Kabelquerschnitt berechnen – Formel verstehen & Ergebnis beurteilen

Kabelquerschnitt berechnen –
Formel verstehen & Ergebnis beurteilen

Egal, ob du Strom für Geräte und Steckdosen im Camper verlegst, oder Zuhause: Den richtigen Kabelquerschnitt berechnen, ist dabei immens wichtig. Auf der einen Seite gehen in Zeiten steigender Kupferpreise unnötig dicke Kabelquerschnitte richtig ins Geld und bedeuten zusätzliches Gewicht, auf der anderen Seite stellt ein zu dünn gewähltes Kabel ein Sicherheitsrisiko dar.

Hier lernst du selbst zu berechnen, welcher Kabelquerschnitt genau passt und zu verstehen, warum – und aus welchen Gründen es trotz einer Vielzahl an Onlinerechnern wichtig ist, das selbst zu können. Außerdem beschäftigen wir uns damit, wie sich Temperatur und Verlegeart deiner Kabel auf die Stromtragfähigkeit eines Leitungsquerschnitts auswirken.

Hierzu stellen wir dir hilfreiche Tabellen zur Verfügung, welche du im PDF-Format ansehen, sowie herunterladen und ausdrucken kannst.

Und keine Sorge: Das alles ist gar nicht so schwer, wie es sich anhört.

Noch ein Hinweis vorab:

Überprüfe vor der Verkabelung der elektrischen Geräte deines Systems noch einmal deren Anordnung und wie sinnvoll dabei die Kabel zu führen sind. Oft wird damit begonnen, die größten Geräte dem Platzangebot entsprechend zuerst zu montieren, die kleinen füllen dann in die verbleibenden Lücken.

Eine Anordnung nach Funktionsgruppen macht hier wesentlich mehr Sinn, das stellt sich häufig beim Verkabeln heraus.

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Kabelquerschnitt ausrechnen – Der Spannungsabfall

Grundsätzlich ist ein Kabel ein Widerstand. Die von Plus- zum Minuspol durch das Kupfer fließenden Elektronen erzeugen Reibung und können nicht völlig ungehindert durch das Kabel strömen. Je länger und je dünner das Kabel, desto größer ist diese Reibung – der Widerstand wird also mit zunehmender Länge und kleinerem Querschnitt des Kabels größer.

Der Widerstand bewirkt zwei Dinge: Erstens, das Kabel erwärmt sich. Zweitens, ein kleiner Teil der anliegenden Spannung geht verloren. Diese verloren gehende Spannung wird als Spannungsabfall bezeichnet.

Den Spannungsabfall gilt es zu begrenzen. Nicht zuletzt hängt die Funktion vieler Geräte davon ab, dass ein gewisses Spannungsniveau gehalten wird.

Bei empfindlichen Geräten sollte der Spannungsabfall auf maximal 2% begrenzt werden (z.B. Ladegeräte, Solarregler ohne eigene Spannungsmessleitung). Bei unkritischen Geräten, wie etwa einer Lampe oder einer Wasserpumpe, kann man bis zu 4% Spannungsabfall in Kauf nehmen.

Spannungsabfall vs. Kabellänge

Das Kabel muss also dick genug sein, um den Spannungsabfall auf ein gewisses Maß zu begrenzen. Nun haben allzu dicke Kabel zwei echte Nachteile: Sie schlagen richtig auf den Geldbeutel und sind auch noch verdammt schlecht zu verlegen.

Um ein dünneres Kabel nehmen zu können, gibt es dabei nur eine Möglichkeit: Du musst die notwendige Kabellänge möglichst gering halten. Je mehr „Saft“ ein bestimmter Verbraucher zieht, desto wichtiger ist es, diesen möglichst nahe an der Batterie zu platzieren. Ein leistungsstarker Inverter mit 3000 Watt z.B., braucht schon nahe der Batterie ein dickes Kabel, sagen wir mal 70 mm². Bei einer Platzierung weit von der Batterie entfernt, müsste das Kabel also theoretisch NOCH dicker werden, was zu absurden Kabelstärken führt, sowie zu Kabelschuhen, die man kaum noch anschrauben kann usw. In der Praxis sind solche Anwendungen unbedingt zu vermeiden.

MERKE:
Je größer die Leistungsaufnahme des Verbrauchers, desto näher sollte sich der Einbauort an den Batterien befinden.

