Strom verteilen und absichern: Schalttafeln, Sicherungen, Querschnitte

Zwischen Batterie und Verbraucher liegen zwei Fragen, die über Sicherheit und Funktion entscheiden: Wie dick muss die Leitung sein, und was passiert, wenn sie beschädigt wird. Beide lassen sich rechnen. Dieser Fachbereich führt vom Querschnitt über die Absicherung bis zur fertig geplanten Schalttafel.

Der Querschnitt folgt der Länge, nicht dem Stecker

Ein Kabel hat Widerstand. Fließt Strom hindurch, fällt Spannung ab, und am Verbraucher kommt weniger an als an der Batterie. Bei 230 Volt fällt das kaum auf. Bei 12 Volt ist es der bestimmende Faktor der gesamten Auslegung: Ein Volt Verlust sind hier mehr als acht Prozent der Bordspannung.

Der zweite Punkt, der regelmäßig übersehen wird: Es zählt der doppelte Weg. Der Strom fließt über die Plusleitung hin und über die Minusleitung zurück, und beide Strecken erzeugen Spannungsfall. Ein Verbraucher fünf Meter von der Verteilung entfernt hat zehn Meter Leiterweg.

Daraus folgt eine Regel, die dem Gefühl widerspricht: Nicht der Verbraucher bestimmt den Querschnitt, sondern die Kombination aus Strom und Entfernung. Dieselbe Ankerwinsch braucht im Bug ein deutlich dickeres Kabel als dieselbe Winsch neben der Batterie.

Die Rechnung

FormelQuerschnitt in mm² = (2 × Leitungslänge in m × Strom in A × 0,0175) ÷ zulässiger Spannungsfall in V

Der Faktor 0,0175 ist der spezifische Widerstand von Kupfer in Ohm mal Quadratmillimeter je Meter. Er gilt für Raumtemperatur; warme Kabel im Motorraum haben etwas mehr Widerstand, was die Rechnung leicht konservativ macht — das ist gewollt.

Bleibt die Frage, welcher Spannungsfall zulässig ist. ISO 13297:2020 gibt zwei Werte vor: 10 Prozent der Nennspannung für gewöhnliche Stromkreise, 3 Prozent für sicherheitsrelevante — Navigationslichter, Bilgenlüfter, Bilgenpumpe. Bei 12 Volt sind das 1,2 beziehungsweise 0,36 Volt.

Der Unterschied ist erheblich. Für 20 A auf 5 Meter Entfernung braucht die 3-Prozent-Auslegung 10 mm², die 10-Prozent-Auslegung nur 4 mm². Beides kann richtig sein — es hängt daran, was am Ende der Leitung hängt.

12 V, 3 Prozent Spannungsfall

Entfernung einfach gemessen, in der Rechnung verdoppelt. Werte auf die nächste Normgröße aufgerundet. Für unkritische Verbraucher mit 10 Prozent Grenze liegt der Bedarf bei rund einem Drittel.

24 V, 3 Prozent Spannungsfall

Bei gleichem Strom halbiert sich der Querschnitt gegenüber 12 V. Bei gleicher Leistung halbiert sich zusätzlich der Strom — dann liegt der Bedarf bei einem Viertel. Das ist das eigentliche Argument für 24 V auf großen Schiffen.

Absichern: Die Sicherung schützt die Leitung

Der häufigste Denkfehler bei der Absicherung ist, die Sicherung als Geräteschutz zu verstehen. Sie ist Leitungsschutz. Ihre Aufgabe ist zu verhindern, dass ein Kabel im Fehlerfall so heiß wird, dass die Isolierung schmilzt — mit allem, was in einem Bootsrumpf daraus folgt.

Daraus ergibt sich die einzige harte Regel der Absicherung: Der Nennstrom der Sicherung darf die Strombelastbarkeit der geschützten Leitung nie überschreiten. Nach oben ist damit alles festgelegt. Nach unten bestimmt der Verbraucher: Die Sicherung muss den Betriebsstrom einschließlich Anlaufspitzen aushalten, ohne auszulösen.

Anlaufströme werden dabei über die Charakteristik gelöst, nicht über einen größeren Nennwert. Eine träge Sicherung überbrückt den Einschaltstrom einer Pumpe; ein hochgesetzter Nennwert hebelt dagegen den Leitungsschutz aus.

Zu beachten ist außerdem, dass die Strombelastbarkeit einer Leitung nicht nur vom Querschnitt abhängt, sondern auch von der Umgebung. Dasselbe Kabel verträgt im Motorraum weniger als in einem gut belüfteten Schrank, und gebündelt weniger als einzeln verlegt.

