Aus dem Facharchiv: Elektropraxis
Problemfall Spannungsfall und des Rätsels Lösung
Vor einiger Zeit wurden im Elektropraktiker einige Probleme sowohl mit der Begrifflichkeit als auch mit der Berechnung des Spannungsfalls dargestellt [1]. In der Zwischenzeit konnten die Rätsel zum Teil geklärt und mögliche Lösungsansätze gefunden werden, die auch Eingang in die Normung finden sollen.
Die Abhängigkeit vom Phasenwinkel
Die nächste der früher behandelten Unklarheiten betrifft die Abhängigkeit des Spannungsfalls vom Phasenwinkel, angefangen mit der Frage, welcher Winkel denn nun gemeint sei, denn auch die Impedanz der Leitung hat einen induktiven Anteil, der zudem sehr stark vom Leiterquerschnitt abhängt.
Um der Sache näher zu kommen, wurden eine kleine, eine mittlere und eine sehr große Last mit den jeweils erforderlichen Leiterquerschnitten ausgewählt und für einphasige und dreiphasige Belastungen die jeweiligen Spannungsfälle zweimal berechnet, einmal mit der Formel nach VDE 0100-520 [2] und einmal nach dem früher vorgestellten vollständigen Verfahren [1] (nicht alle Belastungsfälle sind hier aufgeführt, jedoch beim Autor verfügbar).
Hält man den Strom konstant und verändert nur den Phasenwinkel der Last, so ergeben sich bei der kleinen Last noch keine auffälligen Abweichungen der Verläufe (Bild 3). Dabei sind die unterschiedlichen Scheitelhöhen der Kurven noch kein „Aufreger“!
Worauf es hier ankommt, sind die prinzipiellen Verläufe, und die sind hier bei beiden Rechenverfahren noch praktisch deckungsgleich.
Alles andere ließe sich durch entsprechende Faktoren spielend leicht regeln – was hier auch die Ursache für diese Abweichung darstellt: Das exakte Verfahren rechnet mit der „exakten“ Spannung von 400 V; nach VDE jedoch wird der relative Spannungsfall immer auf 230 V bezogen. In absoluten Werten ist er dann natürlich um den Faktor 
unterschiedlich. Des Weiteren liegt es an den gewählten Kriterien zur Festlegung der Leitungslänge (denn diese ist hier fix; die unabhängige Variable ist der Phasenwinkel, und die hiervon abhängige Variable ist der absolute Spannungsfall [V]):
Nach der VDE-Formel wurde die Leitungslänge so bemessen, dass der Spannungsfall, wie dort angegeben, bei cosφLast = 0,8 genau dem jeweiligen Grenzwert entspricht (unabhängig davon, was im restlichen Bereich – also bei anderen Leistungsfaktoren – geschieht). Als Grenzwert wurden hier 6 % gewählt. Je nach Art der Anlage und der Stromkreise werden in den Normen Werte von 3 % bis 8 % genannt.
Beim exakten Berechnungsverfahren wurde die Leitungslänge so bemessen, dass der Spannungsfall niemals (bei keinem Phasenwinkel) 6 % (der tatsächlichen Bemessungsspannung) überschreitet.
Literatur: [1] Fassbinder, S.: Der Spannungsfall als Problemfall. Elektropraktiker, Berlin 68 (2014) 10, S. 855 – 860.
[2] DIN VDE 0100-520 (VDE 0100-520):2013-06, Errichten von Niederspannungsanlagen – Teil 5-52: Auswahl und Errichtung elektrischer Betriebsmittel – Kabel- und Leitungsanlagen. Anhang G.
[3] DIN VDE 0100-520 (VDE 0100-520) Beiblatt 3:2012-10, Errichten von Niederspannungsanlagen – Auswahl und Errichtung elektrischer Betriebsmittel – Teil 520: Kabel- und Leitungsanlagen – Beiblatt 3: Strombelastbarkeit von Kabeln und Leitungen in 3-phasigen Verteilungsstromkreisen bei Lastströmen mit Oberschwingungsanteilen.
Autor: S. Fassbinder
Der vollständige Artikel ist in unserem Facharchiv nachzulesen.
(1) In einem Wechselstromkreis ist – in jedem Augenblick und im Effektivwert – vom Spannungsfall im Hinleiter der Spannungsfall im Rückleiter abzuziehen, um zum Gesamt-Spannungsfall zu gelangen (Bild: S. Fassbinder/ep)
(2) In einem Drehstromkreis sind die Verläufe der Spannungsfälle in den Außenleitern gegeneinander um 120° versetzt, da auch die Verläufe der Ströme gegeneinander um 120° versetzt sind (Bild: S. Fassbinder/ep)