Elektrische Kabel und Leitungen

  • Abschaltstrom
  • Überlastschutz
  • Spannungsfall

    • Leitungen und Kabel dienen zum Übertragen von Information oder Energie. In der Energietechnik wird die elektrische Energie vom Erzeuger zum Verbraucher übertragen. Im Bereich der Telekommunikation und der Informationstechnik dienen Kabel und Leitungen vorwiegend dem Übertragen von Informationen.

    Es wird grundsätzlich unterschieden zwischen Kabel und Leitungen. Kabel besitzen eine höhere mechanische Festigkeit, haben eine stärkere Isolierung und sind geeignet zur Verlegung im Erdreich bzw. im Wasser. Kabel und Leitungen müssen für den jeweiligen Anwendungszweck geeignet sein. Beim Verlegen sind Mindestquerschnitte zu beachten.

    In der Elektroinstallation sind folgende Bemessungen bei der Leitungsauswahl zu berücksichtigen:

     1. Schutzmaßnahme: Automatische Abschaltung der Stromversorgung als Fehlerschutz
      2. Überlastschutz von elektrischen Kabel und Leitungen nach VDE 0298-4
      3. Spannungsfall auf elektrischen Kabeln und Leitungen.

     Die Schutzmaßnahme der automatischen Abschaltung muss im Falle eines Fehlers vernachlässigbarer Impedanz zwischen dem Außenleiter und einem Körper oder einem Schutzleiter des Stromkreises oder einem Schutzleiter des Betriebsmittels die Stromversorgung zu dem Außenleiter eines Stromkreises oder dem Betriebsmittel in der geforderten Abschaltzeit automatisch unterbrechen. Nach DIN VDE 0100-410 müssen im TT-System alle Endstromkreise mit Nennströmen unter 32 A innerhalb von 0,2 s und alle Stromkreise außer Endstromkreise mit Nennströmen unter 32 A kleiner 1 s abschalten. Im TN-System ist für Endstromkreise mit Nennströmen kleiner/gleich 32 A eine Abschaltzeit von 0,4 Sekunden zulässig. Bei allen anderen Stromkreisen außer Endstromkreisen mit Nennströmen unter 32 A genügt eine Abschaltung unter 5 s.

    Beim Überlastschutz muss der Leitungsquerschnitt u. a. so ausgelegt sein, dass sich die Leitung nicht unzulässig hoch erwärmt. Bei der Auswahl des Querschnitt müssen nach VDE DIN 0298-4 die Verlegeart, Umgebungstemperatur, Leitungsisolierung, Leitungsanordnung und Anzahl der belasteten Adern berücksichtigt werden.

    Bei der Leitungsauswahl ist der für die daran angeschlossenen Betriebsmittel zulässige Spannungsfall zu berücksichtigen. Nach DIN VDE 0100 Teil 520 soll der Spannungsfall zwischen Verbraucheranlage und Betriebsmittel nicht größer als 4 % der Netz-Nennspannung sein. Der Grenzwert von 4 % ist auch über Verlängerungsleitungen einzuhalten, die an Steckdosen angeschlossen sind. D. h. 4 % vom Hausanschlusskasten bis zum Endverbraucher incl. seiner Zuleitung. Bei Wohngebäuden beträgt nach DIN 18015 Teil 1 der max. erlaubte Spannungsfall 3 % ab der Messeinrichtung. Bei vielen Elektrikern wird oftmals der Spannungsfall nicht berücksichtigt. Fakt ist, dass max. 3 % erlaubt sind. Beispielsweise ergibt dies im AC-Netz mit 16A-Absicherung eine max. Leitungslänge von 18 m bei 1,5 mm² oder 30 m bei 2,5 mm². Wird diese Grenze überschritten kann dies dazu führen, das kein Versicherungsschutz besteht. Wird der Spannungsfall für eine Leitung berechnet, so muss als Strom der Bemessungsstrom der vorgeschaltenen Sicherung für die Berechnung verwendet werden. Nach den Anforderungen der Versorgungs-Netz-Betreiber (VNB) TAB 2000 (Technische Anschlussbedingungen) darf der maximale Spannungsfall im Hauptstromversorgungssystem bei einem Leistungsbedarf bis 100 kVA max. 0,5% betragen. Über 100 kVA bis 250 kVA dürfen 1 %, über 250 kVA bis 400 kVA dürfen 1,25 % und über 400 kVA ein Spannungsfall von 1,5 % nicht überschritten werden.

