Planen Sie ein Upgrade des Stromnetzes oder eine zusätzliche Verlängerung der Stromleitung zur Küche, um einen neuen Elektroherd anzuschließen? Hier ist ein Minimum an Wissen über den Querschnitt des Leiters und die Auswirkung dieses Parameters auf Leistung und Stromstärke hilfreich.
Stimmen Sie zu, dass eine falsche Berechnung des Kabelquerschnitts zu Überhitzung und Kurzschluss oder zu ungerechtfertigten Kosten führt.
Es ist sehr wichtig, Berechnungen in der Entwurfsphase durchzuführen, da der Ausfall versteckter Verkabelungen und der anschließende Austausch mit erheblichen Kosten verbunden sind. Wir helfen Ihnen bei der Bewältigung der Feinheiten der Berechnungen, um Probleme beim weiteren Betrieb des Stromnetzes zu vermeiden.
Um Sie nicht mit komplexen Berechnungen zu belasten, haben wir verständliche Formeln und Berechnungsoptionen ausgewählt, Informationen in zugänglicher Form bereitgestellt und die Formeln mit Erläuterungen versehen. Außerdem wurden dem Artikel thematische Fotos und Videomaterialien hinzugefügt, die es ermöglichen, das Wesentliche des betreffenden Themas klar zu verstehen.
Berechnung des Querschnitts nach der Kapazität der Verbraucher
Der Hauptzweck der Leiter ist die Lieferung elektrischer Energie an Verbraucher in der erforderlichen Menge. Da unter normalen Betriebsbedingungen keine Supraleiter verfügbar sind, muss der Widerstand des Leitermaterials berücksichtigt werden.
Die Berechnung des erforderlichen Abschnitts von Leitern und Kabeln in Abhängigkeit von der Gesamtleistung der Verbraucher basiert auf langjähriger Betriebserfahrung.
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Verschiedene Kabeltypen für Verdrahtungsgeräte
Unterschiedliche Stärken für Leiter für den Hausgebrauch
Anzahl der Adern in verschiedenen Kabelmarken
Verseilte Kabeloptionen
Wir beginnen den allgemeinen Berechnungsprozess, indem wir zuerst die Berechnungen mit der folgenden Formel durchführen:
P = (P1 + P2 + .. PN) * K * J.,
Wo:
- P. - die Leistung aller an den berechneten Zweig angeschlossenen Verbraucher in Watt.
- P1, P2, PN - Leistung des ersten Verbrauchers, des zweiten, n-ten in Watt.
Nachdem das Ergebnis am Ende der Berechnungen gemäß der obigen Formel erhalten worden war, war es Zeit, sich den Tabellendaten zuzuwenden.
Nun müssen Sie den gewünschten Abschnitt gemäß Tabelle 1 auswählen.
Tabelle 1. Der Querschnitt der Drahtleiter muss immer auf der nächstgrößeren Seite (+) ausgewählt werden.
Stufe 1 - Berechnung der Blind- und Wirkleistung
Die Kapazitäten der Verbraucher sind in den Unterlagen für das Gerät angegeben. In der Regel geben Gerätezertifikate Wirkleistung und Blindleistung an.
Geräte mit einem aktiven Lasttyp wandeln die gesamte empfangene elektrische Energie unter Berücksichtigung des Wirkungsgrads in nützliche Arbeit um: mechanische, thermische oder andere Form.
Zu den Geräten mit aktiver Last gehören Glühlampen, Heizungen und Elektroherde.
Für solche Geräte hat die Berechnung der Leistung für Strom und Spannung die Form:
P = U * I.,
Wo:
- P. - Leistung in Watt;
- U. - Spannung in V;
- ich - Stromstärke in A.
Geräte mit einem reaktiven Lasttyp können Energie aus der Quelle akkumulieren und dann zurückgeben. Ein solcher Austausch erfolgt aufgrund der Verschiebung des Sinusstroms und der Sinusspannung.
Bei einer Phasenverschiebung von Null hat die Leistung P = U * I immer einen positiven Wert. Ein solches Diagramm der Phasen von Strom und Spannung sind Geräte mit einem aktiven Lasttyp (I, i - Strom, U, u - Spannung, π - pi Zahl, gleich 3,14).
