Warum muss die Strombelastbarkeit von Kabeln in realen Anlagen reduziert werden?

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Die Strombelastbarkeit von Kabeln wird für genormte Referenzbedingungen angegeben: eine bestimmte Umgebungstemperatur, eine bestimmte Verlegeart und eine festgelegte Anzahl von Leitern. Reale Anlagen entsprechen diesen Annahmen selten genau, daher muss der Tabellenwert nach unten korrigiert werden, um die tatsächlichen thermischen Bedingungen abzubilden. Diese Korrektur heißt Derating (Anwendung von Umrechnungsfaktoren). Wer sie auslässt, behandelt einen Katalogwert als sicheren Wert für den Einsatz vor Ort, obwohl er das nicht ist.

Die drei Bedingungen, die ein Kabel am häufigsten unter seinen Tabellenwert drücken

Der erste und häufigste Umrechnungsfaktor ist die Umgebungstemperatur. Die Standardtabellen zur Strombelastbarkeit im NEC (National Electrical Code) beruhen in der Regel auf einer Umgebungstemperatur von 30 °C. Die IEC-Tabellen verwenden einen ähnlichen Bezugswert. Ist die umgebende Luft oder Oberfläche wärmer, etwa im Sommer im Freien, in der Nähe wärmeerzeugender Geräte, auf einem Dach oder in einem sonnenbeschienenen Zelt, liegt das Kabel schon näher an der Grenztemperatur seiner Isolierung, bevor überhaupt Strom fließt. Der Korrekturfaktor senkt den zulässigen Strom, damit die Gesamttemperatur im zulässigen Bereich bleibt. Ein Kabel, das bei 30 °C Umgebungstemperatur für 100 A ausgelegt ist, eignet sich bei 40 °C je nach Isolierwerkstoff womöglich nur noch für 80 oder 85 A.

Der zweite Faktor ist die Häufung von Leitern. Werden mehrere stromführende Kabel gemeinsam in einem Bündel, einem Schutzrohr oder auf einer Kabelpritsche verlegt, muss die Wärme jedes Kabels durch die anderen hindurch oder an ihnen vorbei abgeführt werden. Die gegenseitige Erwärmung verringert die Fähigkeit jedes Kabels, seine eigene Wärme abzugeben, sodass der zulässige Strom je Kabel sinkt. Je mehr Kabel im Bündel liegen, desto stärker die Reduzierung. Bei sechs gebündelten Kabeln kann es nötig sein, jedes auf 80 % seines Werts bei freier Verlegung in Luft zu reduzieren. Das tritt bei temporären Anlagen ständig auf, wenn Einspeisekabel auf Kabelbrücken zusammengebunden oder durch denselben Kanal geführt werden.

Der dritte Faktor ist die Verlegeart selbst. Ein Kabel, das direkt auf einer Oberfläche liegt, gibt Wärme anders ab als ein frei in der Luft hängendes Kabel. Ein Kabel in einem geschlossenen Schutzrohr speichert mehr Wärme als eines auf einer offenen Kabelpritsche. Ein Kabel, das auf einer Trommel aufgewickelt bleibt und nie vollständig abgerollt wird, staut seine eigene Wärme im Inneren der Wicklung. Jede dieser Bedingungen verändert den Wärmepfad vom Leiter zur umgebenden Luft, und jede kann eine Reduzierung erforderlich machen.

Wie sich Umrechnungsfaktoren addieren und warum die Rechnung mehr zählt als das Bauchgefühl

Treffen mehrere Bedingungen zusammen, werden die Faktoren multipliziert, statt einfach den ungünstigsten zu wählen. Beträgt der Korrekturfaktor für die Umgebungstemperatur 0,87 und der Faktor für die Häufung 0,80, ergibt sich ein Gesamtfaktor von 0,87 mal 0,80, also 0,696. Ein Kabel mit einer Strombelastbarkeit von 100 A unter Referenzbedingungen ist unter den tatsächlichen Verlegebedingungen nur noch für etwa 70 A geeignet. Das ist eine Reduzierung um 30 % gegenüber dem Katalogwert, verursacht durch zwei Bedingungen, die jede für sich harmlos wirkten.

Bei diesem Zusammenwirken passieren die meisten Fehler. Ein Crewmitglied, das weiß, dass das Kabel „für 100 A ausgelegt“ ist, merkt vielleicht nicht, dass eine warme Open-Air-Bühne in Kombination mit einer gebündelten Kabeltrasse die sichere Belastbarkeit unbemerkt auf 70 A gesenkt hat. Das Kabel sieht gleich aus. Das Etikett zeigt dasselbe. Doch die thermische Reserve ist durch Bedingungen aufgebraucht, die das Etikett nie berücksichtigen sollte.

Was Sie vor Ort prüfen sollten, bevor Sie sich auf die angegebene Strombelastbarkeit eines Kabels verlassen

Die erste Frage ist einfach: Welche Umgebungstemperatur herrscht dort, wo das Kabel verlegt wird? Liegt sie über der Bezugstemperatur der verwendeten Tabelle (30 °C beim NEC, bei IEC die jeweilige Tabelle prüfen), wenden Sie den Temperatur-Korrekturfaktor aus dem Regelwerk an, bevor Sie sich auf den Tabellenwert verlassen. Die zweite Frage lautet, wie viele weitere stromführende Kabel parallel zu diesem verlaufen. Ist das Kabel Teil eines Bündels, einer belegten Kabelpritsche oder einer Kabelbrücke mit weiteren spannungsführenden Leitern, wenden Sie den Faktor für die Häufung an. Die dritte Frage ist, ob das Kabel vollständig ausgelegt ist. Ein Kabel, das teilweise auf der Trommel bleibt oder mit Kabelbindern eng gebündelt statt locker verlegt ist, speichert mehr Wärme als ein frei in der Luft ausgelegtes Kabel.

Bei temporären Anlagen gehören diese drei Prüfungen in jede Stromplanung und nicht erst nachträglich dazu. Der Mehraufwand, ein Kabel mit dem nächstgrößeren Querschnitt zu verlegen oder gebündelte Trassen zu trennen, ist verschwindend gering im Vergleich zu den Kosten eines Kabelausfalls während einer Show, eines Drehs oder einer Übertragung. Derating ist keine übervorsichtige Technik. Es ist genaue Technik: Sie erhalten den realen Wert statt des Wunschwerts.

Welche Rolle die Steckverbinder von KUPO Power beim Derating spielen

Jeder Steckverbinder am Ende einer reduzierten Kabelstrecke muss mindestens für den reduzierten Strom ausgelegt sein, und in der Praxis trägt das thermische Verhalten des Steckverbinders selbst zur Wärmebilanz des Leiteranschlusses bei. Genau diese Steckverbinder baut KUPO Power. K-LOK 400A und K-LOK 150A sind KUPOs einpolige CAM-Type-Steckverbinder für Tourneen, Film und Live-Veranstaltungen in Nordamerika, wo lange, gebündelte Einspeisestrecken das Derating zum täglichen Thema machen. PowerFit ist KUPOs Reihe codierter einpoliger Steckverbinder (400 A bis 800 A) für die Bühnen- und Veranstaltungsstromversorgung in Europa. CEE-Steckvorrichtungen decken den internationalen Standard IEC 60309 ab. Wurde ein Kabel für reale Bedingungen reduziert, muss der Steckverbinder an jedem Ende trotzdem zur tatsächlichen thermischen Last passen, nicht nur zum Katalogwert auf dem Kabelmantel. Der KUPO Power 101 FAQ-Hub zeigt das Zusammenspiel im Ganzen.