Zuleitung zur Wärmepumpen-Außeneinheit: Querschnitt, Erdkabel und Absicherung

Was die Zuleitung zur Außeneinheit leisten muss

Die Zuleitung Wärmepumpe Außeneinheit hat drei Aufgaben zu erfüllen, und sie hängen nur lose zusammen. Erstens muss sie den Betriebsstrom dauerhaft und ohne unzulässige Erwärmung führen. Zweitens darf der Spannungsfall über die gesamte Strecke so klein bleiben, dass der Verdichter auch im Anlauf bei tiefen Außentemperaturen genug Spannung sieht. Drittens muss der Schutz bei Kurzschluss und Fehlerstrom in der geforderten Zeit abschalten.

Der zweite Punkt wird am häufigsten unterschätzt. Die Strombelastbarkeit einer Leitung ist bei kurzen Wegen das bestimmende Kriterium, bei 30, 50 oder 70 Metern Grabenlänge kippt es: Dann diktiert der Spannungsfall den Querschnitt, oft zwei Stufen über dem, was die Ampacity-Tabelle verlangt. Genau deshalb taugt keine pauschale Empfehlung, sondern nur eine Rechnung mit der konkreten Länge.

Wie hoch der Strom überhaupt ist, steht auf dem Typenschild als maximale Stromaufnahme, nicht in der Heizleistungsangabe. Eine 12-kW-Wärmepumpe zieht im Auslegungspunkt vielleicht 4 kW elektrisch, mit zugeschaltetem Heizstab aber das Dreifache. Der zweite Wert bestimmt die Leitung.

Gerechnet ist mit 400 V, einem Leistungsfaktor von 0,95 und der Formel Strom gleich Leistung geteilt durch Wurzel drei mal Spannung mal Leistungsfaktor. Die Werte sind typische Größen, das Typenschild Ihres Geräts geht immer vor. Wer noch bei der Geräteauswahl steht, findet die Leistungsklassen in unseren Ratgebern zur Wärmepumpe mit 10 kW und zur Monoblock-Wärmepumpe.

Erdkabel NYY-J gegen NYCWY und andere Typen

NYY-J ist das Standard-Erdkabel der deutschen Hausinstallation: Kupferleiter, PVC-Aderisolierung, PVC-Außenmantel, Bemessungsspannung 0,6/1 kV, mit Schutzleiter (das J im Namen). Es darf direkt ins Erdreich, ohne Rohr, ohne zusätzlichen mechanischen Schutz. Für praktisch jede Wärmepumpe am Einfamilienhaus ist es die richtige und günstigste Wahl.

NYCWY unterscheidet sich durch einen konzentrischen wellenförmigen Kupferleiter, der die Adern umschließt. Dieser Schirm kann als PEN oder Schutzleiter dienen und wirkt gleichzeitig als elektromagnetische Abschirmung. Das ist im Hausanschlussbereich und in TN-C-Netzen relevant, im typischen Wärmepumpenkreis dahinter selten. Der Preis liegt ungefähr beim Doppelten, das Kabel ist deutlich steifer und der Anschluss aufwendiger.

Der wichtigste Rat zum Kabeltyp lautet daher nicht NYY-J oder NYCWY, sondern: Legen Sie ein Kabelschutzrohr mit. Ein KRSW-Rohr in DN 75 oder DN 110 mit Zugdraht kostet wenige Euro je Meter und erlaubt es, die Leitung später auszutauschen oder eine zweite nachzuziehen, ohne den Garten erneut aufzureißen. Bei Bögen gilt: möglichst wenige, großer Radius, sonst lässt sich ein steifes 5x10-Kabel nicht mehr durchziehen.

Querschnitt nach Strom und Leitungslänge

Für Drehstrom bei 400 V und einem zulässigen Spannungsfall von 3 Prozent, also 12 V, lautet die Auslegung: erforderlicher Querschnitt in mm² gleich 0,0025 mal Strom in Ampere mal einfache Leitungslänge in Metern. Der Faktor stammt aus Wurzel drei mal spezifischem Widerstand von Kupfer (0,0175 Ohm mal mm² je Meter), geteilt durch die zulässigen 12 V.

Die folgende Tabelle nennt den nächstgrößeren handelsüblichen Querschnitt. Wo die Strombelastbarkeit strenger ist als der Spannungsfall, steht dieser größere Wert.

Lesebeispiel: 25 A auf 50 m ergeben rechnerisch 0,0025 mal 25 mal 50 gleich 3,1 mm², also 4 mm². Auf 100 m sind es 6,3 mm², also 10 mm². Bei 16 A und 30 m stehen rechnerisch 1,2 mm², dort bestimmt die Strombelastbarkeit den Wert und die Praxis legt 2,5 mm², weil ein 1,5er Erdkabel im Rohr bei 16 A keine ausreichende Reserve hat.