Zu den Blindleistungsgeräten gehören Elektromotoren, elektronische Geräte aller Größen und Zwecke sowie Transformatoren.
Wenn es eine Phasenverschiebung zwischen dem sinusförmigen Strom und der sinusförmigen Spannung gibt, kann die Leistung P = U * I negativ sein (I, i ist der Strom, U, u ist die Spannung, π ist die Zahl pi gleich 3,14). Das Blindleistungsgerät gibt die gespeicherte Energie an die Quelle zurück
Elektrische Netze sind so aufgebaut, dass sie elektrische Energie in einer Richtung von der Quelle zur Last übertragen können.
Daher ist die zurückgegebene Energie des Verbrauchers mit einer reaktiven Last parasitär und wird für Heizleiter und andere Komponenten verwendet.
Die Blindleistung ist abhängig vom Phasenwinkel zwischen den Spannungs- und Stromsinuskurven. Der Phasenwinkel wird als cosφ ausgedrückt.
Verwenden Sie die Formel, um die volle Leistung zu finden:
P = Q / cosφ,
Wo Q. - Blindleistung in VA.
Typischerweise geben die Passdaten auf dem Gerät Blindleistung und cosφ an.
Beispiel: Im Pass zeigt der Perforator eine Blindleistung von 1200 VAR und cosφ = 0,7. Daher beträgt der Gesamtstromverbrauch:
P = 1200 / 0,7 = 1714 W.
Wenn cosφ nicht gefunden werden konnte, kann für die überwiegende Mehrheit der elektrischen Haushaltsgeräte cosφ gleich 0,7 angenommen werden.
Stufe 2 - die Suche nach den Koeffizienten von Gleichzeitigkeit und Spielraum
K. - Der dimensionslose Gleichzeitigkeitskoeffizient zeigt an, wie viele Verbraucher gleichzeitig in das Netzwerk aufgenommen werden können. Es kommt selten vor, dass alle Geräte gleichzeitig Strom verbrauchen.
Ein gleichzeitiger Betrieb des Fernseh- und Musikzentrums ist unwahrscheinlich. Aus der gängigen Praxis kann K gleich 0,8 genommen werden. Wenn Sie alle Verbraucher gleichzeitig verwenden möchten, sollte K gleich 1 sein.
J. - dimensionsloser Sicherheitsfaktor. Es kennzeichnet die Schaffung einer Gangreserve für zukünftige Verbraucher.
Der Fortschritt steht nicht still, jedes Jahr werden neue und überraschende neue und nützliche Elektrogeräte erfunden. Bis 2050 wird ein Wachstum des Stromverbrauchs von 84% erwartet. Typischerweise wird angenommen, dass J zwischen 1,5 und 2,0 liegt.
Stufe 3 - Durchführen einer geometrischen Berechnung
Bei allen elektrischen Berechnungen wird die Leiterquerschnittsfläche genommen - der Kernabschnitt. Gemessen in mm2.
Es ist oft notwendig zu lernen, wie man den Querschnitt eines Drahtes entsprechend dem Durchmesser des Drahtes des Leiters richtig berechnet.
In diesem Fall gibt es eine einfache geometrische Formel für einen monolithischen Runddraht:
S = π * R.2 = π * D.2/4, oder umgekehrt
D = √ (4 · S / π)
Für Leiter mit rechteckigem Querschnitt:
S = h * m,
Wo:
- S. - Kernfläche in mm2;
- R. - Radius des Kerns in mm;
- D. - Kerndurchmesser in mm;
- h, m - Breite bzw. Höhe in mm;
- π Ist die Zahl pi gleich 3,14?
Wenn Sie einen Litzendraht kaufen, bei dem ein Leiter aus vielen verdrillten Drähten mit kreisförmigem Querschnitt besteht, erfolgt die Berechnung nach folgender Formel:
S = N * D.2/1,27,
Wo N. - die Anzahl der Drähte in der Vene.
Drähte, die sich aus mehreren Drähten verdreht haben, haben im Allgemeinen eine bessere Leitfähigkeit als monolithische. Dies ist auf die Besonderheiten des Stroms zurückzuführen, der durch einen kreisförmigen Leiter fließt.
Elektrischer Strom ist die Bewegung der gleichen Ladungen entlang des Leiters. Die gleichnamigen Ladungen stoßen ab, daher wird die Ladungsverteilungsdichte zur Oberfläche des Leiters verschoben.