Die Leistung des Verbrauchers

Die dritte Komponente, die wir neben Spannungsabfall und Kabellänge zur Berechnung des Leitungsquerschnitts berücksichtigen müssen, ist (wie schon angedeutet), die Leistung des Verbrauchers.

Die Angabe der Leistung erfolgt in Watt (W).
Man kann die Leistung in vielen Fällen einfach auf dem Typenschild des Gerätes ablesen und in die entsprechende Formel einsetzen – auf diese kommen wir gleich zu sprechen. Zuvor klären wir aber noch, wie du Watt ausrechnest, wenn die Angabe NICHT auf dem Gerät zu finden ist.

Beispielrechnung: USB-Steckdose

Spielen wir nun einmal ein Beispiel mit einer Aufgabe durch, vor der jeder von uns einmal stehen kann: Der Einbau einer USB-Steckdose.

In unserem Beispiel geht es um eine leistungsstarke USB-Dose mit zwei Anschlüssen, die deine Geräte gleichzeitig mit jeweils 2 Ampere laden kann .

Legen wir los:

Auf der Packung oder dem Typenschild steht:

5 Volt (V) und 2 x 2 Ampere (A)

Die Formel zur Berechnung der Leistung hat jeder vermutlich schon irgendwann einmal gehört. Sie lautet

Leistung (P) = Spannung (U) x Strom (I)

Mit unseren Zahlen für die USB-Steckdose ist die Rechnung also

P = 5 x 2 x 2 = 20 W

Bei voller Belastung würde die Dose damit 20 Watt Leistung ziehen.

TIPP: Sicherheitspuffer einrechnen.
Rechne einen Sicherheitspuffer obendrauf, der Störeffekte und einen damit nicht hundertprozentigen Wirkungsgrad kompensieren kann. Wir veranschlagen hier 20%.

Wir gehen also insgesamt von 24 Watt Leistung aus, denn

20 W x 1,2 = 24 W

Mit wie viel Spannung rechnen im 12 V System

Bevor wir nun unsere Zahlen zum Kabelquerschnitt berechnen in die entsprechende Formel einsetzen, müssen wir uns noch damit auseinandersetzen, dass man auch in einem 12 Volt System nicht einfach immer mit 12 Volt rechnen kann.

Faustregel:
Man rechnet mit der niedrigsten Spannung, die im System auftreten kann, denn bei der niedrigsten Spannung ist der durch das Kabel fließende Strom am größten.

Wie niedrig kann also in einem Camper mit 12V System die Spannung werden? Das hängt damit zusammen, welche Akku-Technik im Einsatz ist. Eine normale Bleibatterie sollte man nicht unter 10,7V entladen, um bleibende Schäden zu vermeiden. Die meisten Unterspannungsschutz-Systeme schalten aus diesem Grund bei diesem Wert (einstellungs- und batterietypabhängig) auch ab.

Wie viel Strom fließt also in einem 12V System bei einer Leistungsaufnahme des Verbrauchers von 24 Watt: Um das auszurechnen, teilen wir Leistung (Watt) durch Spannung (Volt). Leicht festzustellen ist anhand dieser Rechnung, dass eine höhere Spannung automatisch einen geringeren Strom ergibt, also ist es genau richtig, den maximal fließenden Strom auszurechnen, indem wir von der geringsten Spannung ausgehen. In unserem Fall sind das

24 W : 10,7 V = 2,4 Ampere

Spannungsabfall einrechnen

Wie weiter oben bereits festgestellt, ist jedes Kabel ein Widerstand, auf dem uns ein bisschen Spannung verlorengeht. Nehmen wir an, wir möchten uns nicht mehr als 2% Spannungsabfall leisten. Die Rechnung lautet in diesem Fall

2% von 10,7V = 0,214V

Dieser Wert fließt gleich in unsere Rechnung mit ein.

Kabellänge einrechnen

Die Kabellänge setzt sich immer aus dem Hin- und dem Rückweg von der Batterie zum Verbraucher zusammen. Befindet sich der Einbauort der USB-Dose 3 m von der Batterie entfernt, benötigen wir 3 m Plus- und 3 m Minuskabel, die wir beide in die Berechnung mit einfließen lassen. In die Formel für den richtigen Kabelquerschnitt unserer USB-Dose setzen wir also einen Wert von 6 m für die Kabellänge mit ein.