Zwei Dinge kommen dazu. Erstens ist der spezifische Widerstand temperaturabhängig: Bei 70 Grad Leitertemperatur liegt er rund 20 Prozent höher als bei 20 Grad, der reale Spannungsfall unter Volllast fällt also etwas größer aus als der Tabellenwert. Zweitens gilt der Wert nur für die Zuleitung. Die Hausinstallation vom Hausanschlusskasten bis zur Unterverteilung verbraucht ebenfalls Spannungsfall, weshalb die 3 Prozent für den Kabelweg nach draußen eine sinnvolle Selbstbeschränkung sind.

Spannungsfall richtig rechnen

DIN VDE 0100-520 nennt im Beiblatt 2 als Richtwert 3 Prozent für Beleuchtungsstromkreise und 5 Prozent für sonstige Verbraucher, jeweils zwischen Übergabepunkt und Verbrauchsmittel. Für die Wärmepumpe ist das eine Obergrenze, kein Ziel. Ein Verdichter, der bei minus zwölf Grad anläuft, zieht kurzzeitig ein Vielfaches des Nennstroms, und in diesem Moment bricht die Spannung an der Klemme deutlich stärker ein als im Dauerbetrieb.

Die Werte gelten für 400 V Drehstrom, Kupfer und 3 Prozent Spannungsfall. Bei 5 Prozent dürfen Sie die Längen mit 1,67 multiplizieren, sollten es aber nicht ausreizen. Rechnen Sie außerdem mit der echten Kabellänge inklusive Steigungen, Bögen und der Schleife im Gebäude, nicht mit der Luftlinie im Lageplan. Zwischen Luftlinie und tatsächlicher Trasse liegen im Garten schnell 30 Prozent.

Wenn eine Wärmepumpe und eine Wallbox denselben Weg nach draußen nehmen, planen Sie beide Leitungen gleichzeitig. Zwei Kabel in einem Graben kosten kaum mehr als eines, ein zweiter Graben kostet noch einmal den vollen Tiefbaupreis. Zur Auslegung der Ladeleitung finden Sie die Details im Ratgeber zum Ladekabel für die Wallbox.

Verlegearten, Verlegetiefe und Strombelastbarkeit

Die zulässige Strombelastbarkeit hängt davon ab, wie gut die Leitung ihre Verlustwärme loswird. VDE 0298-4 unterscheidet dafür Verlegearten. Frei in Luft verlegt trägt ein Kabel deutlich mehr Strom als dasselbe Kabel im Rohr in einer wärmegedämmten Wand. Erdreich liegt dazwischen und ist überraschend günstig, weil der Boden Wärme gut abführt.

Richtwerte für Kupfer, drei belastete Adern, 30 Grad Umgebungstemperatur in Luft und 20 Grad Erdreich bei einem spezifischen Bodenwärmewiderstand von 1 K mal m je Watt. Häufung mehrerer Kabel im selben Graben, ein trockener Sandboden oder eine Rohrverlegung reduzieren die Werte über Umrechnungsfaktoren, die der Fachbetrieb anwendet. Wer mehrere Leitungen zusammenlegt, verliert schnell 20 bis 30 Prozent Belastbarkeit.

Verlegetiefe und Grabenaufbau

• 60 cm Regeltiefe in Garten-, Rasen- und Beetflächen.
• 80 cm unter Wegen, Einfahrten und allen befahrenen Flächen.
• 10 cm Sandbett unter und über dem Kabel, steinfrei, damit der Mantel nicht punktuell belastet wird.
• Abdeckung aus Kabelabdeckhauben oder Ziegeln direkt über dem Sandbett.
• Trassenwarnband 20 bis 30 cm über dem Kabel, damit der nächste Spatenstich rechtzeitig warnt.
• Abstände zu Wasser-, Gas- und Telekommunikationsleitungen einhalten, Kreuzungen nur mit Schutzrohr.
• Mauerdurchführung mit Ringraumdichtung, druckwasserdicht ausgeführt, mit Gefälle nach außen.

Der Graben ist der Punkt, an dem Eigenleistung wirklich Geld spart. Tiefbau wird je nach Boden mit grob 30 bis 80 Euro je Meter berechnet. Wer selbst baggert, spart bei 25 Metern schnell einen vierstelligen Betrag, ohne dass irgendeine Vorschrift verletzt wird. Was Sie nicht selbst machen dürfen, steht weiter unten und auch im Ratgeber zur Frage, ob man eine Wärmepumpe selbst einbauen darf.

