Kabelquerschnitt und Sicherung richtig berechnen

Welcher Kabelquerschnitt passt zu welchem Strom – und welche Sicherung gehört dazu? Eine pauschale Antwort wie „2,5 mm² = 16 A“ greift zu kurz. Entscheidend sind nicht nur Strom und Querschnitt, sondern auch Leitungslänge, Verlegeart, Umgebungstemperatur, Anzahl belasteter Adern und der zulässige Spannungsabfall.

Gerade bei 12 oder 13,8 Volt Gleichspannung fällt der Spannungsabfall stark ins Gewicht. Eine Leitung kann thermisch ausreichend dimensioniert sein und trotzdem so viel Spannung verlieren, dass ein Funkgerät oder anderer Verbraucher nicht mehr zuverlässig arbeitet.

Für die Auswahl sind deshalb drei Prüfungen notwendig:

1. Welcher Strom fließt?
2. Ist die Leitung dafür thermisch ausreichend belastbar?
3. Bleibt der Spannungsabfall innerhalb eines für den Verbraucher geeigneten Bereichs?

Erst danach lässt sich auch die passende Absicherung sinnvoll festlegen.

Wichtig: Arbeiten an 230-/400-V-Anlagen gehören in fachkundige Hände. Die Tabellen und Berechnungen in diesem Artikel erklären technische Zusammenhänge, ersetzen aber keine fachgerechte Planung einer Elektroinstallation.

Strom, Widerstand und Spannungsabfall

Jede elektrische Leitung besitzt einen Widerstand. Fließt Strom durch diesen Widerstand, fällt an der Leitung Spannung ab und elektrische Leistung wird in Wärme umgesetzt.

Grundlage ist das Ohmsche Gesetz:

U = I × R

Dabei gilt:

• U = Spannung in Volt
• I = Strom in Ampere
• R = Widerstand in Ohm

Der Widerstand einer Leitung hängt unter anderem von Material, Länge und Leiterquerschnitt ab:

R = ρ × L / A

Dabei ist:

• ρ = spezifischer elektrischer Widerstand des Leitermaterials
• L = gesamte stromdurchflossene Leiterlänge
• A = Leiterquerschnitt

Für Kupfer kann für überschlägige Berechnungen bei 20 °C mit einem spezifischen Widerstand von ungefähr 0,0178 Ω·mm²/m gerechnet werden. Mit steigender Leitertemperatur erhöht sich allerdings auch der elektrische Widerstand.

Hin- und Rückleitung nicht vergessen

Bei einem Gleichstromkreis muss der Strom zum Verbraucher hin und wieder zurück.

Beträgt die Entfernung zwischen Stromquelle und Verbraucher beispielsweise 3 Meter und sind Plus- und Minusleitung jeweils 3 Meter lang, beträgt die für die Widerstandsberechnung relevante gesamte Leiterlänge:

L = 6 m

Alternativ kann mit der einfachen Entfernung l gerechnet werden. Dann muss der Hin- und Rückweg durch den Faktor 2 berücksichtigt werden:

L = 2 × l

Diese Unterscheidung ist wichtig. Wer bereits Hin- und Rückleiter zusammenzählt und anschließend nochmals mit zwei multipliziert, berechnet eine doppelt so große Leitungslänge.

Kabelquerschnitt über den Spannungsabfall berechnen

Für einen einfachen Zweileiter-Gleichstromkreis mit Kupferleitung lässt sich der theoretisch erforderliche Querschnitt aus dem gewünschten maximalen Spannungsabfall berechnen.

Wenn l die einfache Entfernung zwischen Quelle und Verbraucher bezeichnet:

A = (2 × ρ × l × I) / ΔU

Dabei ist:

• A = erforderlicher Querschnitt in mm²
• ρ = spezifischer Widerstand, bei Kupfer überschlägig 0,0178 Ω·mm²/m bei 20 °C
• l = einfache Leitungslänge in Metern
• I = Strom in Ampere
• ΔU = maximal vorgesehener Spannungsabfall in Volt

Ist stattdessen bereits die gesamte Länge von Hin- und Rückleiter bekannt, lautet die Formel:

A = (ρ × L × I) / ΔU

Das Ergebnis ist ein rechnerischer Mindestwert für den Spannungsabfall. Es bedeutet noch nicht automatisch, dass dieser Querschnitt auch hinsichtlich Strombelastbarkeit, Verlegeart und Absicherung geeignet ist.

