Berechnung der Rohrbelegung: Formel, NEC-Belegungsgrenzen, Kabelaußendurchmesser und Berechnungsbeispiele

Der Füllgrad eines Elektroinstallationsrohrs ist die gesamte Querschnittsfläche der Leiter und Kabel innerhalb eines Leitungsführungssystems, dividiert durch die innere Querschnittsfläche des Leitungsführungssystems, multipliziert mit 100. Gemäß dem gängigen Rahmenwerk des National Electrical Code (NEC) Kapitel 9 beträgt die normale maximale Füllung 53 % für einen Leiter oder ein Kabel, 31 % für zwei und 40 % für mehr als zwei. Für einen qualifizierenden Rohrstutzen oder ein kurzes Rohrstück mit einer Länge von maximal 24 Zoll kann ein Grenzwert von 60 % angewendet werden. Überprüfen Sie immer die vom zuständigen Entscheidungsträger (AHJ) angewandte NEC-Ausgabe sowie die für die Installation geltenden Hinweise.

Die Berechnung selbst ist einfach. Die meisten Fehler entstehen durch die Wahl der falschen Fläche: Verwendung der Kupferfläche des Leiters anstelle der Fläche des isolierten Leiters, Verwendung der nominalen Rohrgröße als Innendurchmesser oder Verwendung eines allgemeinen Kabeldurchmessers anstelle des exakten Außendurchmessers (OD) des Herstellers.

Formel für den Füllgrad von Elektroinstallationsrohren

Für ein rundes Kabel oder einen Leiter mit Außendurchmesser d:

A = π × d² ÷ 4

Für mehrere Leiter- oder Kabelgruppen:

A_total = Σ(n × A_item)

Der Füllgrad des Leitungsrohrs beträgt:

Füllgrad % = A_gesamt ÷ A_Leitungsrohr × 100

Wo:

Symbol	Bedeutung	Verwenden Sie
d	Fertiger Außendurchmesser	Verwenden für ein rundes, fertiggestelltes Kabel, wenn der Hersteller den Außendurchmesser angibt
A_Element	Querschnittsfläche eines Leiters oder Kabels	Verwenden Sie die zutreffende Normtabelle oder berechnen Sie den Wert anhand des verifizierten Außendurchmessers
n	Anzahl dieses Leiters oder Kabels	Zählen Sie jedes Element, das physisch den Kabelkanal belegt
A_total	Summe aller belegten Flächen	Addieren Sie jede Leiter- und Kabelgruppe
A_conduit	Gesamte Innenfläche des Kabelkanals	Verwenden Sie den Wert für den exakten Kabelkanaltyp und die Handelsgröße

Behalten Sie alle Maße in der gleichen Einheit bei. Wenn der Durchmesser in Zoll angegeben ist, ist die resultierende Fläche in Quadratzoll. Wenn der Durchmesser in Millimetern angegeben ist, ist die Fläche in Quadratmillimetern. Da der Füllgrad ein Verhältnis ist, funktioniert jedes Einheitensystem, sofern es konsistent verwendet wird.

NEC-Grenzwerte für die Leitungsbelegung

Tabelle 1 in Kapitel 9 des NEC legt die in den Vereinigten Staaten üblichen prozentualen Grenzwerte fest. Diese beziehen sich auf den inneren Querschnitt des Elektroinstallationsrohrs, nicht auf dessen nominelle Handelsgröße.

Inhalt oder Zustand des Elektroinstallationsrohrs	Referenz für die maximale Belegung
Ein Leiter oder Kabel	53%
Zwei Leiter oder Kabel	31%
Mehr als zwei Leiter oder Kabel	40%
Zulässiger Nippel mit einer Länge von maximal 24 in	60%

Diese Zahlen sind keine universellen internationalen Regeln. Projekte außerhalb des NEC-Rahmens müssen die geltenden nationalen Installationsvorschriften, die Projektspezifikationen und die Anforderungen der örtlichen Behörden berücksichtigen. Überprüfen Sie selbst bei NEC-Projekten alle anwendbaren Anmerkungen in Kapitel 9 sowie den Artikel, der für das gewählte Leitungsverlegungssystem maßgeblich ist.

