Leitungen dimensionieren: Verlegearten, Strombelastbarkeit und Spannungsfall

Leitungen dimensionieren: Verlegearten, Strombelastbarkeit und Spannungsfall

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Leitungsdimensionierung, Leiterquerschnitt, Strombelastbarkeit, Verlegeart, Umrechnungsfaktor, Häufung, Umgebungstemperatur, Leitungsschutzschalter, Abschaltbedingung, Spannungsfall, maximale Leitungslänge, Leitungsbezeichnung, Mindestquerschnitt, Verlustleistung, Klemmstelle, DIN VDE 0298-4

tl/dr; (ca. 33 min Lesezeit): Welcher Querschnitt reicht für eine neue Leitung, welcher Leitungsschutzschalter passt dazu, und kommt am Ende noch genug Spannung an? Der Artikel nennt zuerst die Einflussgrößen der Leitungsdimensionierung und führt dann Schritt für Schritt durch Betriebsstrom, Aufteilung auf Stromkreise, Leitungstyp und Leitungsbezeichnung, Verlegeart, Strombelastbarkeit mit Umrechnungsfaktoren für Temperatur und Häufung, Überstromschutz und Abschaltbedingung sowie Spannungsfall mit Querschnitt und maximaler Leitungslänge. Zum Schluss geht es um die Verlustleistung von Leitungen und Klemmstellen, die Frage, wann sich ein größerer Querschnitt wirtschaftlich und ökologisch lohnt, und um die Leitungsangaben im Stromlaufplan [AI-Assisted]. (Zuletzt geändert am 11.11.2026)

Dieser Artikel baut auf der Kann-Liste der Artikel Netzsysteme, Leitungsschutzschalter und Fehlerstromschutz und Leiterwiderstand, Spannungsfall und Temperaturabhängigkeit auf.

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Als Grundlagen der Leitungsdimensionierung kann ich nach Durcharbeiten des Artikels…

• … die Einflussgrößen der Leitungsdimensionierung (Strombelastbarkeit, Verlegeart, Häufung, Umgebungstemperatur, Spannungsfall, Abschaltbedingung) nennen.

• … den Betriebsstrom einer Wechselstrom- oder Drehstromlast aus Leistungsangaben berechnen.

• … Vorteile getrennter Stromkreise und getrennter Zuleitungen für die Verfügbarkeit begründen und einphasigen und dreiphasigen Anschluss vergleichen.

• … für eine Verlegesituation einen geeigneten Leitungstyp auswählen und eine vollständige Leitungsbezeichnung wie NYM-J 5 × 6 mm² lesen und angeben.

• … die Verlegeart (z. B. B1, B2, C) aus einem Installationsplan oder einer Abbildung bestimmen und die Anzahl der belasteten Adern angeben.

• … die Strombelastbarkeit einer Leitung mit Umrechnungsfaktoren für Häufung und Umgebungstemperatur aus Tabellen ermitteln.

• … einen Leitungsschutzschalter so zuordnen, dass die Bedingung Ib ≤ In ≤ Iz erfüllt ist, und erklären, warum lange Leitungen die Abschaltbedingung gefährden.

• … den Spannungsfall einer Wechselstrom- oder Drehstromleitung berechnen und mit dem zulässigen Wert vergleichen.

• … den nötigen Querschnitt oder die maximale Leitungslänge aus dem zulässigen Spannungsfall berechnen.

• … die Verlustleistung an einer schlechten Klemmstelle berechnen und Ursachen und Maßnahmen bei Erwärmung benennen.

• … Leitungen und Schutzorgane im Stromlaufplan vollständig bezeichnen.

Darüber hinaus kann ich als Expertenwissen…

• … die Verlustleistung einer Leitung berechnen und den Querschnitt unter ökonomischen und ökologischen Gesichtspunkten beurteilen.

Eine neue Werkbank in der Werkstatt, eine Absauganlage, eine Ladestation auf dem Parkplatz oder ein zusätzlicher Stromkreis im Büro: Jedes Mal muss jemand entscheiden, mit welcher Leitung die Energie dorthin kommt. Ist der Querschnitt zu klein, erwärmt sich die Leitung im Dauerbetrieb über die zulässige Temperatur ihrer Isolierung; die Isolierung altert schnell, im schlimmsten Fall entsteht ein Brand. Ist die Leitung lang, kommt am Ende zu wenig Spannung an, und im Fehlerfall schaltet der Schutzschalter womöglich nicht schnell genug ab. Die Leitungsdimensionierung beantwortet deshalb drei Fragen:

1. Hält die Leitung den Strom dauerhaft aus? (Strombelastbarkeit und Überlastschutz)

2. Schaltet die Schutzeinrichtung im Fehlerfall rechtzeitig ab? (Abschaltbedingung)

3. Ist der Spannungsfall auf der Leitung klein genug? (Spannungsfall)

Den größten Querschnitt, der sich aus diesen Fragen ergibt, verlegst Du. Die Regeln dafür stehen vor allem in DIN VDE 0298-4 (Strombelastbarkeit), DIN VDE 0100-430 (Schutz bei Überstrom), DIN VDE 0100-410 (Schutz gegen elektrischen Schlag), DIN VDE 0100-520 (Auswahl und Errichtung von Kabel- und Leitungsanlagen) und DIN 18015-1 (Planung elektrischer Anlagen in Wohngebäuden). Planen und errichten darf die Anlage nur eine Elektrofachkraft.

Zum Üben gibt es einen eigenen Artikel mit Aufgaben und einblendbaren Beispiellösungen: Übungsaufgaben zur Leitungsdimensionierung.

