Der störungsfreie Betrieb eines Verbrauchers (Motor, Beleuchtungsstromkreis usw.) setzt voraus, dass der Spannungswert an dessen Anschlussklemmen möglichst genau der Betriebsspannung entspricht. Daher ist es notwendig, die Leiter im Stromkreis so zu dimensionieren, dass die Klemmenspannung des Verbrauchers bei vollem Betriebsstrom innerhalb der für den störungsfreien Betrieb erforderlichen Grenzwerte gehalten wird.

In diesem Kapitel werden die Methoden zur Bestimmung von Spannungsfällen beschrieben, um zu prüfen, dass sie:

•     den gültigen Normen und Vorschriften entsprechen,
•     für den Verbraucher zulässig sind,
•     die grundlegenden Betriebsanforderungen erfüllen.

Maximaler Spannungsabfall

Der maximal zulässige Spannungsfall ist von Land zu Land unterschiedlich, für Maschinen ist in Europa jedoch ein maximaler Spannungsfall von 5 % zulässig. Er sollte jedoch, um einen störungsfreien und sicheren Betrieb zu gewährleisten, einen Wert von 4 % nicht überschreiten (IEC 60364-5-52 (VDE 0100-520 Anhang G)). Der Spannungsfall vom Schnittpunkt zwischen Verteilungsnetz und Verbraucheranlage bis zum Anschlusspunkt eines Verbrauchsmittels sollte, bezogen auf die Nennspannung der Anlage, nicht größer als die in Abbildung G24 genannten Werte sein.

(*) Es wird empfohlen, dass der Spannungsfall in Endstromkreisen möglichst die unter A genannten Werte nicht überschreiten soll.

Wenn die Versorgungsleitungen der Anlagen länger als 100 m sind, darf der Spannungsfall des über 100 m hinausgehenden Anteils der Kabel- und Leitungsanlage um 0,005 % pro Meter erhöht werden, sofern er ohne diese Ergänzung größer als 0,5 % ist.

Der Spannungsfall wird durch den Verbrauch der elektrischen Betriebsmittel bestimmt, gegebenenfalls unter Anwendung von Gleichzeitigkeitsfaktoren oder den Betriebsströmen der Stromkreise.

Abb. G24: Maximaler Spannungsfall (IEC 60364-5-52 (VDE 0100-520 Tabelle G52.1))

Diese Werte für den Spannungsfall beziehen sich auf normalen Dauerbetrieb und gelten nicht für die Zeiten während eines Motoranlaufs, gleichzeitige Schaltvorgänge (Umschalten) mehrerer Verbraucher usw. (siehe Kapitel A, Abschnitt 4.3: Gleichzeitigkeitsfaktor usw.).

Überschreiten die Spannungsfälle die in Abbildung G24 angegeben Werte, müssen Kabel/Leitungen mit größeren Querschnitten verwendet werden, um das Problem zu beheben.

Der Wert 8 % ist zwar zulässig, kann jedoch für Motorlasten zu Problemen führen, z.B:

• Im Allgemeinen erfordert eine zufriedenstellende Motorleistung eine Spannung von ± 5 % des Bemessungswertes für Dauerbetrieb.
• Der Anlaufstrom eines Motors kann das 5 bis 7-fache (oder mehr) des Bemessungsbetriebsstromes betragen. Tritt bei Bemessungsbetriebsstrom ein Spannungsfall von 8 % auf, beträgt der Spannungsfall während des Anlaufs 40 % oder mehr. In diesem Fall wird der Motor entweder:
  • blockieren (d.h. er bleibt stehen, da das Drehmoment zur Überwindung des Lastmomentes nicht ausreicht) und somit zum Überhitzen und ggf. zu Auslösungen durch die Schutzeinrichtungen führen oder
  • sehr langsam beschleunigen, so dass die Netzbelastung (mit möglicherweise unerwünschten Unterspannungen an anderen Geräten) über die normale Anlaufdauer hinaus andauert.
• Letztendlich führt ein Spannungsfall von 8 % zu einem kontinuierlichen Leistungsabfall, der für Dauerlasten einen beträchtlichen Energieverlust darstellt. Aus diesen Gründen wird empfohlen, dass der maximale Wert von 8 % im Dauerbetrieb nicht in Stromkreisen erreicht wird, die gegenüber Unterspannungen empfindlich sind (siehe Abbildung G25).