Ein mehradriges Kabel, ein Glasfaserkabel oder eine flexible Leitung wird für die Zwecke der prozentualen Füllung im Allgemeinen als ein Leiter behandelt. Verwenden Sie bei einem elliptischen Kabel die normativ vorgeschriebene Flächenberechnungsmethode auf Basis seiner Hauptabmessung, anstatt anzunehmen, dass seine Nebenabmessung dem Kabeldurchmesser entspricht. Eine Anordnung einzelner isolierter Leiter ohne Gesamtmantel gilt nicht automatisch als ein Kabel; berechnen Sie die einzelnen Leiter gemäß den geltenden Vorschriften.

Wählen Sie die korrekte Fläche vor der Berechnung

Die folgende Eingabematrix verhindert die drei häufigsten Berechnungsfehler.

Zu installierendes Element	Korrekte Flächenquelle	Nicht ersetzen
Einzelne isolierte Aderleitung, wie z. B. THHN/THWN-2	Tabelle der anwendbaren isolierten Leiterquerschnitte für die geltende Normenausgabe und den Leitungsaufbau	Querschnitt von blankem Kupfer gemäß AWG- oder mm²-Bezeichnung
Runde Mehrleiter-, Steuer-, Daten-, Koaxial- oder Glasfaserkabel	Fertiger Kabelaußendurchmesser des Herstellers, umgerechnet in den Querschnitt	Leiterquerschnitt, allgemeiner Katalogdurchschnitt oder Anschlussgröße
Elliptisches oder flaches Kabel	Vom geltenden Regelwerk geforderte Methode, üblicherweise unter Verwendung des Hauptmaßes als effektiver Kreisdurchmesser	Kleinerer Durchmesser allein
EMT, RMC/GRC, PVC oder ein anderes Elektroinstallationsrohr	Gelisteter Innenbereich für die exakte Elektroinstallationsrohr-Familie und Nennweite	Nennweite, die als Innendurchmesser behandelt wird

Einzelne Leiter: Verwenden Sie die gelistete isolierte Fläche

Eine AWG- oder mm²-Bezeichnung beschreibt die Leitergröße; sie beinhaltet nicht die Dicke der installierten Isolierung. Zwei Leiter mit der gleichen Kupferfläche können unterschiedliche Elektroinstallationsrohrflächen belegen, da sich ihre Isolierungstypen oder Konstruktionen unterscheiden. Verwenden Sie für eine NEC-Berechnung den zutreffenden Wert aus Chapter 9 Table 5 oder einer anderen Tabelle, die für die exakte Leiterkonstruktion erforderlich ist.

Annex C kann eine Berechnung beschleunigen, wenn alle Leiter die gleiche Größe und den gleichen Typ aufweisen. Wenn Leitergrößen oder Isolierungstypen gemischt sind, verwenden Sie die zugrunde liegende Flächenmethode aus Chapter 9, anstatt eine nicht zutreffende Nachschlagetabelle für gleiche Größen zu wählen.

Konfektionierte Kabel: Hersteller-Außendurchmesser maßgebend

Für ein konfektioniertes Kabel ist der Nenn- oder maximale Außendurchmesser (AD) dem jeweiligen Produktdatenblatt zu entnehmen. Der Mantel, die Schirmung, Füllmaterialien, Armierung, Bettung und Fertigungstoleranzen bestimmen den Platzbedarf des Kabels. Messen Sie das Kabel, wenn die Installationsanleitung dies erfordert oder wenn das tatsächliche Produkt wesentlich von einem Planungswert abweichen kann.

Die VIOX-Rechner für die Kabelbelegung von Elektroinstallationsrohren enthält gängige Voreinstellungen für Kabel-Außendurchmesser zur vorläufigen Planung und ermöglicht die Eingabe benutzerdefinierter Außendurchmesser. Herstellerangaben für das gewählte Kabel haben stets Vorrang vor einer allgemeinen Voreinstellung.

Rohrgröße: Verwenden Sie die Innenfläche, nicht die Handelsgrößenbezeichnung

Ein 1-Zoll-Rohr hat keinen Innendurchmesser von 1,000 Zoll. Die Innenabmessungen unterscheiden sich bei Elektroinstallationsrohren (EMT), starren Metallrohren (RMC/GRC), PVC Schedule 40, PVC Schedule 80 und anderen Rohrtypen. Verwenden Sie den Tabelleneintrag für die exakte Rohrbaureihe und Handelsgröße.