Beispiel: 13,8-V-Funkgerät mit 20 A

Ein Funkgerät benötigt im Sendebetrieb 20 A. Das Netzteil befindet sich 3 Meter vom Gerät entfernt. Plus- und Minusleitung sind damit zusammen 6 Meter lang.

Als Ziel setzen wir für dieses Rechenbeispiel einen maximalen Spannungsabfall von 0,30 V an.

A = (0,0178 × 6 × 20) / 0,30

Daraus ergibt sich:

A ≈ 7,12 mm²

7,12 mm² ist kein üblicher Nennquerschnitt. Für den Spannungsfall müsste daher der nächstgrößere geeignete Querschnitt gewählt werden, beispielsweise 10 mm².

Mit 10 mm² ergibt sich rechnerisch:

R = 0,0178 × 6 / 10 ≈ 0,01068 Ω

und damit:

ΔU = 20 × 0,01068 ≈ 0,214 V

Bei 13,8 V entspricht das rund:

0,214 / 13,8 × 100 ≈ 1,55 %

Das Beispiel zeigt einen typischen Effekt bei Niederspannung: Nicht unbedingt die thermische Belastbarkeit erzwingt den größeren Querschnitt, sondern der gewünschte geringe Spannungsabfall.

Warum 12 und 13,8 Volt besonders kritisch sind

Bei niedrigen Systemspannungen führen bereits kleine absolute Spannungsverluste zu vergleichsweise hohen prozentualen Verlusten.

Ein Spannungsabfall von 0,3 V entspricht:

Deshalb spielen Leitungslänge und Querschnitt bei Funkgeräten, Akkus, Funkkoffern und anderen Niederspannungssystemen eine besonders große Rolle.

Es gibt dabei keinen universellen Prozentwert, der für jedes 12-/13,8-V-Gerät gleichermaßen richtig ist. Maßgeblich ist unter anderem, welchen Eingangsspannungsbereich der Hersteller des angeschlossenen Geräts zulässt.

Als Orientierung für die Dimensionierung von Gleichstromsystemen empfiehlt beispielsweise Victron Energy, einen Spannungsabfall von weniger als 2,5 Prozent anzustreben. Das ist eine Herstellerempfehlung für die dort behandelten Systeme und keine allgemeingültige gesetzliche Grenze.

Kabelquerschnitt: Spannungsabfall und Strombelastbarkeit sind zwei verschiedene Prüfungen

Eine der wichtigsten Unterscheidungen bei der Kabeldimensionierung lautet:

Spannungsabfall und thermische Strombelastbarkeit sind nicht dasselbe.

Die Spannungsabfallberechnung beantwortet die Frage:

Wie groß muss die Leitung sein, damit am Verbraucher noch ausreichend Spannung ankommt?

Die Strombelastbarkeit beantwortet dagegen:

Welchen Strom kann die konkrete Leitung unter den gegebenen Bedingungen führen, ohne unzulässig heiß zu werden?

Deshalb kann eine Leitung den Strom thermisch vertragen und für eine lange 12-V-Verbindung trotzdem zu dünn sein.

Strombelastbarkeit: Warum es keine universelle Querschnittstabelle gibt

Häufig wird nach einer einfachen Tabelle wie dieser gesucht:

1,5 mm² = X Ampere
2,5 mm² = Y Ampere
6 mm² = Z Ampere

Eine solche Tabelle kann ohne Randbedingungen irreführend sein.

Die zulässige Strombelastbarkeit hängt unter anderem ab von:

• Leiterwerkstoff
• Isolationsmaterial
• zulässiger Leitertemperatur
• Verlegeart
• Umgebungstemperatur
• Anzahl belasteter Adern
• Häufung mehrerer Leitungen
• Wärmeabfuhr

Eine frei verlegte Leitung kann Wärme anders abgeben als eine Leitung in einem Rohr, Kabelkanal oder wärmegedämmten Bereich. Auch mehrere dicht nebeneinanderliegende belastete Leitungen beeinflussen sich thermisch gegenseitig.