Die Tabellenwerte in diesem Artikel sind Auszüge für Kupferleiter mit PVC-Isolierung (zulässige Betriebstemperatur am Leiter 70 °C). Für die Planung einer echten Anlage nimmst Du die vollständigen Tabellen aus der Norm oder einem Tabellenbuch Elektrotechnik.

Schritt 1: Die Einflussgrößen im Überblick

Welcher Querschnitt nötig ist, hängt nicht nur vom Strom ab. Die Mindmap zeigt die sechs Einflussgrößen, die Du bei jeder Leitung prüfst.

Strombelastbarkeit, Verlegeart, Häufung und Umgebungstemperatur gehören zusammen: Sie beschreiben, wie warm die Leitung im Betrieb wird (thermische Bemessung, Schritte 4 und 5). Spannungsfall und Abschaltbedingung hängen dagegen vor allem von der Länge der Leitung ab (Schritte 6 und 7). Bei kurzen Leitungen entscheidet meist die Erwärmung, bei langen Leitungen der Spannungsfall.

Die folgenden Schritte arbeiten diese Einflussgrößen der Reihe nach ab:

Schritt 2: Leistungsbedarf und Betriebsstrom ermitteln

Der Betriebsstrom I_\mathrm{b} ist der Strom, den die angeschlossenen Verbraucher im ungestörten Betrieb dauerhaft aufnehmen. Du ermittelst ihn aus den Typschildern und Datenblättern. Achte darauf, welche Größe angegeben ist:

• Wirkleistung P in W: die Leistung, die tatsächlich in Wärme, Licht oder mechanische Arbeit umgesetzt wird. Bei Motoren steht auf dem Typschild meist die abgegebene mechanische Leistung; die aufgenommene Leistung ist um den Wirkungsgrad größer.

• Scheinleistung S in VA: das Produkt aus Spannung und Strom. Netzteile, USV-Anlagen und Transformatoren werden oft in VA oder kVA angegeben.

• Leistungsfaktor cos φ: Verhältnis von Wirk- zu Scheinleistung, P = S \cdot \cos\varphi.

Hängen mehrere Geräte an einer Leitung, addierst Du ihre Ströme oder Leistungen. Dabei gilt:

• Gleiche Größen addieren: Wirkleistungen mit Wirkleistungen, Scheinleistungen mit Scheinleistungen. Hast Du gemischte Angaben (zum Beispiel PCs in VA und Monitore in A), rechnest Du alles in Ströme um und addierst die Ströme. Das ist eine Abschätzung nach oben, denn bei unterschiedlichen Leistungsfaktoren addieren sich Ströme eigentlich geometrisch.

• Reserve einplanen: Für spätere Erweiterungen wird häufig ein Zuschlag von 20 bis 30 % eingerechnet, zum Beispiel S_\mathrm{ges} = S_\mathrm{Summe} \cdot 1{,}2.

• Gleichzeitigkeit: Laufen nicht alle Verbraucher gleichzeitig unter Volllast, darf ein Gleichzeitigkeitsfaktor kleiner 1 verwendet werden. Für Server, Switches, USV-Anlagen und Kälteanlagen rechnest Du sicherheitshalber mit Volllast.

• Mehrere Stromkreise: Reicht ein Stromkreis nicht aus, bestimmst Du die Anzahl aus der maximalen Last je Stromkreis. Ein B16-Stromkreis an 230 V trägt bei cos φ = 1 höchstens P_\mathrm{max} = U \cdot I_\mathrm{n} = 230\,\mathrm{V} \cdot 16\,\mathrm{A} = 3680\,\mathrm{W}. Die Anzahl wird immer aufgerundet.

Warum mehrere Stromkreise und getrennte Zuleitungen?

Technisch könnte man viele Verbraucher an einem Stromkreis mit großem Querschnitt betreiben. Eine Aufteilung ist trotzdem besser, und zwar aus technischen wie aus organisatorischen Gründen:

• Wichtige Geräte trennen: Eine Kasse, ein Server oder eine Kühlung sollte nicht ausfallen, weil ein Wasserkocher am selben Stromkreis einen Kurzschluss hat. Getrennte Stromkreise begrenzen die Wirkung eines Fehlers auf die Geräte dahinter.

• Ableitströme verteilen: Netzteile von IT-Geräten und Umrichter haben Ableitströme gegen PE. Viele Geräte an einem RCD mit 30 mA führen leicht zu Fehlauslösungen; mehrere Stromkreise an mehreren RCDs verteilen diese Ströme.

• Kleinere Querschnitte und Schutzorgane: Ein einzelner Stromkreis für alles bräuchte einen großen Querschnitt und einen großen Bemessungsstrom; dann schaltet er bei Fehlern an kleinen Geräten womöglich nicht mehr rechtzeitig ab.

• Netz gleichmäßig belasten: Einphasige Stromkreise lassen sich auf L1, L2 und L3 verteilen, wie es der Netzbetreiber verlangt.

• Betrieb und Service: Ein Stromkreis lässt sich für Arbeiten freischalten, während der Rest weiterläuft; ein ausgelöstes Schutzorgan zeigt sofort, wo der Fehler zu suchen ist; neue Geräte bekommen später einen eigenen Stromkreis, ohne bestehende zu überlasten.

Für redundante Systeme (zwei Netzteile je Server, zwei USV-Anlagen) geht man noch einen Schritt weiter: Die zweite Versorgung kommt über eine eigene Zuleitung aus einer anderen Hauptverteilung oder einem anderen Gebäudeteil. Ein Fehler an Zuleitung, Hauptverteilung oder Schutzeinrichtung des ersten Weges legt dann nicht beide Versorgungen lahm.

Einphasig oder dreiphasig anschließen?

Viele größere Geräte (USV-Anlagen ab einigen kVA, Ladestationen, Klimageräte, Absauganlagen) lassen sich wahlweise einphasig an 230 V oder dreiphasig an 400 V anschließen. Der dreiphasige Anschluss hat Vorteile:

• Die Leistung verteilt sich symmetrisch auf drei Außenleiter, das Netz wird gleichmäßig belastet.