    Abschaltströme für LS-Schalter und Sicherungen

    Nach DIN VDE 0100 T610 müssen im TN-System alle Steckdosenstromkreise und Anschlüsse von ortsveränderlichen Betriebsmittel innerhalb 0,4 Sekunden im Fehlerfall abschalten. Abschaltzeiten von 5 Sek. sind nur in Sonderfällen zulässig. Laut VDE ist bei Stromkreisen ohne FI die Messung der Schleifenimpedanz (RSch) zwischen Außenleitern und Schutzleiter anzuwenden. Bei Stromkreisen mit FI ist der Innenwiderstand RI zu messen. Die Messung des Schleifenwiderstandes zwischen L und N ist bei Stromkreisen mit FI laut VDE nicht gefordert.

    Abschaltzeiten von Überstrom-Schutzeinrichtungen im TN-System

    Schutzeinrichtung

    Typ

    Auslösezeit

    Abschaltstrom

    10 A

    13 A

    16 A

    20 A

    25 A

    32 A

    LS-Schalter

    B

    0,4 s

    5xInenn

    50 A

    65 A

    80 A

    100 A

    125 A

    160 A

    LS-Schalter

    C

    0,4 s

    10xInenn

    100 A

    130 A

    160 A

    200 A

    250 A

    320 A

    LS-Schalter

    K

    0,4 s

    12xInenn

    120 A

    156 A

    192 A

    240 A

    300 A

    384 A

    Schmelzsicherung

    gL

    0,4 s

    8xInenn

    80 A

    104 A

    128 A

    160 A

    200 A

    256 A

     Überlastschutz bei Leitungen

    Nennquer-
    schnitt (Cu)    		Verlegeartbelastete
    Adern    		Umgebungs-
    temperatur

    LeitungsisolierungLeitungsanordnungMehradrige Leitungen
    oder Stromkreise


     zulässige Betriebsstromstärke IZ:       Nennstromstärke IN: 

    leitungsschutz

    Werte für Verlegearten F und G sowie für größere Querschnitte siehe DIN VDE 0298 Teil 4

    Spannungsfall elektrischer Leitungen im 400V-Drehstromnetz


    		  Spezifischer Widerstand (ρ)  in Ω*mm²/m:
     Leitungslänge (l) in m:  
     Stromstärke (I) in A:  
     Cosinus φ
     Querschnitt (A) in mm²:
     Spannungsfall (ΔU) in V:  
     Spannungsfall in %:  

    Spannungsfall elektr. Leitungen im 230V-Wechselstromnetz


    		  Spezifischer Widerstand (ρ)  in Ω*mm²/m:
     Leitungslänge (l) in m:  
     Stromstärke (I) in A:  
     Cosinus φ
     Querschnitt (A) in mm²:
     Spannungsfall (ΔU) in V:  
     Spannungsfall in %:  

    Normierte Leitungsarten

    Kurzname

    Bezeichnung

    Aufbau

    Aderzahl

    Verwendung

    NYIF

    Stegleitung

    flach nebeneinander angeordnete Kupferleiter eingebettet in einer Kunststoffisolierhülle

    >2

    Leitung für trockene Räume bei fester Verlegung in oder unter Putz

    NYM

    Mantelleitung

    verseilte kunststoffisolierte Kupferleiter umgeben mit Füllmantel und Kunststoffhülle

    >1

    Installationsleitung für feste Verlegung über, unter als auch auf Putz.