Für konkrete Installationen müssen deshalb die für Leitung und Verlegeart geltenden Tabellen und Korrekturfaktoren herangezogen werden. In Deutschland ist hierfür unter anderem die DIN VDE 0298-4 relevant.

Was bedeutet IZ?

In der Leitungsdimensionierung wird die zulässige Strombelastbarkeit häufig mit I_Z bezeichnet.

Daneben stehen:

• I_B = Betriebs- bzw. Bemessungsstrom des Stromkreises
• I_N = Nennstrom des Schutzorgans
• I_Z = zulässige Strombelastbarkeit der Leitung

Für den Überlastschutz gilt als grundlegende Beziehung:

I_B ≤ I_N ≤ I_Z

Das bedeutet vereinfacht:

Der normale Betriebsstrom darf die Sicherung nicht ständig auslösen, gleichzeitig darf das Schutzorgan aber nicht so groß gewählt werden, dass die Leitung unzulässig überlastet werden kann.

Für die vollständige Auslegung müssen zusätzlich unter anderem das Auslöseverhalten des Schutzorgans und die Bedingungen beim Kurzschluss berücksichtigt werden.

Welche Sicherung passt zum Kabelquerschnitt?

Eine Sicherung lässt sich deshalb nicht allein anhand des Querschnitts auswählen.

Die oft gesuchte Frage „Welche Sicherung für 2,5 mm²?“ ist ohne Angaben zur Leitung und Installation nicht eindeutig zu beantworten.

Mindestens bekannt sein müssen:

• verwendete Leitung
• Leiterquerschnitt
• Verlegeart
• Umgebungstemperatur
• Anzahl belasteter Leiter
• Betriebsstrom
• mögliche Häufung
• Anforderungen des angeschlossenen Geräts
• bei DC zusätzlich die Eignung des Schutzorgans für Gleichspannung und die jeweilige Systemspannung

Ein größerer Leiterquerschnitt bedeutet daher nicht automatisch, dass einfach eine größere Sicherung eingesetzt werden darf.

Sicherung und Geräteschutz

Sicherungen und Leitungsschutzorgane haben unter anderem die Aufgabe, Leitungen gegen unzulässige Überströme zu schützen. Zusätzlich können Gerätehersteller bestimmte Sicherungen zum Schutz ihrer Geräte oder Anschlussleitungen vorschreiben.

Deshalb gilt:

Herstellervorgaben für Funkgerät, Netzteil, Wechselrichter oder anderes Gerät haben Vorrang vor pauschalen Tabellenwerten.

Eine vom Hersteller vorgesehene Sicherung sollte nicht eigenmächtig durch eine Sicherung mit höherem Nennstrom ersetzt werden.

AC und DC: Die Sicherung muss zur Anwendung passen

Eine Sicherung oder ein Leitungsschutzschalter wird nicht allein durch seinen Nennstrom beschrieben.

Bei der Auswahl spielen unter anderem eine Rolle:

• Nennstrom
• Nennspannung
• AC- oder DC-Eignung
• Ausschaltvermögen
• Auslösecharakteristik
• zu erwartender Kurzschlussstrom

Gerade bei Gleichspannung darf nicht vorausgesetzt werden, dass ein für Wechselspannung spezifiziertes Schutzgerät automatisch für denselben Spannungs- und Strombereich bei DC geeignet ist.

Bei Leitungsschutzschaltern existieren unterschiedliche Auslösecharakteristiken. Eine pauschale Regel wie „für Funkstationen immer Charakteristik C verwenden“ ist technisch nicht belastbar. Die richtige Charakteristik hängt vom Stromkreis, der Last, den Einschaltströmen, der Netzimpedanz und den erforderlichen Abschaltbedingungen ab.

230 und 400 Volt: Querschnitt nicht nach einer einzigen Tabelle auswählen

Bei einer Gebäudeinstallation reicht es ebenfalls nicht aus, nur Strom und Querschnitt gegenüberzustellen.