• Der Strom je Leiter ist kleiner (bei gleicher Leistung etwa ein Drittel), dadurch reichen kleinere Querschnitte, und der Spannungsfall ist deutlich geringer.

Der einphasige Anschluss ist einfacher und braucht weniger Adern, stößt aber bei großen Leistungen und langen Leitungen schnell an Grenzen, wie Schritt 7 zeigt.

Schritt 3: Den passenden Leitungstyp auswählen

Der Leitungstyp hängt vom Einsatzort ab: trocken oder feucht, fest verlegt oder beweglich, im Gebäude oder im Erdreich, mit oder ohne Anforderungen an den Brandschutz. Wie Du die Kurzzeichen entschlüsselst, erklärt der Artikel Leitungen, Kabel und Verbindungstechnik.

Für Leitungen zu Außenanlagen, etwa zu einer Schranke, einer Ladesäule oder einem Kameramast, die im Erdreich verlegt werden, ist deshalb NYY-J die übliche Wahl; NYM-J darf nicht in die Erde.

Leitungsbezeichnungen lesen

Die Bezeichnung einer Leitung ist ein Kurzschlüssel. Bei nationalen Typen (beginnen mit N):

Bei harmonisierten Typen (beginnen mit H) steht dahinter die Nennspannung (03 = 300/300 V, 05 = 300/500 V, 07 = 450/750 V), dann der Werkstoff (V = PVC, R = Gummi, N = Chloropren-Mantel) und die Leiterart (-U eindrähtig, -K feindrähtig für feste Verlegung, -F feindrähtig flexibel).

Eine vollständige Leitungsbezeichnung enthält Typ, Aderzahl und Querschnitt, zum Beispiel:

• NYM-J 3 × 2,5 mm²: Mantelleitung mit drei Adern (L, N, PE) für einen 230-V-Stromkreis.

• NYM-J 5 × 4 mm²: Mantelleitung mit fünf Adern (L1, L2, L3, N, PE) für einen Drehstromkreis.

• NYY-J 3 × 2,5 mm²: Erdkabel für eine 230-V-Außenanlage.

Mindestquerschnitte

Unabhängig von jeder Rechnung gelten Mindestquerschnitte (DIN VDE 0100-520 und -540):

Schritt 4: Verlegeart bestimmen und Strombelastbarkeit ablesen

Wie viel Strom eine Leitung dauerhaft führen darf, hängt davon ab, wie gut sie ihre Wärme loswird. Eine Leitung in einer wärmegedämmten Wand wird schneller warm als eine Leitung frei auf einer Kabelrinne. DIN VDE 0298-4 fasst typische Situationen deshalb in Referenzverlegearten zusammen. Das Bild zeigt sie als vereinfachte Querschnitte.

Die Verlegeart aus Plan oder Abbildung bestimmen

Im Installationsplan oder auf einer Abbildung erkennst Du die Verlegeart mit drei Fragen:

1. Aderleitung oder mehradrige Leitung? Einzelne Adern (H07V-U, H07V-K) dürfen nur geschützt im Rohr oder Kanal liegen: dann A1 oder B1. Mantelleitungen und Kabel (NYM, NYY) führen zu A2, B2, C, D oder E.

2. Was umgibt die Leitung? Wärmedämmung → A; Rohr oder Kanal auf bzw. in einer Wand → B; direkt auf der Wand, im oder unter Putz → C; Erdreich → D; frei in Luft mit Abstand zur Wand → E.

3. Ist der Abstand zur Wand groß genug? Eine Leitung auf einer gelochten Kabelrinne mit Abstand zur Wand gilt als E. Liegt sie direkt an der Wand oder auf ungelochtem Blech, rechnest Du mit C.

In Installationsplänen steht die Verlegeart oft als Kurztext an der Leitung, z. B. „UP“ (unter Putz), „AP“ (auf Putz), „im Kanal“ oder „Kabelrinne“. Fehlt die Angabe, nimmst Du die ungünstigste Verlegeart, die auf dem Leitungsweg vorkommt: Läuft eine Leitung erst auf der Kabelrinne und dann durch eine gedämmte Wand, bestimmt der Abschnitt in der Dämmung die Strombelastbarkeit.

Belastete Adern zählen

Belastet sind die Adern, die im Normalbetrieb Strom führen:

• Wechselstromkreis (L, N, PE): 2 belastete Adern (L und N).

• Drehstromkreis mit symmetrischer Last (L1, L2, L3, N, PE): 3 belastete Adern. Der Neutralleiter führt bei symmetrischer Last (fast) keinen Strom und wird nicht mitgezählt.

• Der Schutzleiter PE zählt nie, denn er führt nur im Fehlerfall Strom.

Bei stark oberschwingungshaltigen Lasten (viele Schaltnetzteile auf einem Drehstromkreis) kann der Neutralleiter erheblich belastet sein; dann gelten zusätzliche Reduktionsfaktoren.

Bemessungswert Ir aus der Tabelle

Die folgende Tabelle gibt den Bemessungswert der Strombelastbarkeit I_\mathrm{r} für Kupferleiter mit PVC-Isolierung bei 30 °C Umgebungstemperatur an. Du suchst die Spalte zur Verlegeart und zur Zahl der belasteten Adern und darin den kleinsten Querschnitt, dessen Wert ausreicht.

