Erläuterung des Drahtquerschnitts: Formel, Berechnung, AWG und Kabelauswahl

Wie groß ist die Querschnittsfläche eines Drahtes?

Stellen Sie sich eine Projektspezifikation vor, in der es heißt: „Einen 2,5-mm²-Kupferleiter einbauen.“ Man kann leicht davon ausgehen, dass der Durchmesser 2,5 mm beträgt. Das ist es nicht. Die Querschnittsfläche eines Drahtes ist die Fläche der kreisförmigen Fläche, die entsteht, wenn man den Leiter sauber durchschneidet, und 2,5 mm² bezieht sich auf diese Fläche, nicht auf die Breite des Kabels. Diese Unterscheidung ist wichtig, da die Leiterfläche den Widerstand, die Strombelastbarkeit, den Spannungsabfall und den sicheren Betrieb eines Kabels unter Last bestimmt.

In diesem Leitfaden wird erklärt, was die Querschnittsfläche eines Drahtes bedeutet, wie man sie berechnet und wie man sie bei der Auswahl von Kabeln verwendet.

Diese Werte beziehen sich nur auf den blanken Leiter. Sobald Isolierung und Mantel hinzugefügt werden, ist der Gesamtkabeldurchmesser viel größer, daher sollte die äußere Kabelgröße nicht zur Identifizierung des Leiterbereichs herangezogen werden.

So berechnen Sie die Querschnittsfläche eines Drahtes aus dem Durchmesser

Wenn Sie einen massiven Draht haben und seinen Bereich kennen müssen, ist der Vorgang unkompliziert:

1. Entfernen Sie einen kurzen Abschnitt der Isolierung, ohne das Kupfer einzukerben.
2. Messen Sie den Durchmesser des blanken Leiters mit einem Mikrometer.
3. Teilen Sie den Durchmesser durch zwei, um den Radius zu erhalten, oder verwenden Sie den Durchmesser direkt.
4. Berechnen Sie die Fläche mit A = π × d² / 4.
5. Runden Sie das Ergebnis auf die nächste metrische Standardgröße.

Beispielsweise ergibt ein massiver Kupferdraht mit einem gemessenen Durchmesser von 1,78 mm A = 3,1416 × 1,78² / 4 = 2,49 mm². Die nächstliegende Standardgröße beträgt 2,5 mm².

Bei einem Litzenleiter ist die gesamte Metallfläche die Summe der einzelnen Litzenflächen. Wenn ein Leiter n identische Litzen mit jeweils dem Durchmesser d hat, beträgt die Gesamtfläche ungefähr A = n × π × d² / 4. Wenden Sie diese Formel nicht auf den Durchmesser des Überbündels an, da die Lücken zwischen den Litzen das Bündel größer erscheinen lassen als die tatsächliche Metallfläche.

Warum ist die Querschnittsfläche wichtig?

Der Zusammenhang zwischen Leiterfläche und elektrischer Leistung ist direkt. Bei jedem metallischen Leiter hängt der Widerstand vom spezifischen Widerstand, der Länge und der Fläche ab:

R = spezifischer Widerstand × Länge/Fläche

Das heißt, wenn man die Querschnittsfläche verdoppelt, halbiert man den Leiterwiderstand bei gleicher Länge. Ein geringerer Widerstand verleiht einem Kabel drei praktische Vorteile:

• Geringerer Spannungsabfall bei langen Kabelstrecken.
• Weniger Wärmeentwicklung bei gleichem Strom.
• Höhere Strombelastbarkeit, bevor die Isolierung ihre Nenntemperatur erreicht.

Es gibt auch einen Sicherheitsvorteil. Ein Leiter, der für den Laststrom zu klein ist, erwärmt sich schneller und kann die Isolierung beschädigen, ein Brandrisiko darstellen oder Fehlauslösungen verursachen. Die Auswahl des richtigen Bereichs ist eine der ersten Entscheidungen bei jedem Kabeldesign.

In Nordamerika werden Leitergrößen häufig in AWG angegeben. Als grobe Referenz: 10 AWG hat eine Querschnittsfläche von etwa 5,26 mm² und 12 AWG etwa 3,31 mm². Im Gegensatz zu mm² sind AWG-Zahlen nicht proportional zur Fläche, was zu Umrechnungsfehlern führt, wenn das Design eine Konvention verwendet und der Lieferant eine andere.

Litzendraht, Lücken und was der Bereich wirklich bedeutet

Bei Industrie- und Versorgungskabeln sind die meisten Leiter mehrdrähtig als massiv. Durch die Verseilung ist das Kabel flexibel genug, um es in Rohre einzuziehen, um Kabeltrassen zu biegen und in Schaltanlagen zu enden. Die Litzenkonstruktion bringt jedoch ein wichtiges Messproblem mit sich: Der Gesamtbündeldurchmesser umfasst die Luftspalte zwischen den runden Litzen.

Die angegebene Querschnittsfläche eines Litzenleiters entspricht daher nicht der Fläche eines Kreises mit dem Durchmesser des Bündels. Stattdessen handelt es sich um die äquivalente metallische Fläche. Ein 16-mm²-Litzenleiter hat etwa den gleichen Widerstand und die gleiche Dauerstrombelastbarkeit wie ein 16-mm²-Massivleiter, sein Bündeldurchmesser ist jedoch aufgrund der Lücken größer als 4,51 mm. Einen ausführlicheren Vergleich finden Sie in unserem Leitfaden zur Auswahl von Litzen- oder Massivdrähten .