Schritt-für-Schritt-Berechnung der Rohrbelegung

Verwenden Sie diese Abfolge für Installationen mit gleichen oder unterschiedlichen Kabelgrößen oder für konfektionierte Kabel:

1. Identifizieren Sie die geltenden Vorschriften. Notieren Sie die Zuständigkeit, die angewendete Code-Ausgabe, den Artikel für das Leitungsführungssystem und ob der Leitungsverlauf für eine Sonderbedingung wie die Nipple-Regel infrage kommt.
2. Listen Sie alles auf, was sich im Leitungsführungssystem befindet. Notieren Sie jeden Leiter- oder Kabeltyp, die Isolierung oder Bauart, die Menge und die Quelle der Abmessungen.
3. Ermitteln Sie jeden belegten Bereich. Verwenden Sie die zutreffende Leitertabelle oder berechnen Sie die Fläche eines runden Kabels anhand des verifizierten Außendurchmessers.
4. Multiplizieren Sie die Fläche mit der Menge. Führen Sie dies für jede Gruppe separat durch.
5. Addieren Sie alle Gruppen. Das Ergebnis ist A_total.
6. Ermitteln Sie die Innenfläche des Leitungsführungskanals. Verwenden Sie den genauen Typ und die Handelsgröße.
7. Berechnen Sie den Füllgrad. Dividieren Sie A_total nach A_conduit, dann multiplizieren Sie mit 100.
8. Wenden Sie den korrekten Grenzwert an. Vergleichen Sie mit 53%, 31%, 40%, 60% oder dem abweichenden Grenzwert, der durch die geltenden Vorschriften gefordert wird.
9. Vergrößern Sie bei Bedarf die Größe des Leitungsführungssystems. Wiederholen Sie die Berechnung unter Verwendung der Innenfläche des nächsten Kandidaten. Runden Sie ein nicht bestandenes Ergebnis nicht ab.
10. Schließen Sie die separaten technischen Prüfungen ab. Bestätigen Sie die Strombelastbarkeitsanpassung, den Biegeradius, die Zugspannung, den Seitendruck, das Risiko eines Kabelstaus, die Trennung, die Erdung und die Installationsdetails.

Berechnungsbeispiel 1: Neun einzelne Leiter gleicher Größe

Nehmen Sie eine NEC-Berechnung für neun 12 AWG THHN-Leiter in einem 3/4-Zoll EMT an. Für dieses Beispiel gelten die folgenden Tabellenwerte:

• Fläche eines 12 AWG THHN-Leiters: 0.0133 in²;
• Gesamtinnenfläche eines 3/4-Zoll-EMT-Rohrs: 0,533 in²;
• geltender Grenzwert für mehr als zwei Leiter: 40%.

Schritt 1: Gesamtleiterquerschnitt berechnen

A_total = 9 × 0,0133 = 0,1197 in²

Schritt 2: Füllgrad berechnen

Füllgrad = 0,1197 ÷ 0,533 × 100 = 22,5%

Schritt 3: Mit dem Grenzwert vergleichen

Die maximal zulässige Fläche bei 40 % ist:

A_allowed = 0,533 × 0,40 = 0,2132 in²

Da 0,1197 in² unter 0,2132 in², liegt und 22,51 % unter 40 % liegt, besteht die Kombination die Berechnung der Leitungsbelegung.

Dieses Ergebnis schließt die Leiterdimensionierung nicht ab. Die Anzahl der stromführenden Leiter kann eine Anpassung der Strombelastbarkeit erforderlich machen, und diese Anzahl wird nach anderen Regeln bestimmt als die physischen Elemente, die für die Leitungsbelegung gezählt werden.

Berechnungsbeispiel 2: Eine mehradrige Leitung unter Verwendung des tatsächlichen Außendurchmessers

Angenommen, eine runde mehradrige Leitung mit einem vom Hersteller angegebenen Außendurchmesser von 0,750 in wird in einem 1-1/4-Zoll-EMT-Rohr installiert. Verwenden Sie einen EMT-Innendurchmesser von 1,380 in für dieses anschauliche Geometriebeispiel.