Schritt 5: Umgebungstemperatur und Häufung berücksichtigen

Die Tabellenwerte gelten für 30 °C Umgebungstemperatur und eine einzelne Leitung. Weicht die Situation ab, rechnest Du mit Umrechnungsfaktoren die tatsächliche Strombelastbarkeit I_\mathrm{z} aus:

I_\mathrm{z} = I_\mathrm{r} \cdot f_1 \cdot f_2

• f_1: Faktor für abweichende Umgebungstemperatur,

• f_2: Faktor für Häufung (mehrere belastete Leitungen nebeneinander erwärmen sich gegenseitig).

Zähle bei der Häufung immer alle belasteten Leitungen im Kanal oder Bündel, also die neue Leitung plus die schon vorhandenen. „Zwei weitere Leitungen im Kanal“ bedeutet drei Leitungen und damit f_2 = 0{,}70.

Es gibt zwei Wege, mit den Faktoren zu rechnen:

• Vorwärts: Querschnitt wählen, I_\mathrm{z} = I_\mathrm{r} \cdot f_1 \cdot f_2 berechnen und prüfen, ob I_\mathrm{z} reicht.

• Rückwärts: Aus dem benötigten Strom (meist dem Bemessungsstrom des Schutzorgans) den erforderlichen Tabellenwert berechnen, I_\mathrm{r,erf} = \dfrac{I_\mathrm{n}}{f_1 \cdot f_2}, und in der Tabelle den passenden Querschnitt suchen.

Ist es dauerhaft kühler als 30 °C (etwa in einem klimatisierten Serverraum mit 25 °C), darf f_1 größer als 1 sein. Damit rechnest Du aber nur, wenn die niedrigere Temperatur sicher eingehalten wird, auch wenn eine Klimaanlage ausfällt. Unter Hallendecken, in Heizungsräumen oder neben Öfen ist es dagegen oft deutlich wärmer als 30 °C.

Mehrere Leitungen in einem Kanal

Eine neue Leitung in einem schon belegten Kanal (Installations-, Brüstungs- oder Unterflurkanal) verändert die ganze Belegung. Prüfe deshalb vorher:

• Platz und Füllgrad: Passt die Leitung noch hinein, ohne dass der Deckel drückt? Ein überfüllter Kanal gibt Wärme schlecht ab.

• Belastbarkeit aller Leitungen: Mit jeder zusätzlichen belasteten Leitung wird f_2 kleiner, auch für die schon vorhandenen Stromkreise. Deren Schutzorgane prüfst Du mit.

• Getrennte Kammern: Energie- und Datenleitungen bzw. Schutzkleinspannung bleiben durch Trennstege getrennt (EMV und sichere Trennung).

• Vorsicht beim Einziehen: Die betroffenen Stromkreise freischalten, wenn offene Leitungen berührt werden können; Kanten entgraten, Biegeradien einhalten, Isolierungen nicht über Kanten ziehen.

• Leitungstyp: In Rettungswegen und Gebäuden mit vielen Menschen halogenfreie Leitungen (NHXMH-J) verwenden.

Schritt 6: Überstromschutz zuordnen und Abschaltbedingung beachten

Die Leitung wird durch eine Überstrom-Schutzeinrichtung geschützt, meistens einen Leitungsschutzschalter (LS-Schalter). Nach DIN VDE 0100-430 gilt für den Schutz bei Überlast:

I_\mathrm{b} \le I_\mathrm{n} \le I_\mathrm{z}

• I_\mathrm{b}: Betriebsstrom des Stromkreises (Schritt 2),

• I_\mathrm{n}: Bemessungsstrom der Schutzeinrichtung,

• I_\mathrm{z}: Strombelastbarkeit der Leitung unter den tatsächlichen Bedingungen (Schritt 5).

Anschaulich: Der Schutzschalter muss den Betriebsstrom durchlassen (sonst schaltet er im Normalbetrieb ab), aber auslösen, bevor die Leitung überlastet wird. Die zweite Bedingung der Norm, I_2 \le 1{,}45 \cdot I_\mathrm{z}, ist bei LS-Schaltern nach DIN EN 60898-1 automatisch erfüllt, wenn I_\mathrm{n} \le I_\mathrm{z} gilt, denn für sie ist I_2 = 1{,}45 \cdot I_\mathrm{n} (I_2 ist der Strom, bei dem das Schutzorgan innerhalb der festgelegten Zeit sicher auslöst). Bei Schmelzsicherungen (gG) liegt I_2 höher; dort wählst Du den Bemessungsstrom kleiner (etwa I_\mathrm{n} \le 0{,}9 \cdot I_\mathrm{z}).

Kleinere Werte (1, 2, 4 A) gibt es vor allem mit Charakteristik C oder für Steuerstromkreise. In der Gebäudeinstallation ist der kleinste übliche Typ-B-Schalter der B6. Für einen Verbraucher mit 0,5 A Betriebsstrom wählst Du deshalb einen B6-Schalter, wenn die Leitung (z. B. 1,5 mm²) mindestens 6 A verträgt.

Typischer Fehler: Die Bedingung wird nur mit dem Tabellenwert I_\mathrm{r} geprüft. Liegen aber viele Leitungen im Kanal oder ist es warm, ist I_\mathrm{z} deutlich kleiner als I_\mathrm{r}. Eine NYM-J 3 × 1,5 mm² im Kanal (B2, I_\mathrm{r} = 16{,}5\,\mathrm{A}) mit insgesamt sechs Leitungen (f_2 = 0{,}57) hat nur noch I_\mathrm{z} \approx 9{,}4\,\mathrm{A}. Ein B13-Schalter schützt sie nicht mehr vor Überlast.

