Wie Temperatur den Spannungsabfall beeinflusst

Der Widerstand von Leitern steigt mit der Temperatur, was den Spannungsabfall direkt beeinflusst. Dieses Phänomen ist besonders kritisch bei Installationen in Hochtemperaturumgebungen wie Dachböden, Kesselräumen und Außengeräten. Das Verständnis darüber, wie die Temperatur den Leiterwiderstand beeinflusst, ist entscheidend für die Planung zuverlässiger elektrischer Systeme unter schwierigen Umgebungsbedingungen.

Die NEC-Tabellen geben Leitereigenschaften bei bestimmten Temperaturen an. Wenn sich die tatsächlichen Betriebstemperaturen unterscheiden, müssen Designer Temperaturkoeffizienten verwenden, um den tatsächlichen Widerstand zu berechnen und Spannungsabfallberechnungen anzupassen. Dies gewährleistet, dass Verkabelungssysteme unter den erwarteten Betriebsbedingungen die Leistungsstandards erfüllen.

Verständnis des Temperaturkoeffizienten

Der Temperaturkoeffizient des Leiterwiderstands gibt an, wie stark sich der Widerstand pro Grad Temperaturänderung ändert. Kupfer und Aluminium haben unterschiedliche Temperaturkoeffizienten, die beeinflussen, wie ihr Widerstand mit steigender Temperatur zunimmt.

Temperaturkoeffizienten von Leitermaterialien

Kupfer

Temperaturkoeffizient: 0,00393/°C bei 20°C

Anstieg um etwa 0,393% pro °C über 20°C

Aluminium

Temperaturkoeffizient: 0,00403/°C bei 20°C

Etwas höhere Empfindlichkeit gegenüber Temperaturanstieg

Berechnung der Temperaturkorrektur

Um den Leiterwiderstand bei verschiedenen Betriebstemperaturen zu berechnen, verwenden Sie die folgende Formel:

Temperaturkorrekturformel

R₂ = R₁ × [1 + α(T₂ - T₁)]

R₂ = Widerstand bei neuer Temperatur

R₁ = Widerstand bei Basistemperatur

α = Temperaturkoeffizient

T₂ = Neue Temperatur (°C)

T₁ = Basistemperatur (normalerweise 20°C)

Praktisches Beispiel: Hochtemperaturumgebung

Beispiel: Dachbodenverkabelung

30-Meter-Kupferleiter 10 AWG durch einen Dachboden bei 75°C (1,018 Ω/kft bei 20°C)

Temperaturdifferenz = 75°C - 20°C = 55°C

R₇₅ = 1,018 × [1 + 0,00393 × 55]

R₇₅ = 1,018 × 1,216

R₇₅ = 1,238 Ω/kft (Anstieg um 21,6%)

Der Spannungsabfall bei dieser Temperatur beträgt 21,6% mehr als bei 20°C berechnet.

Auswirkung von Isolationstemperaturklassen

Die Leiterisolation ist so ausgelegt, dass sie bis zu ihrer Nenntemperatur sicher betrieben werden kann. Die Verwendung einer Isolation mit höherer Temperaturklasse ändert jedoch nicht den Widerstandsanstieg aufgrund von Temperaturerhöhung.

Isolationstyp	Temperaturklasse	Typische Anwendungen
THWN/THHN	75°C/90°C	Allgemeine Verkabelung
XHHW	90°C	Hochtemperaturanwendungen
RHW-2	90°C	Feuchte Standorte

NEC-Planungsüberlegungen

Der National Electrical Code bietet Umgebungstemperatur-Korrekturfaktoren in Tabelle 310.15(B)(2)(a). Diese Faktoren reduzieren die zulässige Strombelastbarkeit von Leitern, wenn die Umgebungstemperaturen 30°C (86°F) überschreiten. Die Anwendung dieser Korrekturfaktoren gewährleistet einen sicheren Betrieb und verhindert Leiterüberhitzung.

NEC-Umgebungstemperatur-Korrekturfaktoren

Umgebungstemperatur (°C)	Faktor für 75°C	Faktor für 90°C
21-25	1,05	1,04
26-30	1,00	1,00
31-35	0,94	0,96
36-40	0,88	0,91
41-45	0,82	0,87

Planungsüberlegungen

Umgebungstemperaturkorrektur: In Hochtemperaturumgebungen wenden Sie Temperaturkorrekturfaktoren an, um den Widerstand anzupassen. Dies macht Spannungsabfallberechnungen genauer.
Konservative Planung: Berechnen Sie den Spannungsabfall bei der erwarteten maximalen Betriebstemperatur, um sicherzustellen, dass das System unter allen Bedingungen die Anforderungen erfüllt.
Leiter-Wärmeableitung: Wenn Leiter gebündelt oder in Isolierung vergraben sind, steigt die Betriebstemperatur, was zu höherem Widerstand und Spannungsabfall führt.
Höhenberücksichtigung: In großen Höhen ist die Wärmeableitung aufgrund der geringeren Luftdichte reduziert, was die Betriebstemperatur der Leiter erhöhen und Spannungsabfallberechnungen beeinflussen kann.

Praktische Anwendungen von Temperatureffekten

Temperaturkorrektur ist besonders wichtig in mehreren realen Anwendungen. Dach-Photovoltaikanlagen erfahren hohe Leitertemperaturen aufgrund direkter Sonneneinstrahlung. Maschinenräume und Industrieanlagen können Umgebungstemperaturen deutlich über den in NEC-Tabellen verwendeten Standard-30°C aufweisen. Außenanwendungen in heißen Klimazonen erfordern sorgfältige Berücksichtigung sowohl der Spitzenlasten als auch der durchschnittlichen Betriebstemperaturen.

Häufige Hochtemperaturszenarien

Dachbodeninstallationen: Können im Sommer 60-75°C erreichen und den Leiterwiderstand um 20-25% erhöhen
Dach-Photovoltaikanlagen: Leiter, die direktem Sonnenlicht ausgesetzt sind, können über 80°C erreichen
Industrieanlagen: Kesselräume und Prozessbereiche können Temperaturen von 40-50°C aufrechterhalten
Unterirdische Kabel: Bodentemperatur und Kabelbelastung beeinflussen die Betriebstemperatur

Spannungsabfall mit Temperaturkorrektur berechnen

Führen Sie genaue Spannungsabfallberechnungen bei der erwarteten Betriebstemperatur durch, um sicherzustellen, dass elektrische Systeme unabhängig von den Umgebungsbedingungen die Leistungsanforderungen erfüllen. Unser Spannungsabfallrechner ermöglicht es Ihnen, Temperatureffekte für eine genauere Systemplanung zu berücksichtigen.

Spannungsabfall-Berechnungstool

Temperatureinflüsse auf den Spannungsabfall