Ein Sonderfall ist das Anklemmen eines Pluskabels von der Batterie zum Verbraucher, während Minus über eine Blechkarosserie abgeführt wird. Die Karosserie ist ein extrem dicker Leiter, weshalb wir einen Spannungsabfall von null annehmen. In diesem Fall wird nur die Länge der Plusleitung für die Berechnung herangezogen.

Leitfähigkeit des Kabels

Das verwendete Leitungsmaterial spielt ebenfalls eine Rolle, denn es gibt Kabel aus Alu, Kupfer oder Eisen, die alle eine unterschiedliche Leitfähigkeit aufweisen. In aller Regel wirst du beim Verlegen von elektrischen Verbrauchern in deinem Camper jedoch Kabel aus Kupfer verwenden, denn alles andere hat im Reisefahrzeug-Ausbau eigentlich nichts zu suchen.

Das vereinfacht uns die Sache, da wir immer mit ein und derselben Zahl arbeiten können. In entsprechenden Leitfähigkeitstabellen ist der entsprechende Wert für Kupfer zu finden und beträgt 58 Siemens (der Wert kann in unterschiedlichen Tabellen leicht variieren, aber indem du dir einfach nur die Zahl 58 merkst, bist du gut beraten). Die 58 steht für alle Kupferkabel, die du jemals im Leben verlegen möchtest fest.

Wichtiger Hinweis zum Kauf von Kupferkabeln:

Kupferkabel ist nicht gleich Kupferkabel. Es sollte eine feinadrige Litze sein. Achte beim Kauf am besten auf die Bezeichnungen FLY oder FLR-Y als Hinweis auf den aktuellen Automotiv-Standard.

Hier geht es zu unserem umfangreichen Kabelsortiment mit hochwertigen FLY und FLRY Kabeln und Installationszubehör

Kurze Zusammenfassung unserer ermittelten Werte

Kabellänge: 6 m
Strom: 2,4 A
Spannungsabfall: 0,214 %
Leitfähigkeit: 58 Siemens

Kabelquerschnitt berechnen – Die Formel

Kommen wir mit unseren zusammengetragenen Werten nun zur „Weltformel des Kabelquerschnitts“: Sie lautet

A = Kabellänge × Stromstärke Leitfähigkeit×Spannungsabfall

und für unsere USB-Dose damit

A = 6m × 2,4A 58×0,214V

Achtung beim Rechnen mit Taschenrechner

Vergiss nicht, das Ergebnis aus der oberen Hälfte des Bruchs durch den kompletten Nenner zu teilen, sonst erhältst du ein falsches Ergebnis!

Rechne also erst 6 x 2,4 und tippe schon mal auf = , um das Ergebnis zu speichern. Tippe dann auf „Teilen durch“ und setze die Rechnung 58 x 0,214 in Klammern, um den korrekten Wert zu erhalten.

Kabelquerschnitt aufrunden

Unserem Ergebnis zufolge brauchen wir ein Kabel mit 1,16 mm² Kabeldurchmesser, um die USB-Dose sicher und mit der gewünschten Leistung, aber nicht zu teuer anschließen zu können.

1,16 mm² ist jedoch keine gängige Kabelgröße und in keinen Laden zu finden. Bei solchen Rechenergebnissen ist es völlig fachgerecht auf die nächste, gängige Kabelgröße aufzurunden. In unserem Beispiel wäre das eine Kabelstärke von 1,5 mm².

Zusammenfassung der Berechnung

Auch wenn wir jetzt viel geschrieben haben, reduziert sich das Ausrechnen des Kabelquerschnitts auf zwei ganz simple Schritte.

Zwei Zahlen kann man sich schon mal grundsätzlich merken, die bleiben immer gleich – nämlich 58 und 0,214. Das Ergebnis aus diesen beiden, 12,412 kann man sich einfach merken und rechnet dann immer einfach Kabellänge x Strom durch 12,412 und schon hat man den Kabelquerschnitt ausgerechnet.