Abschaltbedingung: Schutz bei Kurzschluss und Körperschluss

Die Schutzeinrichtung muss nicht nur bei Überlast, sondern auch bei einem Kurzschluss oder einem Körperschluss schnell genug abschalten. Im TN-System verlangt DIN VDE 0100-410 für Endstromkreise bis 32 A eine Abschaltung innerhalb von 0,4 s. Das gelingt nur, wenn der Fehlerstrom groß genug ist, um den elektromagnetischen Auslöser anzusprechen. Der Fehlerstrom wird von der Schleifenimpedanz Z_\mathrm{S} begrenzt, zu der auch der Widerstand der Hin- und Rückleitung gehört:

Z_\mathrm{S} \cdot I_\mathrm{a} \le U_0

Für einen B13-Schalter ist I_\mathrm{a} = 5 \cdot 13\,\mathrm{A} = 65\,\mathrm{A}; die Schleifenimpedanz darf also höchstens 230\,\mathrm{V} / 65\,\mathrm{A} \approx 3{,}54\,\Omega betragen. Eine lange Leitung mit kleinem Querschnitt erhöht Z_\mathrm{S} so weit, dass der Fehlerstrom diesen Wert nicht mehr erreicht. Abhilfen sind ein größerer Querschnitt, ein Schutzschalter mit kleinerem Bemessungsstrom bzw. Charakteristik B statt C oder eine zusätzliche Fehlerstrom-Schutzeinrichtung (RCD). Ob die Bedingung eingehalten ist, zeigt die Messung der Schleifenimpedanz bei der Erstprüfung. Netzsysteme, Auslösekennlinien und RCD erklärt der Artikel Netzsysteme, Leitungsschutzschalter und Fehlerstromschutz.

Schritt 7: Den Spannungsfall nachweisen

Jede Leitung hat einen Widerstand. Fließt Strom, fällt an ihr eine Spannung ab, und am Verbraucher kommt weniger als die Netzspannung an. Wie Leitungswiderstand und Spannungsfall grundsätzlich zusammenhängen, steht im Artikel Leiterwiderstand, Spannungsfall und Temperaturabhängigkeit. Für Kupferleitungen bis etwa 16 mm² genügt die Näherung, die nur den ohmschen Widerstand berücksichtigt:

Und in Prozent: \Delta u = \dfrac{\Delta U}{U} \cdot 100\,\%

• l: einfache Leitungslänge in m (die Faktoren 2 bzw. √3 berücksichtigen Hin- und Rückleiter),

• I: Betriebsstrom in A (wer auf der sicheren Seite rechnen will, nimmt den Bemessungsstrom des Schutzorgans),

• \gamma (auch κ): elektrische Leitfähigkeit; Rechenwert für Kupfer \gamma = 56\,\dfrac{\mathrm{m}}{\Omega \cdot \mathrm{mm}^2}, für Aluminium etwa 35\,\dfrac{\mathrm{m}}{\Omega \cdot \mathrm{mm}^2} (bei Betriebstemperatur ist die Leitfähigkeit kleiner, der Spannungsfall also etwas größer),

• A: Leiterquerschnitt in mm²,

• \cos\varphi: Leistungsfaktor; ist nichts angegeben, rechnest Du mit 1.

Wie viel Spannungsfall ist erlaubt?

• Hausanschluss bis Zähler (nach den Technischen Anschlussbedingungen TAB des Netzbetreibers): je nach Leistung 0,5 % bis 1,5 %.

• Zähler bis Verbrauchsmittel nach DIN 18015-1: höchstens 3 %, das sind 6,9 V bei 230 V und 12 V bei 400 V. Dieser Wert wird auch in Büro- und Gewerbebauten üblicherweise angesetzt.

• DIN VDE 0100-520 (Anhang G) empfiehlt für Anlagen am öffentlichen Niederspannungsnetz insgesamt höchstens 3 % für Beleuchtung und 5 % für andere Verbrauchsmittel.

Fehlt in einer Aufgabe die Angabe des Grenzwerts, rechnest Du mit 3 %.

Querschnitt oder Leitungslänge aus dem Spannungsfall

Reicht der Querschnitt nicht, stellst Du die Formel nach A um, zum Beispiel für Wechselstrom:

\Delta U = \frac{2 \cdot l \cdot I \cdot \cos\varphi}{\gamma \cdot A} \quad | \cdot A \quad | : \Delta U

A = \frac{2 \cdot l \cdot I \cdot \cos\varphi}{\gamma \cdot \Delta U_\mathrm{zul}}

Das Ergebnis rundest Du auf den nächstgrößeren Normquerschnitt auf (1,5 – 2,5 – 4 – 6 – 10 – 16 – 25 – 35 mm²). Danach prüfst Du mit den Schritten 4 bis 6, ob dieser Querschnitt auch thermisch und für den Schutzschalter reicht. Der größere der beiden Querschnitte gewinnt.

Genauso erhältst Du die maximale Leitungslänge für einen vorgegebenen Querschnitt:

l_\mathrm{max} = \frac{\gamma \cdot A \cdot \Delta U_\mathrm{zul}}{2 \cdot I \cdot \cos\varphi} \quad \text{(Wechselstrom)} \qquad l_\mathrm{max} = \frac{\gamma \cdot A \cdot \Delta U_\mathrm{zul}}{\sqrt{3} \cdot I \cdot \cos\varphi} \quad \text{(Drehstrom)}

Warum Drehstrom beim Spannungsfall so viel besser ist

Vergleiche eine elektrische Werkstattheizung mit 9 kW (cos φ = 1), einmal einphasig, einmal dreiphasig angeschlossen, Leitung 6 mm² Cu, 35 m:

• einphasig: I = 9000\,\mathrm{W} / 230\,\mathrm{V} \approx 39{,}1\,\mathrm{A}, \Delta U = \dfrac{2 \cdot 35\,\mathrm{m} \cdot 39{,}1\,\mathrm{A}}{56 \cdot 6\,\mathrm{mm^2}} \approx 8{,}15\,\mathrm{V} \approx 3{,}54\,\% von 230 V, also zu viel,

• dreiphasig: I = 9000\,\mathrm{W} / (\sqrt{3} \cdot 400\,\mathrm{V}) \approx 13{,}0\,\mathrm{A}, \Delta U = \dfrac{\sqrt{3} \cdot 35\,\mathrm{m} \cdot 13{,}0\,\mathrm{A}}{56 \cdot 6\,\mathrm{mm^2}} \approx 2{,}34\,\mathrm{V} \approx 0{,}586\,\% von 400 V.

