Aus dem Facharchiv: Elektropraxis
Querschnitt von Leitern – elektrisch oder geometrisch?
Im ep Sonderheft „Messen und Prüfen“ sind Widerstandswerte von Kupferleitern enthalten. Einem aufmerksamen Leser fiel auf, dass die darin enthaltenen Werte nicht den Werten entsprechen, die sich bei der Berechnung nach der klassischen Formel ergeben. Leider wird in der Aus- und Weiterbildung sehr oft davon ausgegangen, dass der Leiterquerschnitt dem geometrischen Querschnitt des Kupfers entspricht.
Tatsächlich entsprach in den ersten Jahren der Elektrotechnik der Leiterquerschnitt dem geometrischen Querschnitt des Kupfers. Ein 1-mm2-Leiter musste auch wirklich einen Querschnitt von 1 mm2 haben und durfte keinen schlechteren spezifischen Widerstand aufweisen als 0,0175 Ω/m bei 15 °C. Dies war schon so in der ersten VDE-Vorschrift für Kupfer von 1895 beschrieben. Damals bezog man sich noch auf eine Umgebungstemperatur von 15 °C, was dann nach Korrektur auf die heute üblichen 20 °C einen spezifischen Widerstandswert von 0,01785 Ω ∙ mm2/m bedeutet – das bekannte κ = 56 m/(Ω ∙ mm2). Genauso wird es heute noch in den Berufs- und Meisterschulen gelehrt. Allerdings hat sich im Laufe der Jahrzehnte die Betrachtung verändert. Schon in der VDE 0201/1934 wurde unterschieden in „weichgeglühte Drähte“ und „kaltgereckte Drähte“. Zudem werden auch andere Werte für verzinnte Drähte angegeben. Aber schon der § 5 dieser Norm zeigt eine neue Betrachtung. Hier heißt es: „Für isolierte Leiter und Kabel sind die wirksamen Querschnitte durch Widerstandsmessung zu ermitteln. Unter wirksamem Querschnitt ist der elektrische, nicht der geometrische Querschnitt zu verstehen.“ Ein und derselbe Querschnitt aus unterschiedlichem Kupfer konnte verschiedene geometrische Querschnitte aufweisen – daran hat sich bis heute nichts geändert. Die Leitfähigkeit des verwendeten Kupfers konnte je Typ mindestens zwischen 53 m/(Ω ∙ mm2) und 56 m/(Ω ∙ mm2) betragen. Tatsächlich wurde ab den 1950er Jahren die Betrachtung soweit verändert, dass die Angabe des Querschnitts nur aussagt, welchen Widerstand der Leiter je Meter haben darf. Dabei wird unterschieden in Kupfer und Aluminium, blanke und metallumhüllte Leiter, und Leiterklassen, die die Leiter seitens des Aufbaus grob unterscheiden. Heute gibt es vier Leiterklassen, die teilweise auch noch weitere Unterteilungen kennen, wobei die Leiterklassen 3 und 4 bisher nicht belegt sind:
- Klasse 1 ⇒ eindrähtig
- Klasse 2 ⇒ mehrdrähtig
- Klasse 5 ⇒ feindrähtig
- Klasse 6 ⇒ feinstdrähtig
Qualität und Leitfähigkeit
Aktuell kann Kupfer mit einem Reinheitsgrad von > 99,9 % hergestellt werden. Besonders reine und veredelte Kupfersorten kommen damit auf eine normierte Leitfähigkeit von κ= 58,6 m/(Ω ∙ mm2) – so etwa sauerstofffreies Kupfer (OF-Cu; oxigen free). Üblicherweise wird für Kupfer in Kabeln und Leitungen jedoch höchstens Kupfer mit einem κ = 58 m/(Ω ∙ mm2) eingesetzt. Die Hersteller von Kabeln und Leitungen haben natürlich das Bestreben, möglichst wenig Material einsetzen zu müssen. Wird nun besonders reines (leitfähiges) Kupfer verwendet, so lässt sich auch mit weniger Kupfer die geforderte Leitfähigkeit erzielen. Entsprechend weniger Isoliermaterial ist notwendig, da der Leiterdurchmesser auch kleiner wird. Zusätzlich lässt sich auch noch Material einsparen, wenn die Leiter „verdichtet“ oder „hochverdichtet“ werden, sodass sich der Leiterdurchmesser um bis zu 15 % verringert. Dadurch wird eine Querschnittsbestimmung gerade bei größeren Querschnitten nur durch Besichtigen fast unmöglich. Selbst bei kleineren Querschnitten wie 4 oder 6 m2 geraten auch gestandene Fachkräfte in den Bereich der Spekulation, welcher Querschnitt vorliegt. Autor: M. Lochthofen Literatur: [1] Rohlof, K.: Berechnung des Leiterwiderstands; Leseranfragen, Elektropraktiker Berlin 74 (2020) 6, S. 444. Der vollständige Artikel ist in unserem Facharchiv nachzulesen.