Kabelkapazität-Rechner
Berechnen Sie die Kapazität und den kapazitiven Ableitstrom von Kabeln. Wichtig für FI-Auslegung und Frequenzumrichter-Installationen.
Kabelkapazität und kapazitiver Ableitstrom
Jedes Kabel hat eine elektrische Kapazität zwischen den Leitern und zur Erde. Diese Kapazität verursacht einen kapazitiven Ableitstrom, der bei langen Leitungen oder vielen Stromkreisen zu FI-Fehlauslösungen führen kann.
Physikalische Grundlage
C = ε₀ × εᵣ × A / d
Ic = U × 2π × f × C
Der kapazitive Strom steigt mit:
- Kabellänge
- Betriebsspannung
- Frequenz
- Höherem Kapazitätsbelag (geschirmte Kabel)
Typische Kapazitätsbeläge
| Kabeltyp | Kapazitätsbelag | Anwendung |
|---|---|---|
| NYM 3×1.5 | 0.05-0.06 µF/km | Hausinstallation |
| NYM 5×2.5 | 0.06-0.08 µF/km | Hausinstallation |
| NYY | 0.10-0.15 µF/km | Erdkabel |
| NYCWY (geschirmt) | 0.20-0.30 µF/km | EMV-kritische Anlagen |
| FU-Leitung | 0.12-0.18 µF/km | Frequenzumrichter |
| Steuerkabel | 0.15-0.25 µF/km | SPS, Messtechnik |
Maximale Kabellänge für FI 30 mA
| Kabeltyp | Max. Länge (230V, 50Hz) | Bei 400V |
|---|---|---|
| NYM | ~800 m | ~460 m |
| NYY | ~400 m | ~230 m |
| NYCWY | ~160 m | ~90 m |
| FU-Leitung | ~270 m | ~155 m |
Hinweis: Diese Werte gelten pro Stromkreis. Bei mehreren Stromkreisen addieren sich die Ableitströme!
Frequenzabhängigkeit (wichtig bei FU)
| Frequenz | Faktor gegenüber 50 Hz |
|---|---|
| 50 Hz | 1.0× (Referenz) |
| 100 Hz | 2.0× |
| 500 Hz | 10× |
| 4 kHz (PWM-Takt) | 80× |
Bei Frequenzumrichtern mit hoher PWM-Taktfrequenz können erhebliche Ableitströme entstehen, die spezielle allstromsensitive FI-Schutzschalter (Typ B) erfordern.
Anwendungsbereiche
- FI-Schutzschalter Dimensionierung
- Frequenzumrichter-Ausgangskabel
- Lange Zuleitungen in der Industrie
- Photovoltaik-Kabellängen
- Gruppenverteilungen mit vielen Stromkreisen
- EMV-Analyse geschirmter Installationen
Häufig gestellte Fragen
Bei langen Kabeln oder vielen parallelen Stromkreisen addieren sich die kapazitiven Ableitströme. Übersteigt die Summe 15-20 mA (bei 30 mA FI ca. 50% Reserve), kann es zu Fehlauslösungen kommen. Lösungen: (1) Auf mehrere FI-Schutzschalter aufteilen, (2) FI mit höherem Nennfehlerstrom (100 mA + separater Personenschutz), (3) Kabellänge reduzieren.
Frequenzumrichter erzeugen durch die PWM-Taktung hochfrequente Ableitströme mit Gleichstromkomponenten. Standard-FI Typ A erkennen diese oft nicht oder werden vormagnetisiert. Lösung: FI Typ B (allstromsensitiv) oder FI Typ F (frequenzumrichtergeeignet). Alternativ: Motorkabel mit geringerer Kapazität oder Ausgangsdrosseln.
Geschirmte Kabel (z.B. NYCWY) haben eine deutlich höhere Kapazität gegenüber Erde, da der Schirm als "Kondensatorplatte" wirkt. Typisch 2-4× höher als ungeschirmte Typen. Bei langen geschirmten Leitungen ist der Ableitstrom entsprechend höher. Schirmerdung beidseitig oder einseitig beeinflusst dies zusätzlich.
Die kapazitiven Ableitströme aller Stromkreise hinter einem FI addieren sich vektoriell. Bei symmetrischer Belastung im Drehstromnetz kompensieren sie sich teilweise. Im ungünstigsten Fall (einphasig, gleichzeitig) addieren sie sich arithmetisch. Faustregel: Max. 10-15 mA pro Sammel-FI reservieren.
Die Kabelkapazität ist relativ temperaturunabhängig, da die Dielektrizitätskonstante des PVC nur wenig variiert. Der Isolationswiderstand sinkt jedoch bei hohen Temperaturen, was zu zusätzlichen echten Ableitströmen führen kann – unabhängig von der Kapazität.