Ein weiterer Vorteil von Litzendrähten ist ihre Flexibilität und mechanische Beständigkeit. Monolithische Drähte sind billiger und werden hauptsächlich für die feste Installation verwendet.
Stufe 4 - Berechnen Sie den Leistungsteil in der Praxis
Aufgabe: Die Gesamtleistung der Verbraucher in der Küche beträgt 5000 Watt (dh die Leistung aller reaktiven Verbraucher wird nachgezählt). Alle Verbraucher sind an ein einphasiges 220-V-Netz angeschlossen und werden von einem Zweig mit Strom versorgt.
Tabelle 2. Wenn Sie in Zukunft weitere Verbraucher anschließen möchten, zeigt die Tabelle die erforderlichen Kapazitäten gängiger Haushaltsgeräte (+).
Entscheidung:
Der Gleichzeitigkeitskoeffizient K wird mit 0,8 angenommen. Die Küche ist ein Ort der ständigen Innovation, egal, ein Sicherheitsfaktor von J = 2,0. Die geschätzte Gesamtkapazität beträgt:
P = 5000 · 0,8 · 2 = 8000 W = 8 kW
Unter Verwendung des Werts der Entwurfsleistung suchen wir in Tabelle 1 nach dem nächstgelegenen Wert.
Der am besten geeignete Leiterquerschnitt für ein einphasiges Netzwerk ist ein Kupferleiter mit einem Querschnitt von 4 mm2. Ähnliche Drahtgröße mit Aluminiumkern 6 mm2.
Bei einadrigen Verdrahtungen beträgt der Mindestdurchmesser 2,3 mm bzw. 2,8 mm. Bei einer Multicore-Option wird der Querschnitt der einzelnen Kerne addiert.
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Raum mit der maximalen Anzahl von Haushaltsgeräten
Technische Ausstattung von Badezimmern und kombinierten Badezimmern
Stromverbraucher anschließen
Blocksteckdose für Geräte mit geringem Stromverbrauch
Kochfeld erfordert eine ordnungsgemäße Verbindung
Stromleitung für eine Waschmaschine
Separate Stromzweige für Kühlschränke
Leistungsstarke Energieverbraucher in Badezimmern und Bädern
Berechnung des aktuellen Querschnitts
Berechnungen des erforderlichen Querschnitts für Strom und Leistung von Kabeln und Drähten liefern genauere Ergebnisse. Solche Berechnungen ermöglichen es, die allgemeine Auswirkung verschiedener Faktoren auf Leiter zu bewerten, einschließlich thermischer Belastung, Drahtqualität, Art der Dichtung, Betriebsbedingungen usw.
Die gesamte Berechnung wird in folgenden Schritten durchgeführt:
- Stromauswahl aller Verbraucher;
- Berechnung der durch den Leiter fließenden Ströme;
- Auswahl eines geeigneten Querschnitts gemäß den Tabellen.
Bei dieser Version der Berechnung wird die aktuelle Leistung von Verbrauchern mit Spannung ohne Berücksichtigung von Korrekturfaktoren berücksichtigt. Sie werden bei der Summierung der aktuellen Stärke berücksichtigt.
Stufe 1 - Berechnung der Stromstärke anhand der Formeln
Für diejenigen, die den Schulphysikkurs vergessen haben, bieten wir die Grundformeln in Form eines grafischen Diagramms als visuellen Spickzettel an:
Das "Classic Wheel" demonstriert die Verbindung von Formeln und die gegenseitige Abhängigkeit der Eigenschaften des elektrischen Stroms (I - Stromstärke, P - Leistung, U - Spannung, R - Kernradius).
Schreiben wir die Abhängigkeit der Stromstärke I von der Leistung P und der Netzspannung U:
I = P / U.l,
Wo:
- ich - Stromstärke in Ampere;
- P. - Leistung in Watt;
- U.l - Netzspannung in Volt.
Die lineare Spannung hängt im allgemeinen Fall von der Stromquelle ab, sie ist einphasig und dreiphasig.
Das Verhältnis von linearer Spannung und Phasenspannung:
- U.l = U * cosφ bei einphasiger Spannung.