Ein bestimmter Querschnitt kann abhängig von Verlegeart und Randbedingungen unterschiedlich belastbar sein. Hinzu kommen Anforderungen an Überlast- und Kurzschlussschutz, Spannungsfall und Abschaltbedingungen.

Deshalb ist beispielsweise die Aussage

„2,5 mm² wird immer mit 16 A abgesichert“

keine allgemeingültige Planungsregel.

Für Arbeiten an Netzspannungsanlagen sind die einschlägigen Normen und die konkrete Installation maßgeblich. Planung, Änderung und Prüfung solcher Anlagen gehören in die Hände entsprechend qualifizierter Fachkräfte.

Praxis im Amateurfunk: 12 und 13,8 V richtig verkabeln

Im Amateurfunk begegnet das Thema besonders häufig bei:

• 13,8-V-Netzteilen
• Mobilfunkgeräten
• KW-Transceivern
• Funkkoffern
• Akkus
• portablen Stationen
• DC-Verteilungen im Shack

Ein 100-W-KW-Transceiver kann beim Senden Ströme im Bereich von rund 20 A oder darüber aufnehmen – der konkrete Wert muss dem Handbuch des jeweiligen Geräts entnommen werden.

Bei solchen Strömen sollte nicht nur die Leitung selbst betrachtet werden. Zusätzlichen Widerstand verursachen beispielsweise:

• Steckverbinder
• Sicherungshalter
• Schalter
• Verteiler
• Kabelschuhe
• Crimpverbindungen
• korrodierte oder lockere Kontakte

Der reale Spannungsabfall einer Installation kann deshalb größer sein als der Wert, der allein aus dem Kabelwiderstand berechnet wurde.

Beispiel: 8 A über fünf Meter Gesamtleitung

Angenommen, ein Verbraucher zieht 8 A und Plus- und Minusleitung sind zusammen 5 Meter lang.

Bei 2,5 mm² Kupfer ergibt sich überschlägig:

R = 0,0178 × 5 / 2,5 ≈ 0,0356 Ω

Damit:

ΔU = 8 × 0,0356 ≈ 0,285 V

Bei 13,8 V sind das rund:

2,1 % Spannungsabfall

Die Leitung kann also thermisch noch völlig unauffällig sein, während der Spannungsverlust für die konkrete Anwendung bereits relevant wird.

Beispiel: 20 A und sechs Meter Gesamtleitung

Bei 20 A, insgesamt 6 Metern Kupferleitung und 4 mm² ergibt sich:

R = 0,0178 × 6 / 4 ≈ 0,0267 Ω

ΔU = 20 × 0,0267 ≈ 0,534 V

Bei 13,8 V entspricht das rund 3,9 %.

Mit 10 mm² sinkt der theoretische Leitungsverlust auf rund 0,214 V beziehungsweise 1,55 %.

Gerade bei hohen Strömen lohnt sich deshalb häufig ein größerer Querschnitt, obwohl eine kleinere Leitung unter bestimmten Verlegebedingungen thermisch ausreichend sein könnte.

Kabelquerschnitt-Tabelle für 12/13,8 V: Rechenbeispiele nach Spannungsabfall

Die folgende Tabelle ist keine Tabelle zur thermischen Strombelastbarkeit und keine Sicherungstabelle.

Sie zeigt ausschließlich, welcher theoretische Kupferquerschnitt sich bei 20 °C aus der Spannungsabfallrechnung ergibt.

Annahme:

• Kupfer: ρ = 0,0178 Ω·mm²/m
• maximaler Spannungsabfall: 0,30 V
• Länge = Plus- und Minusleitung zusammen

Der berechnete Wert muss auf einen geeigneten verfügbaren Leiterquerschnitt aufgerundet und anschließend zusätzlich auf thermische Strombelastbarkeit und korrekte Absicherung geprüft werden.

Außerdem berücksichtigt die Rechnung keine zusätzlichen Übergangswiderstände an Steckern, Sicherungen oder Verbindungen.

Ein Kabelquerschnitt muss deshalb zwei Prüfungen bestehen

Für die Praxis lässt sich das Vorgehen auf eine einfache Reihenfolge reduzieren:

1. Betriebsstrom bestimmen

Den maximal zu erwartenden Strom ermitteln. Bei Geräten möglichst die Herstellerangabe verwenden.