Kabelquerschnitt Rechner

Wenn du dich nun fragst, warum du dir das alles hier überhaupt merken solltest, weil es hunderte Kabelquerschnitt Onlinerechner gibt:

Ja, man kann sich den Kabelquerschnitt ohne selbst auf x oder andere Rechenzeichen drücken zu müssen, von diversen Rechnern im Internet anzeigen lassen. Du solltest jedoch bedenken, dass es im Netz viele Rechner für viele verschiedene Anwendungsfälle gibt. Ist man nicht in der Lage selbstständig zu kontrollieren, was ein im Internet gefundener automatischer Rechner so tut und ob er ein passendes Ergebnis auswirft, sollte man sich darauf einfach nicht verlassen.

Selbstverständlich kannst du einen Onlinerechner benutzen und immer wieder verwenden, wenn er sich dein Vertrauen einmal verdient hat. Kontrolliere zu Beginn in ein oder zwei Stichproben das Ergebnis, um zu beurteilen, ob der Rechner für deine Zwecke taugt.

Was Onlinerechner ebenfalls nicht tun: Das Ergebnis in ein sinnvolles Verhältnis zu Verlegeart und Stromtragfähigkeit deiner Kabel zu setzen. Dies tun wir in den nun folgenden Abschnitten. Ein Grundlagenverständnis der Technik, das über die Sicherheit in deinem Reisefahrzeug entscheiden kann, ist deshalb besser als jeder Online-Konfigurator.

Kabelquerschnitt berechnen – Videoerklärung

Soweit noch einmal die bisherigen Schritte – erklärt von tiger Martin.
Vergiss nicht, dir gleich darunter noch die Korrekturschritte anzuschauen!

Korrekturschritte nach Kabelquerschnitt berechnen

Keine Sorge: Mit der Rechnung, die wir erstellt haben, ist alles in Ordnung und das Kabel von 1,5 mm² für die USB-Steckdose passt.

Es gibt jedoch noch zwei Schritte, die du beachten solltest.

Temperatur VS. Stromtragfähigkeit

Die Temperatur hat einen großen Einfluss darauf, wie viel Ampere Stromdurchfluss ein Kabel gefahrlos aushalten kann. Um herauszufinden, ob wir mit dem oben ausgerechneten Kabelquerschnitt auf der sicheren Seite sind, schauen wir zunächst in eine Stromtragfähigkeitstabelle, die uns die gewünschten Angaben liefert. Die komplette Tabelle kannst du hier anschauen und herunterladen.

Bei einem Kabel von 1,5 mm² ist laut Tabelle eine Stromtragfähigkeit von 24A bei 30°C und von 17A bei 50°C angegeben. Bei unserem errechneten Maximalstrom von 2,4 A sind wir damit bei Weitem im grünen Bereich.

Kabelquerschnitt vs. Kabel-Verlegeart

Tatsächlich macht es einen großen Unterschied, ob ein Kabel für sich allein irgendwo langläuft oder mit einigen anderen zusammen in einem Kabelkanal verlegt wird. Kabel werden warm und sind sie zu einem dicken Bündel zusammengefasst, wird es natürlich vor allem für die innenliegenden schwieriger, die Wärme loszuwerden.

Es gilt:
Je dicker das Bündel, desto größer das Temperaturproblem – logisch.

In deinem Camper macht es selbstverständlich durchaus Sinn, mehrere Kabel zusammenzufassen und schön geordnet durchs Fahrzeug zu führen. Wie sich dies auf die Stromtragfähigkeit unseres 1,5 mm² Kabels auswirkt, sehen wir in einer weiteren Tabelle, die du ebenfalls unter dem Downloadlink weiter oben findest.

In der Tabelle finden wir die Information, dass z.B. bei acht Kabeln in einem gemeinsamen Kabelkanal, die Stromtragfähigkeit der einzelnen Leitung um den Faktor 0,5 kleiner wird. Das bedeutet ein Kabel, das mit sieben anderen zusammen in einem gemeinsamen Kabelkanal verläuft, nur noch halb so viel Strom aushalten kann, als wenn man es frei verlegen würde.

In unserem Beispiel mit der USB-Dose heißt das allerdings: Selbst bei 50°C Umgebungstemperatur könnte das Kabel immer noch in einem Achter-Bündel im Kabelkanal verlaufen, denn es schafft alleine bei dieser Temperatur noch 17 A und die Hälfte von 17 ist 8,5, was immer noch wesentlich mehr ist, als unsere maximalen 2,4 Ampere.

Da die Auswirkungen von Verlegeart und Umgebungstemperatur jedoch keineswegs zu vernachlässigen sind, wollen wir uns noch ein anderes Beispiel anschauen.