Der prozentuale Spannungsfall sinkt bei gleicher Leistung und gleichem Querschnitt auf ein Sechstel: Der Strom ist um den Faktor √3 · 400/230 = 3 kleiner, der Faktor in der Formel sinkt von 2 auf √3, und bezogen wird auf 400 V statt 230 V.

Das Diagramm stellt beide Anschlussarten dem Grenzwert von 3 % gegenüber:

Ein Beispiel durchgerechnet

In einer Druckerei sollen ein Laminiergerät und eine elektrische Schneidemaschine an der Weiterverarbeitung einen eigenen Stromkreis bekommen. Die Geräte nehmen zusammen 2,6 kW bei einem Leistungsfaktor von 0,92 auf. Die Leitung NYM-J wird 27 m lang mit Schellen direkt auf der Wand verlegt, einlagig neben zwei weiteren belasteten Mantelleitungen, die sie berührt. In der Nähe der Trockner werden bis zu 40 °C erreicht. Vorgesehen ist ein B16-Schalter.

Geg.: P = 2600\,\mathrm{W}; \cos\varphi = 0{,}92; U = 230\,\mathrm{V}; l = 27\,\mathrm{m}; Verlegeart C; 3 Leitungen einlagig auf der Wand; \vartheta = 40\,\mathrm{°C}; I_\mathrm{n} = 16\,\mathrm{A}; \gamma = 56\,\mathrm{m/(\Omega \cdot mm^2)}

Betriebsstrom (Schritt 2). Ges.: I_\mathrm{b}

P = U \cdot I_\mathrm{b} \cdot \cos\varphi \quad\Rightarrow\quad I_\mathrm{b} = \frac{P}{U \cdot \cos\varphi} = \frac{2600\,\mathrm{W}}{230\,\mathrm{V} \cdot 0{,}92} \approx \underline{\underline{12{,}3\,\mathrm{A}}}

I_\mathrm{b} \le I_\mathrm{n}: 12,3 A ≤ 16 A, der B16-Schalter passt zur Last.

Verlegeart und Tabelle (Schritte 3 und 4). NYM-J direkt auf der Wand: Verlegeart C; Wechselstrom: 2 belastete Adern.

Umrechnungsfaktoren (Schritt 5). Ges.: I_\mathrm{r,erf}

f_1 = 0{,}87 (40 °C), f_2 = 0{,}79 (3 Leitungen einlagig auf der Wand)

I_\mathrm{r,erf} = \frac{I_\mathrm{n}}{f_1 \cdot f_2} = \frac{16\,\mathrm{A}}{0{,}87 \cdot 0{,}79} \approx \underline{\underline{23{,}3\,\mathrm{A}}}

In der Spalte C mit 2 belasteten Adern reicht 1,5 mm² (19,5 A) nicht, 2,5 mm² (27 A) schon.

Bedingung prüfen (Schritt 6). Ges.: I_\mathrm{z}

I_\mathrm{z} = I_\mathrm{r} \cdot f_1 \cdot f_2 = 27\,\mathrm{A} \cdot 0{,}87 \cdot 0{,}79 \approx \underline{\underline{18{,}6\,\mathrm{A}}}

12{,}3\,\mathrm{A} \le 16\,\mathrm{A} \le 18{,}6\,\mathrm{A}: Die Bedingung ist erfüllt. Mit 1,5 mm² wäre I_\mathrm{z} \approx 13{,}4\,\mathrm{A} gewesen, zu wenig für den B16.

Spannungsfall (Schritt 7). Ges.: \Delta U, \Delta u

\Delta U = \frac{2 \cdot l \cdot I_\mathrm{b} \cdot \cos\varphi}{\gamma \cdot A} = \frac{2 \cdot 27\,\mathrm{m} \cdot 12{,}29\,\mathrm{A} \cdot 0{,}92}{56\,\frac{\mathrm{m}}{\Omega \cdot \mathrm{mm}^2} \cdot 2{,}5\,\mathrm{mm}^2} \approx \underline{\underline{4{,}36\,\mathrm{V}}}

\Delta u = \frac{\Delta U}{U} \cdot 100\,\% = \frac{4{,}36\,\mathrm{V}}{230\,\mathrm{V}} \cdot 100\,\% \approx \underline{\underline{1{,}90\,\%}}

1,90 % < 3 %: Der Spannungsfall ist eingehalten. Ergebnis: NYM-J 3 × 2,5 mm², abgesichert mit B16. Bei 2,5 mm² dürfte die Leitung bis etwa 42 m lang sein, bevor die 3 % erreicht sind.

Schritt 8: Verlustleistung und wirtschaftlicher Querschnitt

Auch eine richtig bemessene Leitung setzt einen Teil der Energie in Wärme um. Der Widerstand der Hin- und Rückleitung eines Wechselstromkreises ist

R_\mathrm{L} = \frac{2 \cdot l}{\gamma \cdot A}

und die Verlustleistung auf der Leitung

P_\mathrm{V} = I^2 \cdot R_\mathrm{L}

Beim Drehstromkreis mit symmetrischer Last fließt der Strom in drei Außenleitern; dort rechnest Du P_\mathrm{V} = 3 \cdot I^2 \cdot R_\mathrm{Leiter} mit dem Widerstand eines Leiters R_\mathrm{Leiter} = \dfrac{l}{\gamma \cdot A}.