- U.l = U * √3 * cosφ im Falle einer dreiphasigen Spannung.
Für elektrische Haushaltsverbraucher wird cosφ = 1 angenommen, damit die lineare Spannung umgeschrieben werden kann:
- U.l = 220 V. für einphasige Spannung.
- U.l = 380 V. für dreiphasige Spannung.
Als nächstes fassen wir alle von der Formel verbrauchten Ströme zusammen:
I = (I1 + I2 + ... IN) * K * J.,
Wo:
- ich - Gesamtstromstärke in Ampere;
- I1..IN - aktuelle Stärke jedes Verbrauchers in Ampere;
- K. - Gleichzeitigkeitskoeffizient;
- J. - Sicherheitsfaktor.
Die Koeffizienten K und J haben die gleichen Werte, die bei der Berechnung der Gesamtleistung verwendet wurden.
Es kann vorkommen, dass in einem Dreiphasennetz ein Strom ungleicher Stärke durch verschiedene Phasenleiter fließt.
Dies geschieht, wenn einphasige Verbraucher und dreiphasige Verbraucher gleichzeitig an ein dreiphasiges Kabel angeschlossen werden. Beispielsweise werden eine dreiphasige Maschine und eine einphasige Beleuchtung mit Strom versorgt.
Es stellt sich natürlich die Frage: Wie berechnet sich in solchen Fällen der Querschnitt eines Litzendrahtes? Die Antwort ist einfach: Die Berechnungen werden für den am stärksten belasteten Kern durchgeführt.
Stufe 2 - Auswahl eines geeigneten Abschnitts gemäß den Tabellen
In den Regeln für den Betrieb elektrischer Anlagen (PES) sind eine Reihe von Tabellen zur Auswahl des erforderlichen Kabelkernabschnitts angegeben.
Die Leitfähigkeit des Leiters ist temperaturabhängig. Bei Metallleitern steigt der Widerstand mit zunehmender Temperatur.
Wenn eine bestimmte Schwelle überschritten wird, wird der Prozess selbsttragend: Je höher der Widerstand, desto höher die Temperatur, desto höher der Widerstand usw. bis der Leiter durchbrennt oder einen Kurzschluss verursacht.
Die folgenden beiden Tabellen (3 und 4) zeigen den Querschnitt der Leiter in Abhängigkeit von den Strömen und der Installationsmethode.
Tabelle 3. Zunächst müssen Sie die Methode zum Verlegen der Drähte auswählen. Dies hängt davon ab, wie effizient die Kühlung erfolgt (+).
Ein Kabel unterscheidet sich von einem Draht dadurch, dass alle Drähte, die mit einer eigenen Isolierung ausgestattet sind, zu einem Bündel verdrillt und in einem gemeinsamen Isoliermantel eingeschlossen sind. Weitere Einzelheiten zu den Unterschieden und Arten von Kabelprodukten finden Sie in diesem Artikel.
Tabelle 4.Für alle Werte des Leiterquerschnitts ist eine offene Methode angegeben, in der Praxis werden jedoch Querschnitte unter 3 mm2 aus Gründen der mechanischen Festigkeit (+) nicht offen verlegt.
Bei Verwendung von Tabellen werden folgende Faktoren auf den zulässigen Dauerstrom angewendet:
- 0,68 wenn 5-6 lebten;
- 0,63, wenn 7-9 lebten;
- 0,6 wenn 10-12 lebten.
Abnehmende Koeffizienten werden auf die aktuellen Werte aus der Spalte "Offen" angewendet.
Null- und Erdungsleiter sind nicht in der Anzahl der Leiter enthalten.
Gemäß den PES-Standards wird die Wahl des Querschnitts des Nullkerns für den zulässigen Dauerstrom als mindestens 50% des Phasenkerns getroffen.
Die folgenden beiden Tabellen (5 und 6) zeigen die Abhängigkeit des zulässigen Dauerstroms beim Einlegen in den Boden.
Tabelle 5. Zulässige Dauerstromabhängigkeiten für Kupferkabel beim Verlegen in Luft oder Boden
Die aktuelle Last beim Auflegen und beim Eintauchen in den Boden ist unterschiedlich. Sie werden gleich genommen, wenn das Einlegen in den Boden mit Tabletts erfolgt.
