Auswahlhilfe für XLPE-isolierte Stromkabel: Strombelastbarkeit, Spannungsfall und Querschnitt
Die Wahl des richtigen Querschnitts für XLPE-isolierte Stromkabel ist ein Problem mit vier Variablen: Strombelastung, Installationsmethode, Umgebungsbedingungen und Spannungsabfall. Wenn Sie die Reihenfolge falsch wählen, geben Sie entweder zu viel für Kupfer aus oder betreiben das Kabel zu heiß. Dieser Leitfaden führt Sie durch die Berechnungssequenz, die wir bei unseren eigenen Exportprojekten anwenden.
Schritt 1 — Ermittlung des Bemessungsstroms
Beginnen Sie mit der angeschlossenen Last in kVA, wenden Sie den Gleichzeitigkeitsfaktor der Installation an und rechnen Sie in Ampere um:
Ib = S × 1000 / (√3 × Un) für eine Drehstromlast, wobei S in kVA und Un die 400 V zwischen den Leitern sind.
Ein Industriepark mit 12 MW, der bei Spitzenlast 8 MVA zieht, benötigt beispielsweise etwa 11.550 A pro Phase — was sofort darauf hindeutet, dass die Anlage aus mehreren parallelen Leitungen statt aus einem einzigen Kabel bestehen wird.
Schritt 2 — Ablesen der Basisstrombelastbarkeit
Die Basisstrombelastbarkeit von 0,6/1 kV Kupfer-XLPE-Kabel, 90 °C Leitertemperatur, 30 °C Lufttemperatur und einem spezifischen Erdwiderstand von 2,5 K·m/W ist unten aufgeführt. Kupfer- und Aluminiumwerte unterscheiden sich um etwa eine Größenstufe.
| Querschnitt | In Luft (einadrig) | Im Erdreich (einadrig) | In Luft (3-adrig) | Im Erdreich (3-adrig) |
|---|---|---|---|---|
| 10 mm² | 77 A | 94 A | 60 A | 77 A |
| 35 mm² | 160 A | 185 A | 125 A | 155 A |
| 70 mm² | 245 A | 270 A | 200 A | 225 A |
| 150 mm² | 400 A | 410 A | 325 A | 345 A |
| 300 mm² | 635 A | 610 A | 505 A | 515 A |
Schritt 3 — Anwenden von Derating-Faktoren
Herstellertabellen gehen von einer idealen Welt aus. Reale Installationen multiplizieren vier Korrekturfaktoren miteinander:
| Bedingung | Bereich | Typischer Faktor |
|---|---|---|
| Umgebungslufttemperatur | 30 °C Referenz; 40 °C typisch | 0,87 – 0,91 |
| Bodentemperatur | 20 °C Referenz; 30 °C tropisch | 0,87 – 0,93 |
| Thermischer Widerstand des Bodens | 2,5 K·m/W Referenz; trockener Sand 3,5 | 0,80 – 0,85 |
| Gruppierung, drei Kreise berühren sich in der Luft | 3 Kabel pro Tragschiene | 0,73 |
| Verlegetiefe | 1,0 m Referenz | 1,00 – 0,95 |
Korrigierte Strombelastbarkeit = Basislast × ktemp × ksoil × kgroup × kdepth. Ein 150 mm² dreipoliges Kabel mit einer Nennleistung von 325 A in Luft wird zu 325 × 0,89 × 0,75 = 217 A in einem tropischen Anlagenraum mit zwei parallelen Kreisen — eine Reduzierung um 33%, die die meisten Erstkäufer überrascht.
Schritt 4 — Überprüfung des Spannungsabfalls
Der Spannungsabfall für einen Drehstromkreis wird wie folgt berechnet:
ΔU = √3 × I × L × (R cosφ + X sinφ) / 1000 in Volt, wobei R in Ω/km bei Betriebstemperatur und L in km ist.
Bei Verwendung von 150 mm² Kupfer-XLPE (R = 0,124 Ω/km, X = 0,08 Ω/km), 200 m Leitungslänge, 300 A, cosφ = 0,85: ΔU = 1,732 × 300 × 0,2 × (0,105 + 0,042) = 15,3 V, oder 3,8% von 400 V. Innerhalb des üblichen Grenzwerts von 5% bleibt die Auswahl von 150 mm² bestehen.
Schritt 5 — Überprüfung der Kurzschlussfestigkeit
XLPE erlaubt eine Leitertemperatur von 250 °C für einen Fehler von bis zu fünf Sekunden. Verwenden Sie die adiabatische Gleichung S = I√t / k mit k = 143 für Kupfer-XLPE. Ein Fehler von 25 kA, der in 0,2 s behoben wird, erfordert S = 25.000 × 0,447 / 143 = 78 mm², so dass ein 95 mm² Kabel für die Fehlerbelastung gewählt wird, obwohl 70 mm² die Last tragen würde.
Checkliste für die schnelle Auswahl
- Bemessungsstrom berechnet aus kVA, nicht aus installierter kW.
- Installationsmethode identifiziert: Tragschiene, Kanal, direkte Verlegung, in Luft.
- Alle vier Derating-Faktoren angewendet und dokumentiert.
- Spannungsabfall unter 5% oder unter dem strengeren lokalen Code.
- Kurzschlussfestigkeit gegen die Auslösezeit des Schutzschalters geprüft.
- Biegeradius und Zugkräfte mit der Verlegetrasse kompatibel.
Für die vollständige Übersicht über Konstruktion, Typ und Normen siehe unseren Leitfaden für XLPE-isolierte Stromkabel.