Schritt 1: Leitungsquerschnitt berechnen

A_cable = π × 0,750² ÷ 4 = 0,4418 in²

Schritt 2: Berechnung der Leitungsquerschnittsfläche

A_conduit = π × 1,380² ÷ 4 = 1,4957 in²

Schritt 3: Berechnung des Füllgrads

Füllgrad = 0,4418 ÷ 1,4957 × 100 = 29,5 %

Ein Mehrleiterkabel wird für diesen prozentualen Vergleich als ein Kabel behandelt, daher liegt der Referenzgrenzwert bei 53 %. Mit 29,5 % besteht die Kombination die Prüfung der Querschnittsfüllung.

Bevor die Installation abgenommen wird, ist zu bestätigen, dass der Außendurchmesser (OD) des Herstellers für die exakte Kabelkonstruktion gilt und die Abmessungen des Leitungsführungssystems mit der maßgeblichen Tabelle übereinstimmen. Überprüfen Sie außerdem den minimalen Biegeradius und die Zugbelastungsgrenzen; ein großes Kabel kann zwar den Füllgrad einhalten, aber dennoch schwierig oder ungeeignet für die Installation entlang einer Strecke mit mehreren Biegungen sein.

Berechnungsbeispiel 3: Gemischte Kabelaußendurchmesser und das nächstgrößere Leitungsführungssystem

Angenommen, ein Niederspannungsweg enthält:

• acht Cat6-Kabel, jedes 0,236 Zoll AD;
• zwei RG6-Koaxialkabel, jedes 0,275 Zoll AD.

Diese ADs sind Planungseingaben für das Beispiel. Verwenden Sie für ein Projekt die tatsächlichen Abmessungen der ausgewählten Hersteller.

Schritt 1: Berechnen Sie die Fläche jeder Gruppe

Ein Cat6-Kabel:

A_Cat6 = π × 0.236² ÷ 4 = 0.0437 in²

Acht Cat6-Kabel:

8 × 0.0437 = 0.3499 in²

Ein RG6-Kabel:

A_RG6 = π × 0.275² ÷ 4 = 0.0594 in²

Zwei RG6-Kabel:

2 × 0.0594 = 0.1188 in²

Gesamtbelegte Fläche:

A_total = 0,3499 + 0,1188 = 0,4687 in²

Schritt 2: 1-Zoll-EMT prüfen

Unter Verwendung einer Innenfläche von ca. 0,8643 in²:

Füllgrad = 0,4687 ÷ 0,8643 × 100 = 54,21%

Zehn Kabel erfordern den Referenzgrenzwert von 40% für mehr als zwei Leiter, daher ist 1-Zoll-EMT nicht geeignet.

Schritt 3: 1-1/4-Zoll-EMT prüfen

Unter Verwendung einer Innenfläche von ca. 1,4957 in²:

Füllgrad % = 0,4687 ÷ 1,4957 × 100 = 31,31 %

Das 1-1/4-Zoll-EMT besteht die 40 %-Flächenfüllungsprüfung. Es bietet zudem mehr Spielraum beim Einziehen und für zukünftige Kapazität als ein Elektroinstallationsrohr, das exakt auf das Maximum ausgelegt ist.

Dieses Beispiel befasst sich nur mit der physischen Fläche. Überprüfen Sie die zulässigen Kabelkombinationen, Trennungsanforderungen, Brandschutzmaßnahmen, Befestigungen, Biegeradien sowie alle für die Installation geltenden Regeln für Kommunikationssysteme.

Überprüfen Sie das Ergebnis mit dem VIOX-Rohrfüllungsrechner

Verwenden Sie den Rechner, um EMT, RMC/GRC, PVC Schedule 40 und PVC Schedule 80 zu vergleichen, geben Sie zwei Kabelgruppen oder benutzerdefinierte Außendurchmesser ein und ermitteln Sie die erste zulässige Nennweite innerhalb der gewählten Elektroinstallationsrohrfamilie.

Der Rechner ist eine vorläufige Planungshilfe. Überprüfen Sie die Eingabewerte vor der Beschaffung oder Installation anhand der exakten Kabeldatenblätter, der geltenden Normenausgabe, der Zulassung des Elektroinstallationsrohrs und den Anforderungen der zuständigen Behörde (AHJ).

Was ein bestandenes Ergebnis bei der Leitungsbelegung nicht beweist

Die Leitungsbelegung beantwortet eine Frage: Wie viel der inneren Querschnittsfläche des Elektroinstallationsrohrs ist belegt? Sie beweist nicht, dass die Leiter eine ausreichende Strombelastbarkeit aufweisen oder dass die Kabel ohne Beschädigung installiert werden können.