    NYCY

    Energiekabel mit PVC-Isolierung

    Rundleiter

     

    Kabel für Ortsnetze, Straßenbeleuchtung und Hausanschlüsse.

    NYY

    Energiekabel mit PVC-Isolierung

    Rund- oder Sektorleiter

     

    Energiekabel für Kraftwerks-, Industrie- und Schaltanlagen.

    Harmonisierte Leitungsarten

    Harmonisierte Leitungen entsprechen den VDE-Bestimmungen und sind zusätzlich mit dem Aufdruck HAR bzw. mit einem schwarz-rot-gelben Kennfaden gekennzeichnet. Sie sind in der EU und weiteren Ländern anerkannt. Die einzelnen Adern sind farbig oder mit Zahlenaufdruck gekennzeichnet. Zum Anschluss des Schutzleiters darf nur die grüngelbe Ader verwendet werden und ist für andere Zwecke nicht erlaubt. Der PEN-Leiter ist grüngelb auszuführen und zusätzlich am Leiterende blau zu kennzeichnen. Die blaue Ader darf auch als Außenleiter verwendet werden.

    Kurzname

    Bezeichnung

    Aufbau

    Aderzahl

    Verwendung

    H03VH-H

    Zwillingsleitung

    flach nebeneinander angeordnete Kupferadern in Kunststoffisolierhülle

    2

    in trockenen Räumen bei sehr geringer mech. Beanspruchung

    H03VV-F

    leichte
    Kunststoff-
    schlauchleitung

    isolierte Kupferleiter in Kunststoffschlauch

    2 - 3

    leichte Hausgeräte mit geringen mech. Beanspruchungen

    H05V-U

    Kunststoff-
    Fassungsader

    runder massiver Kupferleiter in Kunststoffisolierhülle

    1

    Verdrahtung in Leuchten

    H05V-K

    Kunststoff-
    Fassungsader

    feindrähtiger Kupferleiter in Kunststoffisolierhülle

    1

    Verdrahtung in Leuchten

    H05VV-F

    Mittlere Kunststoff-
    schlauchleitung

    mehradrige isolierte Kupferadern in Kunststoffschlauch

    2 - 5

    Für Geräte mit mittlerer mech. Beanspruchung in trockenen Räumen und Hausgeräte auch in feuchten Räumen.

    H05RR-F

    Gummischlauch-
    leitung (leicht)

    eindrähtige isolierte Kupferleiter in Gummischlauchhülle

    2 - 5

    in trockenen Räumen bei geringen mechanischen Beanspruchungen für Hand- und Wärmegeräte

    H07RN-F

    Gummischlauch-
    leitung (schwer)

    feindrähtige Kupferleiter in Isolierhülle aus Gummi.

    2 - 5

    für mittlere mech. Beanspruchung im Freien, bei landwirtschaftlichen u. feuergefährdeter Betriebsstätte. (auch in EX-gefährdeten Räumen, sowie in Nutzwasser zulässig)

    Kabel oder Leitung

    Zugegeben, es gibt wichtigere Dinge zu wissen, aber trotzdem ... Diese Frage taucht immer wieder bei NYY und NYM auf, also NYY-I (DIN VDE 0271) ist ein Kabel und NYM-I (DIN VDE 0250) ist eine Leitung (PVC-Mantelleitung).

    Der wesentliche Unterschied liegt in den Einsatzbereichen. Kabel können bei rauen oder auch schweren äußeren Einflüssen eingesetzt werden, z. B. bei Eisen- Stahlwerken, Kraftwerken, Baustoffindustrie; Verlegung im Freien, in Erde, Wasser, Beton, in Kabelkanälen. Dieses Kabel wird eingesetzt, wenn erhöhter elektrischer und mechanischer Schutz gefordert wird; verfügt von 1,5 mm² bis 240 mm²; auch ohne gr/ge-Leiter - dann: NYY-O; Mantelfarbe schwarz. Leitungen sind für gemäßigtere Einflüsse ausgelegt, z. B. Einsatz in Leichtindustrie, Gewerbe, Wohnungen, Büros. Als festverlegte Verbindungsleitung für Stromverbraucher auf, in, unter Putz, in trockenen und feuchten Räumen, sowie im Freien ohne direkte Sonneneinstrahlung; verfügbar von 1,5 mm² bis 35 mm²; Mantelfarbe grau.