2. Spannungsabfall berechnen

Aus Strom, Leitungslänge und gewünschtem maximalen Spannungsabfall den notwendigen Querschnitt bestimmen.

3. Nächsten geeigneten Querschnitt wählen

Nicht abrunden.

4. Thermische Belastbarkeit prüfen

Leitungstyp, Verlegeart, Temperatur, Häufung und weitere Randbedingungen berücksichtigen.

5. Schutzorgan dimensionieren

Der Nennstrom des Schutzorgans muss zum Betriebsstrom und zur zulässigen Strombelastbarkeit der Leitung passen.

6. Herstellerangaben prüfen

Bei Funkgeräten, Netzteilen, Wechselrichtern und anderen Geräten vorgeschriebene Leitungs- und Sicherungswerte beachten.

7. Reale Installation kontrollieren

Nach Aufbau unter Last prüfen, ob unerwarteter Spannungsabfall oder Erwärmung auftritt. Übergangswiderstände können in der Praxis einen erheblichen Anteil der Verluste verursachen.

Akkus und andere leistungsfähige Gleichspannungsquellen absichern

Bei einem Akku kann ein Kurzschluss sehr hohe Ströme verursachen. Deshalb muss die Leitung so geschützt werden, dass ein Fehler nicht einen langen ungeschützten Leitungsabschnitt zwischen Energiequelle und Sicherung betrifft.

Die Absicherung sollte deshalb möglichst nahe an der Energiequelle erfolgen und nach den Vorgaben des jeweiligen Systems ausgelegt werden.

Eine universelle Zentimeterangabe ist dafür nicht sinnvoll: Aufbau, Energiequelle, Leitung, Schutzorgan und Herstellervorgaben unterscheiden sich.

Besitzt eine Leitung mehrere Energiequellen oder kann sie aus verschiedenen Richtungen gespeist werden, muss das Schutzkonzept entsprechend berücksichtigt werden. Ein pauschales „immer beide Seiten absichern“ ist dagegen keine ausreichende Planungsregel.

Typische Fehler bei Kabelquerschnitt und Sicherung

Nur nach dem Querschnitt absichern:
Eine Sicherung wird nicht allein nach „1,5 / 2,5 / 6 mm²“ ausgewählt. Verlegebedingungen und Leitungstyp gehören zur Berechnung.

Nur die thermische Belastbarkeit prüfen:
Gerade bei 12 oder 13,8 V kann der Spannungsabfall bereits problematisch sein, obwohl die Leitung thermisch ausreichend dimensioniert ist.

Hin- und Rückleiter verwechseln:
Bei DC muss der komplette Stromweg in die Widerstandsberechnung eingehen.

Übergangswiderstände vergessen:
Schlechte Crimpungen, lockere Schraubverbindungen und ungeeignete Steckverbinder verursachen zusätzliche Verluste.

AC-Schutzgeräte ungeprüft für DC verwenden:
Spannung, Strom und Ausschaltvermögen müssen ausdrücklich für die jeweilige Gleichstromanwendung geeignet sein.

Sicherung einfach vergrößern, weil sie auslöst:
Eine auslösende Sicherung ist ein Grund zur Ursachenanalyse – nicht automatisch ein Grund für einen höheren Sicherungswert.

Herstellerangaben ignorieren:
Wenn ein Gerätehersteller Querschnitt oder Sicherung vorgibt, ist diese Information für das konkrete Gerät wesentlich aussagekräftiger als eine allgemeine Internet-Tabelle.

Spannungsabfall nach dem Aufbau messen

Berechnungen liefern einen wichtigen Ausgangswert. Die fertige Installation lässt sich zusätzlich unter Last kontrollieren.

Dazu wird die Spannung möglichst bei hoher Stromaufnahme sowohl an der Quelle als auch am Verbraucher gemessen. Die Differenz zeigt den tatsächlichen Spannungsverlust des gesamten Strompfads.

Damit werden auch Verluste sichtbar, die eine reine Kabelberechnung nicht erfasst.

