เครื่องคำนวณแรงดันตก

วิธีการคำนวณแรงดันตก

แรงดันตก คือ การลดลงของแรงดันไฟฟ้าที่เกิดขึ้นเมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่านตัวนำที่มีความต้านทานไฟฟ้า เมื่อออกแบบวงจร การควบคุมแรงดันตกให้อยู่ในช่วงที่ยอมรับได้เป็นสิ่งสำคัญ เพื่อให้อุปกรณ์ที่เชื่อมต่อสามารถทำงานได้ตามที่ต้องการ

หากแรงดันไฟฟ้าที่โหลดต่ำเกินไป อุปกรณ์ไฟฟ้าจะยังคงพยายามดึงพลังงานที่ต้องการ เพื่อชดเชย กระแสไฟฟ้าอาจเพิ่มขึ้น ซึ่งอาจทำให้ตัวนำร้อนเกินไป ทำลายฉนวน หรือทำให้อายุการใช้งานของอุปกรณ์ที่เชื่อมต่อสั้นลง สำหรับการทำงานที่ยาวนาน สายไฟ หรือ ลวดอาคารนี่คือข้อกังวลหลักในการออกแบบ

ตามกฎของโอห์ม แรงดันไฟฟ้า กระแสไฟฟ้า และความต้านทานมีความสัมพันธ์กันโดยสมการง่ายๆ ดังนี้

วี_(วี) = ฉัน_(ก) × อาร์_{(โอเมก้า)}

กล่าวอีกนัยหนึ่ง แรงดันไฟฟ้าที่ตกคร่อมตัวนำจะเท่ากับกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านตัวนำนั้นคูณด้วยความต้านทานของตัวนำนั้น หากคุณทราบค่าความต้านทานของตัวนำนั้น คุณก็สามารถคำนวณแรงดันตกคร่อมของกระแสไฟฟ้าที่กำหนดได้โดยตรง

สูตรลดแรงดันไฟฟ้า

สำหรับการเดินสายตรงในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับหรือไฟฟ้ากระแสตรงเฟสเดียว ความต้านทานของตัวนำสามารถแสดงได้โดยใช้ค่าความต้านทาน ความยาว และพื้นที่หน้าตัด การจัดเรียงกฎของโอห์มใหม่จะนำไปสู่สูตรแรงดันตกคร่อมที่ใช้กันทั่วไป:

วี_{หยด (V)} = 2 × ฉัน_(ก) × ρ_(Ω·ม.) × ล._(ม.) / เอ_ตร.ม.

ที่ไหน:
วี_หยด = แรงดันตกเป็นโวลต์
ฉัน = กระแสเป็นแอมป์
ρ = ความต้านทานของตัวนำเป็นโอห์ม-เมตร (Ω·m)
ล. = ความยาวตัวนำทางเดียวเป็นเมตร
เอ = พื้นที่หน้าตัดของตัวนำเป็นตารางเมตร

นิพจน์นี้จะอธิบายเส้นทาง "ไปและกลับ" ของกระแสในวงจรเฟสเดียวผ่านปัจจัย 2 สำหรับกระแสและความยาวคงที่ การใช้ตัวนำที่มีพื้นที่หน้าตัดใหญ่กว่า (ขนาดสายเคเบิลใหญ่กว่า) จะช่วยลดแรงดันตกได้

ค่าความต้านทานโดยทั่วไปมีดังนี้:

• ทองแดง: ρ = 1.7241 × 10^-8 โอห์ม·เมตร
• อะลูมิเนียม: ρ = 2.6548 × 10^-8 โอห์ม·เมตร

เนื่องจากทองแดงมีค่าความต้านทานต่ำกว่าอะลูมิเนียม สายเคเบิลทองแดงที่มีขนาดและความยาวเท่ากันจะมีแรงดันตกคร่อมต่ำกว่าสายเคเบิลอะลูมิเนียมเสมอ สำหรับโครงการแรงดันปานกลางและสูง คุณสามารถดูข้อมูลเพิ่มเติมได้ที่ คู่มือการเลือกสาย LV, MV และ HV ของเรา เมื่อตัดสินใจเลือกประเภทและขนาดของตัวนำ