Die Hauptsicherung gehört an die Batterie

Eine Sicherung schützt nur, was hinter ihr liegt. Die Leitung vor ihr ist ungeschützt — und zwischen Batterie und Schalttafel ist genau das die dickste Leitung im Schiff, mit dem höchsten möglichen Kurzschlussstrom. Scheuert sie durch, kann keine Sicherung in der Schalttafel etwas ausrichten, weil sie im Fehlerpfad gar nicht liegt.

Deshalb sitzt die Hauptsicherung so nah wie möglich am Pluspol. ABYC E-11.12.1.1.1 nennt als Grenze 7 Zoll, also 17,8 cm ab dem Anschlusspunkt, und daran hält sich philippi ohne Ausnahme, auch wenn die Leitung in einem Schutzrohr liegt. Ausgenommen ist nur die Leitung zum Anlasser — der Anlassstrom würde jede sinnvolle Sicherung auslösen.

WarnungEine Sicherung muss den Kurzschlussstrom nicht nur bemerken, sondern auch unterbrechen können. Dieser Wert heißt Schaltvermögen. ANL- und MRBF-Sicherungen liegen bei rund 10.000 A auf 12 V, Class T bei bis zu 20.000 A — und der Wert halbiert sich etwa, wenn die Spannung verdoppelt wird. Bei Lithiumbatterie-Bänken mit sehr niedrigem Innenwiderstand ist das kein theoretischer Punkt.

Die Schalttafel planen

Eine Schalttafel ist die Stelle, an der sich Auslegungsfehler am teuersten rächen, weil sie fest eingebaut ist. Die Planung läuft in vier Schritten: Verbraucher gruppieren, je Gruppe einen Stromkreis vorsehen, Querschnitt und Sicherung je Kreis bestimmen, Reserve aufschlagen.

Sicherheitsrelevante Verbraucher bekommen dabei immer einen eigenen Kreis — Bilgenpumpe, Navigationslichter und Funk dürfen nicht mit ausfallen, wenn irgendwo anders eine Sicherung fällt. Aus demselben Grund liegen sie idealerweise nicht hinter einem Batteriemanagement, das die Batterie-Bank im Fehlerfall komplett trennen kann.

Als Reserve haben sich 20 bis 30 Prozent freie Kreise bewährt. Nachrüsten ist bei fest verbauten Tafeln aufwendig, und es kommt praktisch immer etwas dazu.

Typische Fehler

• Einfache statt doppelte Leitungslänge gerechnet. Ergibt den halben Querschnitt und den doppelten Spannungsfall.
• Nur nach Strombelastbarkeit ausgelegt. Auf langen Wegen ist der Spannungsfall das strengere Kriterium, oft um ein Vielfaches.
• Sicherung nach dem Gerät gewählt. Sie schützt die Leitung; der Nennwert darf deren Belastbarkeit nie überschreiten.
• Hauptsicherung in der Schalttafel statt an der Batterie. Die gefährlichste Leitung bleibt dann ungeschützt.
• Schaltvermögen ignoriert. Eine Sicherung, die den Kurzschlussstrom nicht trennen kann, verschweißt.
• Hauptschalter vor der Sicherung. Dann ist das dickste Kabelstück ungesichert.
• Keine Reservekreise. Der günstigste Teil der Planung, wenn er von Anfang an dabei ist.

Normen und Vorschriften

Maßgeblich ist ISO 13297:2020, die seit dieser Ausgabe Gleichstromanlagen bis 50 V und einphasige Wechselstromanlagen bis 250 V gemeinsam abdeckt. Sie fordert in Klausel 5.5 einen berechneten Spannungsfall von höchstens 10 Prozent der Nennspannung und lässt in Klausel 5.6 für sicherheitsrelevante Ausrüstung 3 Prozent zu. Klausel 5.3 verlangt Schutzeinrichtungen an der Stromquelle, die Überlastströme unterbrechen, bevor die Isolierung Schaden nimmt. Die früher für die Gleichstromseite zuständige ISO 10133 wurde Ende 2020 zurückgezogen.

Im nordamerikanischen Raum regelt ABYC E-11 dieselben Fragen detaillierter und wird auch in Europa häufig als Referenz herangezogen — insbesondere für die Abstandsregeln der Hauptabsicherung und für Strombelastbarkeitstabellen, die zwischen Verlegung innerhalb und außerhalb von Motorräumen unterscheiden. Der Mindestquerschnitt liegt dort bei 16 AWG, also rund 1,3 mm².