Die Verlustleistung wächst mit dem Quadrat des Stroms und sinkt mit größerem Querschnitt. Läuft ein Verbraucher viele Stunden im Jahr, summieren sich die Verluste zu einer merklichen Energiemenge. Die Tabelle zeigt das für eine 30 m lange Wechselstromleitung, die das ganze Jahr (8760 h) mit 10 A belastet ist; gerechnet ist mit 0,30 € je kWh und 0,38 kg CO₂ je kWh.

Thermisch würde für 10 A schon 1,5 mm² reichen. Wirtschaftlich lohnt sich hier aber der größere Querschnitt: Der Aufpreis für eine 30 m lange Leitung mit größerem Querschnitt ist meist nach wenigen Jahren, oft schon nach Monaten, durch die eingesparte Energie bezahlt. So beurteilst Du einen Querschnitt unter ökonomischen und ökologischen Gesichtspunkten:

• Ökonomisch: Mehrkosten für Leitung, Verlegung und eventuell größere Klemmen den jährlich eingesparten Energiekosten gegenüberstellen. Die Amortisationszeit ist Mehrkosten geteilt durch Einsparung pro Jahr. Leitungen halten Jahrzehnte; was sich in wenigen Jahren amortisiert, lohnt sich.

• Ökologisch: Weniger Verluste bedeuten weniger erzeugte Energie und weniger CO₂ über die ganze Lebensdauer. Dem steht der zusätzliche Kupferbedarf gegenüber, dessen Gewinnung Energie und Rohstoffe kostet; Kupfer lässt sich aber gut recyceln.

• Wann lohnt es sich? Bei Verbrauchern mit langer Laufzeit und hohem Strom (Lüftungs- und Kälteanlagen, Pumpen, Wärmepumpen, Ladestationen, Serverräume) und bei langen Leitungen. Für eine selten genutzte Steckdose lohnt sich ein größerer Querschnitt dagegen kaum.

Ein Nebeneffekt: Ein größerer Querschnitt senkt zugleich Spannungsfall und Schleifenimpedanz und lässt Reserve für spätere Erweiterungen.

Erwärmung an Klemmstellen

Wärme entsteht nicht nur auf der Leitung. Eine typische Brandursache ist ein erhöhter Übergangswiderstand an einer Klemmstelle: eine nicht fest angezogene Schraube, eine feindrähtige Ader ohne Aderendhülse, eine beschädigte oder falsch dimensionierte Klemme, Korrosion. An diesem Widerstand fällt im Betrieb eine Spannung ab, und es entsteht Wärme:

P_\mathrm{V} = I^2 \cdot R \qquad \text{bzw.} \qquad P_\mathrm{V} = \Delta U \cdot I

Schon wenige Watt auf einer kleinen Klemme reichen, um sie über 70 °C zu erhitzen. Mit einer Wärmebildkamera (Thermografie) findest Du solche Stellen im Betrieb: Ist nur eine einzelne Klemme heiß, die angeschlossene Leitung aber nicht, liegt die Ursache an der Klemmstelle und nicht an einem zu kleinen Querschnitt. Die Maßnahme ist dann: freischalten, Klemme mit dem vorgeschriebenen Drehmoment anziehen, Ader fachgerecht (mit Aderendhülse) neu anschließen oder die Klemme tauschen, danach erneut messen.

Weitere Ursachen für Brandgefahr in Elektroinstallationen sind beschädigte Isolierungen (Nagel, Bohrer, Nagetiere), nicht eingehaltene Biegeradien, Feuchtigkeit und Verschmutzung, gealterte Leitungen und überlastete Mehrfachsteckdosen.

Leitungen im Stromlaufplan und in der Dokumentation

Im Stromlaufplan bekommt jede Leitung ein Kennzeichen nach DIN EN 81346-2 (Kennbuchstabe W) und ihre vollständige Bezeichnung, zum Beispiel -W3 NYM-J 3 × 2,5 mm². Am zugehörigen Schutzorgan stehen Charakteristik und Bemessungsstrom, zum Beispiel -F4 B16. Wie Du einen Endstromkreis im Stromlaufplan ergänzt, zeigt der Artikel Netzsysteme und Schutzeinrichtungen.

Zur Dokumentation gehören außerdem die Stromkreisliste in der Unterverteilung (welcher LS-Schalter versorgt welchen Raum oder welches Gerät) und das Prüfprotokoll der Erstprüfung, in dem unter anderem Leitungstyp, Querschnitt und Schutzorgan eingetragen werden.

Wie geht es weiter?

Mit Betriebsstrom, Verlegeart, Umrechnungsfaktoren, Überstromschutz und Spannungsfall hast Du die Werkzeuge, um eine Leitung vollständig zu bemessen. Üben kannst Du das an den Übungsaufgaben zur Leitungsdimensionierung. Wie die Leitungen anschließend in Installationsschaltungen eingesetzt werden, zeigt der Artikel Installationsschaltungen.