Tabelle 6. Zulässige Dauerstromabhängigkeiten für Aluminiumkabel beim Verlegen in Luft oder Boden
Die folgende Tabelle (7) gilt für die Anordnung von temporären Stromversorgungsleitungen (tragen, wenn für den privaten Gebrauch).
Tabelle 7. Zulässiger Dauerstrom bei Verwendung von tragbaren Schlauchkabeln, tragbaren Schlauch- und Minenkabeln, Suchscheinwerfern und flexiblen tragbaren Kabeln. Es werden nur Kupferleiter verwendet
Bei der Verlegung von Kabeln im Boden muss zusätzlich zu den Wärmeabfuhr-Eigenschaften der spezifische Widerstand berücksichtigt werden, der in der folgenden Tabelle (8) angegeben ist:
Tabelle 8. Korrekturfaktor in Abhängigkeit von der Art und dem spezifischen Widerstand des Bodens für den zulässigen Dauerstrom bei der Berechnung des Kabelquerschnitts (+)
Berechnung und Auswahl von Kupferleitern bis 6 mm2 oder Aluminium bis 10 mm2 durchgeführt wie für Dauerstrom.
Bei großen Querschnitten kann ein Reduktionsfaktor angewendet werden:
0,875 * √Tpv
Wo T.pv - das Verhältnis der Dauer des Einschlusses zur Dauer des Zyklus.
Die Einschlussdauer ergibt sich aus der Berechnung von nicht mehr als 4 Minuten. In diesem Fall sollte der Zyklus 10 Minuten nicht überschreiten.
Bei der Auswahl eines Kabels für die Stromverdrahtung in einem Holzhaus wird besonders auf dessen Feuerwiderstand geachtet.
Stufe 3 - Berechnung des Querschnitts des Stromleiters anhand eines Beispiels
Aufgabe: Berechnen Sie den erforderlichen Querschnitt des Kupferkabels für den Anschluss:
- Dreiphasen-Holzbearbeitungsmaschine mit 4000 W;
- 6000 W Dreiphasenschweißgerät;
- Haushaltsgeräte im Haus mit einer Gesamtleistung von 25.000 Watt;
Die Verbindung wird über ein fünfadriges Kabel (drei Phasenleiter, eine Null- und eine Erdung) hergestellt, das in die Erdung eingelegt ist.
Die Isolierung von Kabelprodukten wird anhand eines bestimmten Werts der Betriebsspannung berechnet. Es ist zu beachten, dass die Betriebsspannung des Herstellers seines Produkts höher sein muss als die Spannung im Netzwerk
Entscheidung.
Schritt 1. Wir berechnen die lineare Spannung einer dreiphasigen Verbindung:
U.l = 220 * √3 = 380 V.
Schritt 2. Haushaltsgeräte, Werkzeugmaschinen und Schweißgeräte haben Blindleistung, daher beträgt die Leistung von Maschinen und Geräten:
P.jene = 25000 / 0,7 = 35700 W.
P.rev = 10000 / 0,7 = 14300 W.
Schritt 3. Strom zum Anschließen von Haushaltsgeräten erforderlich:
ichjene = 35700/220 = 162 A.
Schritt 4. Strom zum Anschließen der Geräte erforderlich:
ichrev = 14300/380 = 38 A.
Schritt 5. Der zum Anschließen von Haushaltsgeräten erforderliche Strom wird anhand der Berechnung einer Phase berechnet. Je nach Zustand des Problems gibt es drei Phasen. Folglich kann der Strom in Phasen verteilt werden. Der Einfachheit halber nehmen wir eine gleichmäßige Verteilung an:
ichjene = 162/3 = 54 A.
Schritt 6. Strom pro Phase:
ichf = 38 + 54 = 92 A.
Schritt 7. Geräte und Haushaltsgeräte funktionieren nicht gleichzeitig, außer dass wir einen Spielraum von 1,5 festlegen. Nach Anwendung der Korrekturfaktoren:
ichf = 92 * 1,5 * 0,8 = 110 A.
Schritt 8 Obwohl das Kabel 5 Adern enthält, werden nur dreiphasige Adern berücksichtigt.Gemäß Tabelle 8 in der Spalte, einem dreiadrigen Kabel im Boden, entspricht ein Strom von 115 A einem Querschnitt eines Kerns von 16 mm2.