Wie Spannung, Strom und Widerstand korrekt gemessen werden, erklärt der DO1CHP-Beitrag „Multimeter richtig benutzen: Spannung, Strom & Widerstand sicher messen“.

Fazit

Die Frage nach dem richtigen Kabelquerschnitt lässt sich nicht mit einer einzigen Ampere-Tabelle beantworten.

Eine belastbare Dimensionierung berücksichtigt mindestens:

Betriebsstrom → Spannungsabfall → thermische Strombelastbarkeit → Absicherung → Herstellervorgaben.

Besonders bei 12- und 13,8-V-Anlagen im Amateurfunk lohnt sich der Blick auf den Spannungsabfall. Hohe Sendeströme und vergleichsweise niedrige Versorgungsspannungen führen dazu, dass ein größerer Querschnitt sinnvoll sein kann, obwohl die Leitung thermisch noch ausreichend dimensioniert wäre.

Bei 230-/400-V-Installationen kommen weitere normative Anforderungen hinzu. Dort ersetzen vereinfachte Tabellen weder die konkrete Auslegung noch die fachgerechte Prüfung.

Häufige Fragen

Welche Sicherung brauche ich für 1,5 mm²?

Das lässt sich allein aus dem Querschnitt nicht seriös bestimmen. Entscheidend sind unter anderem Leitungstyp, Verlegeart, Umgebungstemperatur, Anzahl belasteter Adern und weitere Randbedingungen. Der Nennstrom des Schutzorgans darf die zulässige Strombelastbarkeit der Leitung nicht überschreiten.

Welche Sicherung brauche ich für 2,5 mm²?

Auch 2,5 mm² besitzt keinen universell gültigen Sicherungswert. Die zulässige Absicherung hängt von der konkreten Leitung und ihren Verlegebedingungen ab.

Wie berechne ich den Kabelquerschnitt bei 12 V?

Für einen Zweileiter-Gleichstromkreis kann der Querschnitt über den zulässigen Spannungsabfall berechnet werden:

A = (2 × ρ × l × I) / ΔU

Dabei bezeichnet l die einfache Entfernung zwischen Quelle und Verbraucher. Anschließend muss geprüft werden, ob der ermittelte Querschnitt auch thermisch ausreichend belastbar ist.

Welcher Spannungsabfall ist bei 12 oder 13,8 V erlaubt?

Es gibt keinen universellen Prozentwert für sämtliche Geräte. Maßgeblich sind Anwendung und Herstellervorgaben. Für seine Gleichstromsysteme empfiehlt Victron beispielsweise, weniger als 2,5 Prozent anzustreben. Bei empfindlichen Funkgeräten kann eine andere Auslegung sinnvoll sein.

Welche Sicherung braucht ein 12-V-Funkgerät?

Maßgeblich sind zunächst die Angaben des Geräteherstellers. Stromaufnahme, Anschlussleitung und vorgesehenes Schutzorgan unterscheiden sich erheblich zwischen Handfunkgerät, Mobilgerät und leistungsstarkem KW-Transceiver.

Muss eine Sicherung bei einem Akku direkt an die Batterie?

Die Sicherung sollte möglichst nahe an der Energiequelle angeordnet werden, damit auch die Zuleitung gegen Fehler geschützt ist. Eine pauschale Entfernung wie „immer 10 cm“ ist ohne Bezug auf das konkrete System nicht belastbar.

Ist ein größerer Kabelquerschnitt problematisch?

Elektrisch reduziert ein größerer Querschnitt den Leitungswiderstand und damit den Spannungsabfall. Grenzen können sich aber aus Anschlussklemmen, Steckverbindern, mechanischer Verarbeitung, Platz, Gewicht und Kosten ergeben.

Warum wird mein Kabel oder Stecker warm?

Mögliche Ursachen sind ein zu kleiner Leiterquerschnitt, zu hoher Strom oder erhöhte Übergangswiderstände. Besonders Steckverbinder, Sicherungshalter, lockere Kontakte und schlechte Crimpungen sollten geprüft werden. Erwärmung ist ein Warnsignal und sollte nicht ignoriert werden.