Leitfragen

1. Welche sechs Einflussgrößen bestimmen den Querschnitt einer Leitung? Antwort

Strombelastbarkeit, Verlegeart, Häufung, Umgebungstemperatur, Spannungsfall und Abschaltbedingung. Die ersten vier beschreiben die Erwärmung der Leitung, die letzten beiden hängen vor allem von der Leitungslänge ab. siehe Abschnitt „Schritt 1“

2. Wie berechnest Du den Strom einer Drehstromlast mit 11 kW Wirkleistung und cos φ = 0,8? Antwort

I = P / (\sqrt{3} \cdot U \cdot \cos\varphi) = 11000\,\mathrm{W} / (\sqrt{3} \cdot 400\,\mathrm{V} \cdot 0{,}8) \approx 19{,}8\,\mathrm{A} je Außenleiter. siehe Abschnitt „Schritt 2“

3. Welche Verlegeart haben Aderleitungen im Rohr auf Putz, eine Mantelleitung unter Putz und eine Mantelleitung auf einer gelochten Kabelrinne? Antwort

Aderleitungen im Rohr auf Putz: B1; Mantelleitung unter Putz: C; Mantelleitung auf gelochter Kabelrinne mit Abstand zur Wand: E. siehe Abschnitt „Schritt 4“

4. Wie viele belastete Adern hat ein Drehstromkreis mit symmetrischer Last? Antwort

Drei: L1, L2 und L3. N führt bei symmetrischer Last praktisch keinen Strom, PE nur im Fehlerfall. siehe Abschnitt „Belastete Adern zählen“

5. Wie berechnest Du die Strombelastbarkeit einer Leitung bei 40 °C, wenn sie mit drei weiteren Leitungen gebündelt im Kanal liegt? Antwort

I_\mathrm{z} = I_\mathrm{r} \cdot f_1 \cdot f_2 mit f_1 = 0{,}87 (40 °C) und f_2 = 0{,}65 (vier Leitungen gebündelt). siehe Abschnitt „Schritt 5“

6. Was bedeutet die Bedingung Ib ≤ In ≤ Iz? Antwort

Der Bemessungsstrom des Schutzorgans muss mindestens so groß wie der Betriebsstrom sein (keine Auslösung im Normalbetrieb) und darf höchstens so groß wie die Strombelastbarkeit der Leitung unter den tatsächlichen Bedingungen sein (Schutz vor Überlast). siehe Abschnitt „Schritt 6“

7. Warum kann eine sehr lange Leitung mit kleinem Querschnitt die Abschaltbedingung verletzen? Antwort

Der Widerstand der Leitung erhöht die Schleifenimpedanz. Der Fehlerstrom wird dadurch so klein, dass der elektromagnetische Auslöser des LS-Schalters nicht anspricht und die Abschaltzeit von 0,4 s nicht eingehalten wird. siehe Abschnitt „Abschaltbedingung“

8. Wie groß darf der Spannungsfall zwischen Zähler und Verbrauchsmittel nach DIN 18015-1 sein? Antwort

Höchstens 3 %, also 6,9 V bei 230 V und 12 V bei 400 V. siehe Abschnitt „Wie viel Spannungsfall ist erlaubt?“

9. Wann lohnt sich ein größerer Querschnitt, als die Strombelastbarkeit verlangt? Antwort

Bei hohen Strömen mit langer Laufzeit und bei langen Leitungen: Die Verlustleistung P_\mathrm{V} = I^2 \cdot R_\mathrm{L} sinkt, die eingesparten Energiekosten bezahlen die Mehrkosten oft in kurzer Zeit, und über die Lebensdauer wird CO₂ eingespart. siehe Abschnitt „Schritt 8“

10. Welche Leitung nimmst Du für eine Schranke auf dem Parkplatz, deren Zuleitung im Erdreich liegt? Antwort

Ein Erdkabel, zum Beispiel NYY-J 3 × 2,5 mm². NYM-J darf nicht im Erdreich verlegt werden. siehe Abschnitt „Schritt 3“

11. Wie berechnest Du die maximale Länge einer Drehstromleitung bei vorgegebenem Querschnitt? Antwort

Die Spannungsfallformel wird nach der Länge umgestellt: l_\mathrm{max} = \gamma \cdot A \cdot \Delta U_\mathrm{zul} / (\sqrt{3} \cdot I \cdot \cos\varphi) mit \Delta U_\mathrm{zul} = 12\,\mathrm{V} bei 3 % von 400 V. siehe Abschnitt „Querschnitt oder Leitungslänge aus dem Spannungsfall“

12. Warum ist eine einzelne heiße Klemme auf dem Wärmebild kein Hinweis auf einen zu kleinen Querschnitt? Antwort

Wäre der Querschnitt zu klein, wäre die ganze Leitung warm. Ist nur die Klemme heiß, liegt ein erhöhter Übergangswiderstand an der Klemmstelle vor, an dem die Verlustleistung P = I^2 \cdot R entsteht. siehe Abschnitt „Erwärmung an Klemmstellen“

Links und weitere Informationen

• Übungsaufgaben zur Leitungsdimensionierung

• Netzsysteme, Leitungsschutzschalter und Fehlerstromschutz

• Leiterwiderstand, Spannungsfall und Temperaturabhängigkeit

• Leitungen, Kabel und Verbindungstechnik

• als Nachschlagewerk: Tabellenbuch Elektrotechnik (Europa-Lehrmittel), Abschnitte Leitungsberechnung, Strombelastbarkeit und Umrechnungsfaktoren nach DIN VDE 0298-4

• zum Nachschlagen: Baunetz Wissen: Spannungsfall

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Hinweis zur Nachnutzung als Open Educational Resource (OER)

Dieser Artikel und seine Texte, Bilder, Grafiken, Code und sonstiger Inhalt sind - sofern nicht anders angegeben - lizenziert unter CC BY 4.0. Nennung gemäß TULLU-Regel bitte wie folgt: “Leitungen dimensionieren: Verlegearten, Strombelastbarkeit und Spannungsfall” von oer-informatik.de (H. Stein), Lizenz: CC BY 4.0. Der Artikel wurde unter https://oer-informatik.de/leitungsdimensionierung veröffentlicht, die Quelltexte sind in weiterverarbeitbarer Form verfügbar im Repository unter https://gitlab.com/oer-informatik/elektrotechnik/installation. Erstellt mit KI-Assistenz; von mir umfassend redaktionell überarbeitet, geprüft und freigegeben. Stand: 11.11.2026.

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