Schritt 9. Gemäß Tabelle 8 wenden wir den Korrekturfaktor in Abhängigkeit von den Eigenschaften der Erde an. Für einen normalen Landtyp beträgt der Koeffizient 1.
Schritt # 10. Optional berechnen Sie den Kerndurchmesser:
D = √ (4 · 16 / 3,14) = 4,5 mm
Wenn die Berechnung nur mit Strom durchgeführt wurde, ohne die Eigenschaften des Kabels zu berücksichtigen, beträgt der Querschnitt des Kerns 25 mm2. Die Berechnung der Stromstärke ist komplizierter, spart jedoch manchmal erheblich Geld, insbesondere bei mehradrigen Stromkabeln.
Die Beziehung zwischen Spannung und Strom kann hier genauer beschrieben werden.
Berechnung des Spannungsabfalls
Jeder Leiter außer Supraleitern hat einen Widerstand. Daher tritt bei einer ausreichenden Kabel- oder Drahtlänge ein Spannungsabfall auf.
PES-Standards verlangen, dass der Querschnitt des Kabelkerns so ist, dass der Spannungsabfall nicht mehr als 5% beträgt.
Tabelle 9. Widerstand von gewöhnlichen Metallleitern (+)
Dies betrifft hauptsächlich Niederspannungskabel mit kleinem Querschnitt.
Die Berechnung des Spannungsabfalls ist wie folgt:
R = 2 * (ρ * L) / S.,
U.Pad = I * R.,
U.% = (U.Pad / U.lin) * 100,
Wo:
- 2 - Koeffizient aufgrund der Tatsache, dass der Strom notwendigerweise in zwei Kernen fließt;
- R. - Widerstand des Leiters, Ohm;
- ρ - spezifischer Widerstand des Leiters, Ohm * mm2/ m;
- S. - Abschnitt des Leiters, mm2;
- U.Pad - Spannungsabfall V;
- U.% - Spannungsabfall in Bezug auf U.lin,%.
Mithilfe von Formeln können Sie die erforderlichen Berechnungen unabhängig durchführen.
Berechnungsbeispiel tragen
Aufgabe: Berechnen Sie den Spannungsabfall für einen Kupferdraht mit einem Querschnitt eines Kerns von 1,5 mm2. Zum Anschluss eines einphasigen Elektroschweißgeräts mit einer Gesamtleistung von 7 kW wird ein Draht benötigt. Kabellänge 20 m.
Wenn Sie ein Haushaltsschweißgerät an das Stromnetz anschließen möchten, sollten Sie die Situation berücksichtigen, für die das Kabel ausgelegt ist. Es ist möglich, dass die Gesamtleistung der Betriebsgeräte höher ist. Die beste Option besteht darin, die Verbraucher mit einzelnen Filialen zu verbinden
Entscheidung:
Schritt 1. Wir berechnen den Widerstand des Kupferdrahtes anhand von Tabelle 9:
R = 2 * (0,0175 * 20) / 1,5 = 0,47 Ohm
Schritt 2. Strom fließt entlang des Leiters:
I = 7000/220 = 31,8 A.
Schritt 3. Spannungsabfall am Draht:
U.Pad = 31,8 * 0,47 = 14,95 V.
Schritt 4. Wir berechnen den Prozentsatz des Spannungsabfalls:
U.% = (14,95 / 220) * 100 = 6,8%
Fazit: Zum Anschluss des Schweißgeräts ist ein Leiter mit großem Querschnitt erforderlich.
Die Berechnung des Leiterquerschnitts nach den Formeln:
Empfehlungen von Spezialisten zur Auswahl von Kabel- und Drahtprodukten:
Die obigen Berechnungen gelten für Kupfer- und Aluminiumleiter für den industriellen Einsatz. Für andere Leitertypen wird der gesamte Wärmeübergang vorberechnet.
Basierend auf diesen Daten wird der maximale Strom berechnet, der durch den Leiter fließen kann, ohne eine übermäßige Erwärmung zu verursachen.
Wenn Sie Fragen zur Methode zur Berechnung des Kabelquerschnitts haben oder persönliche Erfahrungen austauschen möchten, hinterlassen Sie bitte Kommentare zu diesem Artikel. Das Feedback-Feld befindet sich unten.