    Übrigens: Als um 1875 die elektrische Beleuchtung aufkam, wurden zunächst freigespannte Leitungen (Leiter) auf Isolatoren verwendet. Das erste unterirdisch verlaufende Starkstromkabel wurde 1880 in Berlin von Siemens verlegt und zwar für den Betrieb von Bogenlampen zwischen der Artilleriestraße und der Oranienburger Straße.

    Mindestquerschnitte für Leitungen

    Arten von Kabel- und Leitungssystemen

    Anwendung des Stromkreises

    Leiter

    Werkstoff

    Mindestquerschnitt in mm²

    feste Verlegung

    Kabel, Mantelleitung, Aderleitung

    Leistungs- und Lichtstromkreise

    Cu
    Al

    1,5
    16

    Melde- und Steuerstromkreise

    Cu

    0,5

    blanke Leiter

    Leistungsstromkreise

    Cu
    Al

    10
    16

    Melde- und Steuerstromkreise

    Cu

    4

    bewegliche Verbindungen mit Kabeln und Leitungen

    für ein besonderes Betriebsmittel

    Cu

    siehe IEC

    für andere Anwendungen

    0,75

    Schutz- und Funktionskleinspannung für besondere Anwendungen

    0,75

    In Melde- und Steuerstromkreisen für elektronische Betriebsmittel ist ein Mindestquerschnitt von 0,1 mm² zulässig.

    Kupfer- und Aluminiumleitungen

    Durchmesser, Gewicht und Widerstand von Leitungen bei 20°C

    Nenn-
    quer-
    schnitt
    in mm²

    Mindest-
    anzahl
    der
    Drähte

    Leiter-
    durch-
    messer
    blank

    Cu-Leitungen
    blank

    Al-Leitungen
    blank

    blank

    isoliert
    H07V-U

    Gewicht
    kg/100m

    Widerstand
    Ω/100m

    Gewicht
    kg/100m

    Widerstand
    Ω/100m

    1,5

    1

    1,5

    3,0

    1,34

    1,19

     

     

    2,5

    1

    1,9

    3,6

    2,22

    0,715

    0,675

    1,21

    4

    1

    2,4

    4,1

    3,56

    0,446

    1,08

    0,758

    6

    1

    2,9

    4,6

    5,34

    0,297

    1,62

    0,506

    10

    1

    3,7

    6,0

    8,9

    0,178

    2,7

    0,303

    16

    6

    5,3

    7,5

    14,5

    0,111

    4,4

    0,189

    25

    6

    6,5

    9,2

    22,6

    0,0714

    6,85

    0,121

    35

    6

    7,9

    10,4

    31,7

    0,0509

    9,6

    0,0865

    50

    15

    9,1

    12,3

    45,3

    0,0356

    13,7

    0,0606

    70

    15

    11,0

    14,1

    63,5

    0,0254

    19,2

    0,0433

    95

    15

    12,9

    16,2

    86

    0,0188

    26,1

    0,0319

    120

    30

    14,5

    18,0

    109

    1,0149

    33

    0,0252

    150

    30

    16,2

    20

    136,5

    0,0119

    41,4

    0,0202

    185

    30

    18,0

    22,3

    168,5

    0,0096

    51,1

    0,0164

    240

    51

    20,6

    25,5

    220

    0,0074

    66,7

    0,0126

    300

    51

    23,1

    28,2

    274

    0,0059

    83

    0,0101

    400

    51

    26,1

    32,0

    366

    0,0045

    111

    0,0076

    Farbkennzeichnung von Niederspannungsleitungen

    laserklasse1.jpg

    Nach DIN VDE 0293 sind für die Aderkennzeichnung von Leitungen bestimmte Farben vorgeschrieben. Beim Einsatz, Verarbeiten und Verbinden von 5-adrigen Mehrfachleitungen, z. B. NYY-J oder NYM-J oder H05RN-F etc. kommt es immer wieder zu Unstimmigkeiten zwischen den Arbeitskollegen oder Zeitverlusten wegen einer Vielzahl von (Zwischen)-Prüfungen und nicht vorgesehener Fehlersuchzeit, einfach aus dem Grund, weil es keine feste Zuordnung der Adern zu den Außenleiter gibt.