Beispiel: Kabelquerschnitt bei leistungsstarkem Inverter

Große Inverter beispielsweise, die man etwa zum induktiven Kochen oder für den Betrieb eines starken Föhns braucht, ziehen ganz schnell mal 180 Ampere. Solche Stromstärken sind im 12 Volt System schon eine ganz schöne Belastung und auch mit entsprechender Hitzeentwicklung verbunden.

Unter Berücksichtigung des Spannungsabfalls von max. 2% benötigen wir laut Formel ein Kabel von 14,5 mm² und runden auf 16 mm², also die nächste kaufbare Größe auf.

Ein Blick auf die Stromtragfähigkeitstabelle offenbart uns nun Folgendes:

Ein Kabel mit 16 mm² darf bei 30°C Umgebungstemperatur nur mit maximal 98 Ampere belastet werden. Das liegt WEIT unter den von uns benötigten 180. Steigt die Umgebungstemperatur weiter an, wird die Belastungsfähigkeit natürlich noch weiter sinken. Mit dem nach obiger Formel berechneten Kabelquerschnitt kommen wir also absolut nicht hin.

Laut Tabelle müssen wir für 180 Ampere Stromdurchfluss bei 30°C Umgebungstemperatur einen Kabelquerschnitt von mindestens 50 mm² verlegen. Mit einer maximalen Stromtragfähigkeit von 198 Ampere bei 30 Grad, ist aber auch nicht mehr viel Temperaturspielraum nach oben, weshalb wir in diesem Fall definitiv dazu raten, eine Schippe draufzulegen und das nächstgrößere Kabel zu verwenden. Wir sind nun bei einem Querschnitt von 70 mm², womit das Kabel 245 Ampere bei einer Temperatur von 30 Grad verkraftet. Erst jetzt sind wir bei einem sicheren Wert.

70mm² Kabel – in den Kabelkanal?

Bist du in deinen Berechnungen bei solchen Kabelstärken angekommen, erübrigt sich der Blick in die Verlegearttabelle. Ein Kabel dieses Querschnitts darf nicht zusammen mit anderen Kabeln verlegt werden, damit diese sich nicht gegenseitig erwärmen und die Stromtragfähigkeit sinkt.

Korrekturschritte – in welchen fällen wahrscheinlich notwendig

Kabel führen Wärme über ihre Oberfläche ab. Weil wir nun aber gerade Kabel, über die sehr viel Strom fließen soll, möglichst kurz halten wollen, wird dies zu einem Nachteil für die Wärmeabgabe.

Denke also vor allen bei leistungsstarken Verbrauchern, die zur Vermeidung eines großen Spannungsabfalls nahe an der Batterie verbaut werden, nach dem Berechnen des Kabelquerschnitts noch daran, in die beiden Tabellen zu schauen. Erst sie können dir zweifelsfrei sagen, ob das Kabel auch unter diesen Gesichtspunkten noch ausreicht und eine Brandgefahr damit ausgeschlossen werden kann.

Korrekturschritte – im video erklärt von tiger Martin

Zusammenfassung Schritt für Schritt:


1. Lade dir die beiden Tabellen herunter – wenn noch nicht oben geschehen, hier nochmal der Link.

2. Den Kabelquerschnitt berechnen, wie im ersten Teil des Artikels besprochen.

3. Den errechneten Querschnitt überprüfen – hält er bei der gewählten Verlegeart und 50° C noch durch?

Fazit

Den Kabelquerschnitt berechnen ist gar nicht schwer, meist ist man mit einer einzigen kleinen Formel schon am Ziel. Und gerade weil es so einfach ist: Vertraue Online-Rechnern erst, wenn du wenigstens ein oder zweimal stichprobenartig kontrolliert hast, dass diese keinen Quatsch ausrechnen.

Denke bei leistungsstarken Verbrauchern auch unbedingt daran, dass die Formel zum Kabelquerschnitt berechnen nur die halbe Wahrheit sein könnte. Ein Blick in die Stromtragfähigkeitstabelle und die Berücksichtigung der Verlegeart sind hier Pflicht, um die Gefahr von Kabelbränden zu vermeiden.

Damit im Zweifel auch wirklich die Sicherung durchbrennt und das Kabel hält: Verpasse nicht unseren Artikel zur Sicherungsdimensionierung, der in Kürze erscheint!

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