Ein gutes Beispiel aus der Praxis sind Freileitungen. Blanke Leiter wie z AAAC-, AAC- und ACSR-Freileitungen werden aus Festigkeits- und Flexibilitätsgründen in Schichten verseilt, ihr Nennstrom wird jedoch anhand des Metallquerschnitts und nicht anhand des Außendurchmessers des fertigen Leiters berechnet. Wenn Sie einen dicken Freileitungsleiter sehen, kann die nutzbare Aluminiumfläche immer noch kleiner sein, als das Gesamtprofil vermuten lässt. Überprüfen Sie daher immer die angegebene Leiterfläche, anstatt den Außendurchmesser mit einer Messlehre zu messen.

AAAC、AAC & ACSR Lieferanten, Unternehmen - Jiangsu Dongfeng Cable Co., Ltd. Dongfeng China Großhandel AAAC、AAC & ACSR-Lieferanten und AAAC、AAC & ACSR-Unternehmen, Details: ReferenzstandardDieses Produkt wird mit ... hergestellt. Produkt anzeigen →

Auswahl des richtigen Leiterquerschnitts

Wenn Sie ein Kabel für eine Installation auswählen, wird der Leiterbereich so ausgewählt, dass er mehrere Bedingungen gleichzeitig erfüllt:

• Der Dauerlaststrom darf die Strombelastbarkeit des Kabels für die gewählte Installationsmethode nicht überschreiten.
• Der Spannungsabfall über die tatsächliche Kabellänge muss innerhalb des Projektgrenzwerts bleiben.
• Der Leiter muss dem Kurzschlussstrom standhalten, bis die Schutzeinrichtung den Fehler beseitigt.
• Gruppierung, Umgebungstemperatur und Erdverlegung oder Sonneneinstrahlung müssen in die Herabstufungsberechnung einbezogen werden.
• Lassen Sie zumindest etwas Spielraum für zukünftiges Lastwachstum oder erwartete Laständerungen.

Aus diesem Grund kann der gleiche Nennstrom in unterschiedlichen Installationen zu unterschiedlichen Leiterquerschnitten führen. Ein Kabel in freier Luft verläuft kühler, während fünf in einem Kabelkanal gebündelte Kabel möglicherweise einen größeren Leiter benötigen, um die gleiche Kapazität zu erreichen.

Für eine typische NS-Gebäudeverteilung: 0,6/1 kV XLPE/PVC-Stromkabel gehören zu den gebräuchlichsten Optionen, da sie starke elektrische und mechanische Eigenschaften zu praktischen Kosten bieten. Die Auswahl des Leiterbereichs sollte weiterhin anhand des Lastplans und der Spannungsabfallberechnung bestätigt werden. Wenn Sie Dämmstoffe für ein Projekt vergleichen, sind unsere Niederspannungskabelauswahl zwischen XLPE und PVC Der Leitfaden erklärt die Unterschiede.

XLPE/PVC-isoliertes Stromkabel für Nennspannung 0,6/1 kV Lieferanten, Unternehmen - Ji Dongfeng China Großhandel XLPE/PVC-isoliertes Stromkabel für Nennspannung 0,6/1 kV Lieferanten und XLPE/PVC-isoliertes Stromkabel für Nennspannung ... Produkt anzeigen →

Große Querschnitte und Hochspannungsanwendungen

Mit steigender Leistung vergrößern sich die Leiterquerschnitte. Große Leiter reduzieren Verluste, bringen aber auch eigene Probleme mit sich: Sie sind schwerer, schwerer zu biegen, schwieriger anzuschließen und teurer in der Installation. Die Herstellung eines Leiters mit großem Querschnitt erfordert außerdem eine sorgfältige Verseilung und Verdichtung, da eine herkömmliche Rundlitzenkonstruktion zu einem unnötig dicken Kabel führen kann.

Für unterirdische Übertragungs- und industrielle Hochspannungsstromkreise kombiniert der gewählte Leiterbereich häufig einen großen Kupferquerschnitt mit einem robusten Isolations- und Mantelsystem. Hochspannungs-VPE-Stromkabel mit Kupferleitern und gewellten Aluminiummänteln sind eine praktische Lösung, da die große metallische Fläche den Widerstand und die dielektrischen Verluste in akzeptablen Grenzen hält. Das mechanische Design des gewellten Metallmantels trägt außerdem zum Schutz des Kabels während der Installation und des Betriebs bei. Weitere Einzelheiten darüber, was bei großen Leitern schief geht und wie Hersteller diese Probleme lösen, finden Sie in unserem Artikel technische Herausforderungen für Leiter mit großem Querschnitt geht tiefer auf das Thema ein.

XLPE-Isolierungs-Kabel-gewölbte Alminum-Hülle für Nennspannung von 290/500kV S Dongfeng China Großhandel XLPE-Isolierungskabel mit gewelltem Aluminiummantel für die Nennspannung von 290/500 kV Lieferanten und XLPE-Isolierungskabel ... Produkt anzeigen →

Der praktische Imbiss

Die Querschnittsfläche eines Drahtes ist die nützlichste Zahl zur Vorhersage der elektrischen Leistung. Bei massiven Runddrähten direkt aus dem Durchmesser berechnen. Verlassen Sie sich bei verseilten Kabeln auf die vom Hersteller angegebene Fläche und den Widerstand pro Längeneinheit, anstatt das äußere Bündel zu messen. Wählen Sie anhand von Laststrom, Stromkreislänge, Installationsbedingungen und Schutzeinstellungen die richtige Größe aus. Der Leiterbereich ist eine technische Spezifikation, aber auch eine der einfachsten Möglichkeiten, eine Elektroinstallation sicher, effizient und kostengünstig zu halten.