Absicherung, FI-Typ und Erdung

Die Wärmepumpe wird fest angeschlossen, nicht über eine Steckvorrichtung. Abgesichert wird mit einem dreipoligen Leitungsschutzschalter, dessen Nennstrom über der maximalen Stromaufnahme und unter der Strombelastbarkeit der Leitung liegt. Die Charakteristik ist in der Regel C: Ein B-Automat löst beim Ladestrom der Zwischenkreiskondensatoren und beim Verdichteranlauf zu leicht aus. Manche Hersteller verlangen ausdrücklich C oder D, das steht in der Installationsanleitung.

Fehlerstromschutz: warum Typ B

Jede moderne Wärmepumpe arbeitet mit einem Frequenzumrichter. Der gleichrichtet die Netzspannung und erzeugt daraus ein Drehfeld variabler Frequenz. Tritt auf der Gleichstromseite ein Isolationsfehler auf, fließt ein glatter Gleichfehlerstrom. Ein RCD vom Typ A erkennt solche Ströme nicht und kann durch sie sogar in der Auslösefähigkeit blockiert werden, weil sein Summenstromwandler magnetisch vorgesättigt wird.

DIN VDE 0100-410 fordert den 30-mA-Zusatzschutz zwingend für Steckdosen bis 32 A und für Endstromkreise in bestimmten Bereichen. Ein fest angeschlossenes Betriebsmittel im Freien fällt nicht automatisch darunter, in der Praxis setzt man den RCD trotzdem, weil die Anlage im Außenbereich steht und Feuchtigkeit ausgesetzt ist. Sitzt eine Wärmepumpe hinter einem RCD, muss dieser zum Umrichter passen, sonst ist der Schutz nur auf dem Papier vorhanden.

Erdung und Potentialausgleich

Das Metallgehäuse der Außeneinheit gehört über den Schutzleiter der Zuleitung an den Schutzpotentialausgleich. Bei einem Neubau ist der Fundamenterder nach DIN 18014 die Basis, im Bestand die vorhandene Haupterdungsschiene. Ein separater Staberder neben der Außeneinheit ist kein Ersatz, sondern allenfalls eine Ergänzung, und er muss zwingend mit der Haupterdungsschiene verbunden werden. Zwei getrennte Erdungssysteme sind ein Sicherheitsrisiko, kein doppelter Schutz.

Steuerleitung, Bus und Kältemittelleitung

Neben dem Leistungskabel läuft immer noch mindestens eine zweite Leitung nach draußen. Welche, hängt an der Bauform.

Steuerleitung sauber führen

Die Bus- oder Steuerleitung überträgt kleine Signalpegel und liegt neben einem Kabel, das ein getaktetes Umrichtersignal führt. Legen Sie beide nicht in dasselbe Leerrohr. Halten Sie mindestens 10 bis 20 cm Abstand, kreuzen Sie im rechten Winkel, verwenden Sie eine geschirmte Leitung und legen Sie den Schirm nur an einer Seite auf, üblicherweise im Innengerät. Ein beidseitig aufgelegter Schirm erzeugt eine Erdschleife und damit genau die Störungen, die er verhindern soll. Sporadische Kommunikationsfehler nach der Inbetriebnahme haben sehr oft genau diese Ursache.

Kältemittelleitung: ein anderes Gewerk

Bei Split-Geräten verbinden zwei gedämmte Kupferleitungen Innen- und Außeneinheit. Diese Arbeiten sind kein Elektrogewerk und auch keine Eigenleistung. Wer an Kältemittelkreisen mit fluorierten Treibhausgasen arbeitet, braucht eine Sachkunde nach der Chemikalien-Klimaschutzverordnung und der europäischen F-Gase-Verordnung. Geräte mit dem natürlichen Kältemittel R290 fallen zwar nicht unter die F-Gase-Regeln, dafür gelten Anforderungen an den Explosionsschutz und Mindestabstände, weil Propan brennbar ist. Details dazu stehen im Ratgeber zur R290-Wärmepumpe.

Praktisch bedeutet das: Ein Monoblock lässt sich mit deutlich weniger Fremdgewerken errichten, weil der Kältekreis werkseitig geschlossen ist. Dafür laufen zwei wassergefüllte Leitungen nach draußen, die frostsicher ausgeführt sein müssen, in der Regel mit Frostschutzgemisch und einer Zwangsentleerung bei Stromausfall.

Was der Elektrofachbetrieb machen muss

Deutlich gesagt: Der elektrische Anschluss einer Wärmepumpe ist keine Heimwerkerarbeit. Er gehört zu den Tätigkeiten, die nur ein Elektrofachbetrieb ausführen darf, der im Installateurverzeichnis des zuständigen Netzbetreibers eingetragen ist. Das ist keine Formalie: Ohne diesen Eintrag bekommen Sie weder eine Anmeldung noch eine Zählersetzung, und im Schadensfall steht Ihre Versicherung nicht ein.