Separate Prüfung	Warum sie weiterhin notwendig ist
Anpassung der Strombelastbarkeit	Mehrere stromführende Leiter in einem Elektroinstallationsrohr können eine Anpassung erfordern, selbst wenn die physische Belegung unter dem Grenzwert liegt
Spannungsabfall	Der Bereich der Kabeltrasse zeigt nicht, ob der Leiterwiderstand für die Last und die Leitungslänge zulässig ist
Zugkraft	Leitungslänge, Biegungen, Reibung, Zugmethode und Leiteraufbau bestimmen die Zugbeanspruchung
Seitenwanddruck	Ein Kabel kann beschädigt werden, wenn die Zugkraft an einer Biegung einwirkt
Risiko des Kabelverklemmens	Drei oder mehr ähnliche Kabel können sich an Biegungen selbst unterhalb der maximalen Belegung verhaken
Minimaler Biegeradius	Ein Kabel passt möglicherweise in den Kabelkanal, kann aber dem Verlauf nicht folgen, ohne seinen Biegeradius zu überschreiten
Trennung und Systemregeln	Stromversorgungs-, Steuerungs-, Kommunikations-, Brandmelde- und Glasfaserstromkreise können zusätzliche Anforderungen an die Leitungsführung haben
Reservekapazität	Ein nach den maximal zulässigen Normwerten ausgelegtes Design lässt in der Praxis oft wenig Raum für das Einziehen oder zukünftige Erweiterungen

Die Installationsrichtlinien von Southwire definieren das Blockierverhältnis als Innendurchmesser des Leitungsrohrs geteilt durch den Außendurchmesser des Kabels und identifizieren einen häufigen Risikobereich für drei ähnliche Kabel. Betrachten Sie dies als Eingabewert für die Zugkraftberechnung und nicht als Ersatz für die geltenden Normen, die Daten des Kabelherstellers oder eine streckenspezifische Zugkraftberechnung.

Verwenden Sie für die Leiterauswahl, die über die physische Querschnittsfläche hinausgeht, den VIOX-Leitfaden für IEC-Kabeldimensionierung, Spannungsfall, Derating und Kanalbelegung. Für Berechnungen von Verlusten bei langen Leitungen siehe den Leitfaden für Spannungsfall und Leitungsverluste. Dies sind separate Planungsaufgaben, die nicht aus dem Ergebnis der Rohrfüllung abgeleitet werden sollten.

Checkliste zur Überprüfung der Rohrfüllung

Bevor Sie eine Kanalgröße genehmigen, überprüfen Sie alle folgenden Punkte:

• die Projektzuständigkeit und die angewandte Ausgabe der Installationsnorm;
• die genaue Kanalfamilie, Nennweite und den Innenquerschnitt;
• Leiterisolierungstyp und anwendbarer Tabellenbereich;
• Hersteller des konfektionierten Kabels, Teilenummer, Aufbau und tatsächlicher Außendurchmesser;
• Behandlung von mehradrigen, elliptischen oder gebündelten Anordnungen;
• die korrekte Begrenzung für ein, zwei, mehr als zwei oder qualifizierende Nippel;
• Berechnung für jede Kabelgruppe und Einheitenumrechnung;
• Strombelastbarkeitsanpassung und Leitertemperaturbegrenzungen;
• Biegungsanzahl, Biegeradius, Zugkraft, Seitenwanddruck und Klemmrisiko;
• Anforderungen an Stromkreistrennung, Erdung, Abdichtung, Brandschutz und Umgebungsbedingungen;
• praktische Einzugstoleranz und geplante zukünftige Kapazität.

Wenn ein Eingangswert unsicher ist, lösen Sie die Unsicherheit nicht durch Abrunden. Ermitteln Sie die exakten Leiter-, Kabel- und Leitungsdaten und wiederholen Sie dann die Berechnung oder verwenden Sie den VIOX-Rechner für die Rohrfüllung zur Überprüfung der geänderten Kombination.

Technische Quellen

• NFPA 70, Informationen zur Entwicklung und zum Zugriff auf den National Electrical Code
• NFPA LiNK-Demonstration: Berechnung der Rohrfüllung gemäß NEC
• Southwire: 20 bewährte Verfahren für die Kabelinstallation
• VIOX-Rechner für die Kabelbelegung von Elektroinstallationsrohren