    Bis zur Harmonisierung der Niederspannungskabeln und Niederspannungsleitungen im Jahr 2003 waren 2 von 5 Adern gleichfarbig, nämlich schwarz. Jeder wußte es und jeder sagte es: es gab die Adern schwarz 1 und schwarz 2. Die Aussage schwarz 1 und schwarz 2 war zwar die halbe Miete, aber erst die halbe, denn es wurde kein Fest- und Bezugspunkt genannt, aber gerade diesen musste man wissen und kennen. Ich habe irgendwann einmal gelernt, dass die Ader schwarz 1 zwischen der grün-gelben und der blauen Ader liegt. Und damit war alles klar. Man musste schon recht genau hinsehen und konzentriert arbeiten, denn die kleinste Unaufmerksamkeit wurde sofort bestraft.

    Wer glaubt mit der Einführung der Aderfarbe "grau" als Außenleiter ist nun alles festgelegt, der irrt. Da es nur eine Empfehlung der Farbkennzeichnung gibt, wird die Vielfalt der Möglichkeiten immer bunter. Nachdem bei einer 3-adrigen Leitung die schwarze Ader durch die braune Ader ersetzt wurde, sollten bei 5-adrigen Leitungen die Außenleiter L1 mit brauner Ader, L2 mit schwarzer Ader und L3 mit grauer Ader verwendet werden. Klingt irgendwie logisch, nicht wahr? Gäbe es nicht schon Steckerhersteller bei denen die Anschlüsse L1 (grau), L2 (schwarz) und L3 (braun) bereits farblich gekennzeichnet sind. Die erste Empfehlung vom "Fachverband Kabel und isolierte Drähte" war die Farbreihenfolge der Außenleiter mit L1 (schwarz), L2 (braun) und L3 (grau) mit der Begründung weil die Ader schwarz 2 durch die neu eingeführte graue Ader ersetzt wurde. Aktuell (seit 17.02.2004) empfiehlt der "Fachverband Kabel und isolierte Drähte" dass L1 (braun), L2 (schwarz) und L3 (grau) sein soll, weil die Anordnung im Kabel dieser Reihenfolge entspricht.

    Ob es letztendlich jemals zu einer genormten Festlegung für die farbliche Leiterkennzeichnung L1, L2 und L3 kommt, bleibt abzuwarten. Bis dahin bleibt uns sicherlich die bunte Vielfalt der Anschlussmöglichkeiten erhalten. Für uns vorgeschrieben ist ein rechtsgerichtetes Drehfeld und jede Dose und jeder Stecker muss so geschaltet sein. Ob in der Anordnung L1,L2,L3 oder L2,L3,L1 oder L2,L3,L1 ist völlig egal. Das ist nun mal das Los eines Elektrikers oder mit anderen Worten: C'est la vie - so ist das Leben. Etwas Trost gibt uns in Deutschland der Erhalt von Schwarz als Außenleiter, denn Schwarz wurde bis zur Harmonisierung der VDE 0293-308 in Großbritannien als Neutralleiter verwendet.

    Kabel mit alter Kennzeichnung durften nur noch bis 04/2006 uneingeschränkt und gleichberechtigt eingesetzt werden. Seit diesen Zeitpunkt gilt einheitlich in Europa die im Januar 2003 eingeführte DIN VDE 0293-308.

    Fachlexikon der Mechatronik © 2011 Erich Käser. Alle Rechte vorbehalten.