Zum Pflichtprogramm des Fachbetriebs gehören die Messungen: Durchgängigkeit des Schutzleiters, Isolationswiderstand, Schleifenimpedanz, Auslösezeit und Auslösestrom des RCD, Drehfeldrichtung. Gerade die Drehfeldrichtung wird bei Verdichtern mit fester Drehrichtung zum Thema, ein falsch angeschlossenes Drehfeld kann Schaden anrichten. All das landet im Protokoll, das Sie sich aushändigen lassen sollten.

Die Anmeldung nach VDE-AR-N 4100 erfolgt vor der Errichtung, nicht danach. Ab 4,2 kW steuerbarer Leistung greift zusätzlich §14a EnWG: Die Wärmepumpe wird zur steuerbaren Verbrauchseinrichtung, der Netzbetreiber darf die Leistung im Bedarfsfall auf 4,2 kW begrenzen, und Sie erhalten dafür reduzierte Netzentgelte. Was dabei formal zu tun ist, haben wir im Beitrag Muss eine Wärmepumpe angemeldet werden zusammengestellt.

Hinweis: Wir nennen bewusst keine Modellnummern und keine Produktpreise. Die genannten Ströme, Querschnitte und Verlegetiefen sind Richtwerte. Maßgeblich sind die Installationsanleitung Ihres Geräts, die technischen Anschlussbedingungen Ihres Netzbetreibers und die Berechnung des ausführenden Elektrofachbetriebs.

Typische Fehler

1. Querschnitt nach Heizleistung statt nach Strom wählen

Die Heizleistung sagt nichts über die Stromaufnahme. Entscheidend ist der maximale Betriebsstrom laut Typenschild, und der enthält den elektrischen Heizstab. Eine 12-kW-Wärmepumpe mit 9-kW-Stab zieht im ungünstigsten Fall dreimal so viel wie im Auslegungspunkt. Genau dieser Fall tritt an den kältesten Tagen des Jahres ein, wenn es besonders unangenehm ist, ohne Heizung dazustehen.

2. Ohne Leerrohr verlegen

Ein direkt verlegtes NYY-J ist zulässig und funktioniert. Nur ist es unwiederbringlich im Boden, sobald der Rasen wieder wächst. Ein Schutzrohr mit Zugdraht kostet ein paar Euro je Meter und hält die Option offen, später ein größeres Kabel, eine zweite Leitung oder ein Datenkabel nachzuziehen. Der Aufwand für einen zweiten Graben ist um ein Vielfaches höher.

3. Falschen FI-Typ setzen

Ein Typ-A-RCD vor einem Frequenzumrichter ohne interne Gleichfehlerstromüberwachung ist ein Scheinschutz. Er sitzt im Verteiler, sieht gut aus und schaltet im entscheidenden Fehlerfall nicht. Prüfen Sie in der Installationsanleitung, ob der Hersteller Typ A freigibt oder Typ B fordert, und lassen Sie die Auslösung nach dem Einbau messen.

4. Steuerleitung im selben Rohr wie das Leistungskabel

Der Umrichter erzeugt steile Schaltflanken, die auf eine parallel geführte Signalleitung einkoppeln. Das Ergebnis sind sporadische Kommunikationsfehler, die sich nicht reproduzieren lassen und im Winter zuerst auffallen. Getrenntes Rohr, Schirm einseitig aufgelegt, fertig. Wer die Außeneinheit ohnehin plant, sollte gleichzeitig über Aufstellort und Schall nachdenken, dazu finden Sie Details bei der Schallschutzhaube.

Vorteile und Nachteile

Fazit

Weiterführende Links und Quellen

• Monoblock-Wärmepumpe, Wärmepumpe selbst einbauen, Muss eine Wärmepumpe angemeldet werden, R290-Wärmepumpe, Schallschutzhaube für die Wärmepumpe, Wärmepumpe 10 kW, Ladekabel Wallbox
• DIN VDE 0100-520 und Beiblatt 2, Auswahl und Errichtung von Kabel- und Leitungsanlagen, Richtwerte für den Spannungsfall
• DIN VDE 0100-410, Schutz gegen elektrischen Schlag, Anforderungen an den Zusatzschutz mit 30 mA
• DIN VDE 0298-4, Strombelastbarkeit von Kabeln und Leitungen je Verlegeart und Häufung
• DIN 18014, Fundamenterder, Grundlage für Erdung und Schutzpotentialausgleich im Neubau
• VDE, VDE-AR-N 4100, technische Regeln für den Anschluss von Kundenanlagen an das Niederspannungsnetz
• Bundesnetzagentur, Festlegung zu §14a EnWG und steuerbaren Verbrauchseinrichtungen
• Umweltbundesamt, Informationen zu Kältemitteln, F-Gase-Verordnung und ChemKlimaschutzV
• Unsere Methodik, wie wir bewerten und worauf wir uns stützen