Spannungsabfall

Spannungsabfall Über Eine Leitung Berechnen

Jeder Draht hat einen gewissen Widerstand, daher geht immer etwas Spannung zwischen der Quelle und dem, was sie versorgt, verloren — Spannungsabfall ist, wie viel. Geben Sie das Material und den Querschnitt des Drahts, den von ihm geführten Strom, seine einfache Länge, und die Quellspannung ein, und dieser Rechner zeigt genau, wie viele Volt (und welcher Prozentsatz) über diese Leitung verloren gehen.

Dies ist bei längeren Drahtleitungen am wichtigsten — einem Garagen- oder Schuppen-Unterverteiler, einem Verlängerungsstromkreis, oder der Heimleitung einer Solaranlage zurück zu einem Wechselrichter — wo zu viel Spannungsabfall Lichter dimmen, Motoren heißer und weniger effizient laufen, und andere Ausrüstung sich falsch verhalten lassen kann, obwohl sie technisch noch Strom erhält.

Die Formel

$$\text{Spannungsabfall} = \frac{2 \times \vA{K} \times \vB{\text{Strom}} \times \vC{\text{Einfache Länge}}}{\vD{\text{Kreismils}}}$$

• K ist eine spezifische Widerstandskonstante des Drahtmaterials (Kupfer oder Aluminium) — eine langjährige, stabile physikalische Eigenschaft, die sich nicht über die Zeit ändert.
• Kreismils ist die Querschnittsfläche des Drahtquerschnitts, nachgeschlagen in der Standard-AWG-(American Wire Gauge)-Referenztabelle.
• Der Faktor 2 berücksichtigt den Hin- und Rückweg, den der Strom tatsächlich zurücklegt — hinaus zur Last durch einen Leiter und zurück durch den anderen — obwohl Sie nur die einfache Distanz eingeben.

Beispielrechnung

Ein 12-AWG-Kupfer-Draht, der 20 Ampere über eine einfache Leitung von 50 Fuß in einem 120-Volt-Stromkreis führt:

1. 12 AWG Kupfer hat eine Querschnittsfläche von 6.530 Kreismils, und die K-Konstante von Kupfer ist 12,9.
2. Spannungsabfall: $\frac{2 \times 12,9 \times 20 \times 50}{6{.}530} \approx 3,95 \text{ Volt}$.
3. Als Prozentsatz der Quelle: $3,95 \div 120 \times 100 \approx 3,29\%$ — knapp über der häufig zitierten 3%-Richtlinie für einen Abzweigstromkreis, was bedeutet, dass ein dickerer Querschnitt oder eine kürzere Leitung erwägenswert wäre.

Wichtige Einflussfaktoren

• Eine niedrigere AWG-Zahl bedeutet einen DICKEREN Draht, eine häufige Quelle der Verwirrung. Die Drahtquerschnitt-Nummerierung verläuft entgegen der Intuition — ein 10-AWG-Draht ist physisch dicker und hat weniger Widerstand als ein 14-AWG-Draht, sodass das Aufstufen eines Drahts zur Verringerung des Spannungsabfalls bedeutet, eine KLEINERE, nicht eine größere Querschnittszahl zu wählen.
• Kupfer- und Aluminiumdraht haben bedeutsam unterschiedlichen spezifischen Widerstand, was den Spannungsabfall bei gleichem Querschnitt und gleicher Länge verändert. Aluminium hat merklich höheren Widerstand als Kupfer, sodass eine Aluminiumleitung einen dickeren Querschnitt als eine Kupferleitung benötigt, um denselben Spannungsabfall über dieselbe Distanz zu erreichen — bestätigen Sie immer, welches Material tatsächlich verwendet wird, bevor Sie einen Querschnitt basierend auf einer Spannungsabfallberechnung wählen.
• Übermäßiger Spannungsabfall verursacht echte, sich summierende Probleme über nur dimmeres Licht hinaus. Motoren, die mit Unterspannung laufen, ziehen zum Ausgleich mehr Strom, was zusätzliche Wärme erzeugt und ihre Lebensdauer verkürzt — genau deshalb ist Spannungsabfall ein echtes Anliegen für Gerätelebensdauer und Sicherheit, nicht nur eine kleine Effizienz-Kleinigkeit.
• Die häufig zitierten Richtwerte von 3 % (Stromkreis) und 5 % (kombiniert Zuleitung und Stromkreis) für Spannungsabfall stammen aus den eigenen Empfehlungen des US National Electrical Code, keiner harten gesetzlichen Grenze in den meisten Rechtsordnungen. Diese Prozentsätze sind weit befolgte Best-Practice-Ziele, um sicherzustellen, dass Geräte ausreichend Spannung erhalten — prüfen Sie immer die örtlichen Vorschriften für Elektroinstallationen für alles über eine DIY-Referenzschätzung hinaus, besonders für eine genehmigungspflichtige Elektroinstallation.

Häufige Fehler

• Die Hin-und-Rückweg-Länge statt der einfachen Distanz eingeben. Die Formel dieses Rechners verdoppelt die Länge bereits intern, um den Rückleiter zu berücksichtigen — eine bereits verdoppelte Länge einzugeben überschätzt den Spannungsabfall um das Doppelte.
• Die Richtung der AWG-Zahlen verwechseln. Die Annahme, eine größere Querschnittszahl bedeute einen größeren Draht mit weniger Widerstand, ist genau falsch herum — ein 10-AWG-Draht ist dicker (und hat weniger Spannungsabfall) als ein 14-AWG-Draht, nicht umgekehrt.
• Die Widerstandskonstante von Kupfer für eine Aluminiumleitung verwenden, oder umgekehrt. Die beiden Materialien haben bedeutsam unterschiedlichen Widerstand, sodass das Einsetzen der Konstante des falschen Materials eine Spannungsabfallschätzung ergibt, die nicht zum tatsächlich installierten Draht passt.

Gut zu Wissen

• Dimensionieren Sie eine Leitung für die Heimleitung einer Solaranlage zu einem Wechselrichter? Rechner für die Solaranlagengröße und Rechner für Solarenergie-Einsparungen helfen bei der Planung des Systems, für das diese Leitung tatsächlich Strom führen wird.
• Möchten Sie die Beziehung zwischen Strom und Widerstand direkt mit dem Ohmschen Gesetz überprüfen? Ohmsches-Gesetz-Rechner löst nach Spannung, Strom oder Widerstand aus den jeweils anderen beiden.