt die passende AWG bzw. den Kupferquerschnitt in mm².
• Verlegeart: A1 und A2 in wärmegedämmten Wänden, B1 und B2 im Elektroinstallationsrohr auf oder in der Wand, C direkt auf der Wand, E frei in Luft, etwa auf einer Kabelpritsche mit Abstand zur Wand. Bei „A1“ und „B1“ liegen einzelne Aderleitungen im Rohr, bei den anderen eine Mantelleitung.
• Belastete Adern: 2 bei Wechselstrom und Gleichstrom, 3 bei Drehstrom. Der Schutzleiter zählt nicht mit.
• Umgebungstemperatur und Häufung: aus der Liste. Kennst du einen Häufungsfaktor aus einer anderen Tabelle, wählst du „eigener Faktor“.
• Betriebsstrom, Länge, Spannung: Strom etwa als „16 A“ oder „800 mA“, Länge als einfache Strecke in Metern, Spannung für die Prozentangabe.

Die Grafik zeigt die Strombelastbarkeit aller Querschnitte als Balken, mit allen Faktoren schon eingerechnet. Der gewählte oder nötige Querschnitt ist hervorgehoben, dein Betriebsstrom ist die waagrechte Linie. Oben links siehst du die Verlegeart im Schnitt.

Beispiel

Mit den Voreinstellungen prüfst du eine Mantelleitung mit 1,5 mm² im Rohr auf der Wand (Verlegeart B2), zwei belastete Adern, 30 °C und kein weiterer Stromkreis daneben. Sie versorgt einen Heizlüfter mit 16 A über 20 m an 230 V. Der Rechner zeigt:

Die Erwärmung passt knapp: 16 A ≤ 16 A ≤ 16,5 A. Der Spannungsfall liegt aber über den üblichen 3 %. Mit 2,5 mm² sinkt er auf rund 2 %, und die Leitung hätte mit 23 A deutlich Reserve. Liegt dieselbe Leitung in einer gedämmten Wand (A2), sind es nur noch 15,5 A – dann reicht 1,5 mm² für eine 16-A-Sicherung nicht mehr.

Gerätedraht in AWG

Für Litzen in Geräten gibt es keine Tabelle mit Normrang wie die VDE 0298-4. Der Rechner nutzt die übereinstimmenden Herstellertabellen für eine einzelne Kupferlitze mit PVC-Isolierung für 80 °C, wie sie für UL-1007- oder UL-1569-Schaltdraht üblich ist, frei in Luft bei 30 °C. Danach verträgt AWG 22 etwa 8 A, AWG 18 etwa 15 A und AWG 14 etwa 27 A. Diese Werte setzen die volle Erwärmung bis an die Grenze der Isolierung voraus. Im Bündel sinken sie stark, der Rechner bietet dafür die Faktoren 0,8, 0,7 und 0,5 an. Für höhere Umgebungstemperaturen rechnet er mit der Wurzel aus der verbleibenden Temperaturdifferenz. Für Fahrzeuge und Luftfahrt gelten eigene Normen wie ISO 6722 und SAE AS50881. Die Umrechnung zwischen AWG und mm² zeigt dir der AWG-Umrechner.

Praxis und typische Fehler

• Nur auf den Strom schauen: Die Strombelastbarkeit ist eine von zwei Prüfungen, die zweite ist der Spannungsfall. Du nimmst den größeren der beiden Querschnitte.
• Die schlechteste Stelle zählt: Läuft eine Leitung ein Stück durch eine gedämmte Wand oder neben anderen Leitungen in einem Kanal, bestimmt dieser Abschnitt den Querschnitt.
• Warme Umgebung vergessen: Im Dachboden im Sommer, im Schaltschrank oder neben Heizungsrohren sind 40 °C und mehr normal. Bei 50 °C bleiben nur noch 71 % der Tabellenwerte.
• Sicherung nach dem Gerät statt nach der Leitung: Eine 20-A-Sicherung an einer Leitung mit I_z = 16,5 A schützt die Leitung nicht vor Überlast.
• Leiterbahnen: Für Kupfer auf der Platine gelten andere Regeln. Die nötige Breite liefert der Rechner für Leiterbahnbreite. Wie Wärme abgeführt wird, steht unter Wärme und Kühlkörper.

Häufige Fragen

• Warum verträgt 1,5 mm² mal 16 A und mal fast 20 A? Die Tabellenwerte hängen von der Kühlung ab. Frei an der Wand (C) sind es 19,5 A, im Rohr in einer gedämmten Wand (A1) nur 15,5 A.
• Gilt das auch für Gleichstrom? Ja. Die Erwärmung hängt nur vom Strom ab; bei Gleichstrom zählst du Plus und Minus als zwei belastete Adern.
• Was ist mit Aluminium oder Gummiisolierung? Dafür gelten andere Tabellen und Faktoren. Der Rechner deckt nur Kupfer mit PVC ab.
• Warum ist die Stromdichte in dicken Leitungen kleiner? Ein dicker Leiter hat im Verhältnis zu seinem Querschnitt weniger Oberfläche, über die er Wärme abgeben kann. Deshalb sinkt die zulässige Stromdichte mit dem Querschnitt, von über 10 A/mm² bei 1,5 mm² auf 3 bis 4 A/mm² bei 35 mm².