สูตรการลดแรงดันไฟฟ้าแบบสลับ

ในคู่มือการเดินสายปฏิบัติจริงหลายๆ เล่ม คุณจะพบว่ามีการคำนวณแรงดันตกโดยใช้ค่าคงที่เชิงประจักษ์ด้วย เค ที่รวมคุณสมบัติของวัสดุและการแปลงหน่วยเป็นค่าเดียว

วี_{หยด (V)} = ฉัน_(ก) × 2 × กิโล × ล_(ม.) / เอ_มม²

ที่ไหน:
วี_หยด = แรงดันตกเป็นโวลต์
เค = ค่าคงที่ DC (วัสดุและปัจจัยหน่วย)
ฉัน = กระแสเป็นแอมป์
ล. = ความยาวตัวนำทางเดียวเป็นเมตร
เอ = พื้นที่หน้าตัดของตัวนำเป็นตารางมิลลิเมตร

ใช้ค่าต่อไปนี้สำหรับ เค:

• 12.9 สำหรับตัวนำทองแดง
• 21.2 สำหรับตัวนำอลูมิเนียม

ค่าคงที่เหล่านี้สอดคล้องกับความต้านทานของตัวนำที่มีพื้นที่ 1,000 มิลลิเมตรวงกลมและยาว 1,000 ฟุต โดยมีการแปลงหน่วยที่เหมาะสมเป็นมิลลิเมตร² และเมตรในตัว

สูตรลดแรงดันไฟฟ้าสำหรับระบบสามเฟส

ในระบบสามเฟส รูปทรงของกระแสและแรงดันไฟฟ้าจะแตกต่างกัน ดังนั้นสูตรการลดแรงดันไฟฟ้าจึงรวมปัจจัย √3 ไว้ด้วย:

วี_{หยด (V)} = √3 × ฉัน_(ก) × ρ_(Ω·ม.) × ล._(ม.) / เอ_ตร.ม.

สำหรับวงจรสามเฟส แรงดันตก วี_หยด ในหน่วยโวลต์มีค่าเท่ากับ √3 คูณผลคูณของกระแสไฟฟ้า ฉัน ในหน่วยแอมป์ ความต้านทานของตัวนำ ρ ในหน่วยโอห์มเมตร และความยาวตัวนำ ล. หน่วยเป็นเมตร หารด้วยพื้นที่หน้าตัดของตัวนำ เอ เป็นตารางเมตร

วิธีการคำนวณขนาดตัวนำขั้นต่ำ

เพื่อการติดตั้งที่ปลอดภัยและประหยัด คุณต้องการตัวนำไฟฟ้าที่มีขนาดใหญ่พอที่จะควบคุมแรงดันตกและอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นให้อยู่ในขอบเขตที่กำหนด แต่ไม่ใหญ่เกินไปจนทำให้ต้นทุนวัสดุสูงเกินไป วิธีหนึ่งที่ใช้งานได้จริงในการกำหนดขนาดของสายเคเบิลคือเริ่มจากแรงดันตกที่ยอมรับได้ และคำนวณหาพื้นที่หน้าตัดน้อยที่สุด

การจัดเรียงสูตรการลดแรงดันไฟฟ้าพื้นฐานใหม่สำหรับ เอ ให้:

เอ_{(ตร.ม.)} = 2 × ρ_(Ω·ม.) × ล._(ม.) × ฉัน_(ก) / วี_{หยด (V)}

ที่ไหน:
เอ = พื้นที่หน้าตัดตัวนำที่ต้องการเป็นตารางเมตร
ρ = ความต้านทานของตัวนำเป็นโอห์ม-เมตร (Ω·m)
ล. = ความยาวทางเดียวเป็นเมตร
ฉัน = กระแสเป็นแอมป์
วี_หยด = แรงดันตกสูงสุดที่อนุญาตเป็นโวลต์

เมื่อคุณคำนวณแล้ว เอ หน่วยเป็นตารางเมตร ให้คูณด้วย 1,000,000 เพื่อแปลงเป็นตารางมิลลิเมตร จากนั้นเลือกขนาดสายเคเบิลมาตรฐานที่ใหญ่กว่าถัดไปจากตารางด้านล่างหรือจากแคตตาล็อกของคุณ นอกจากนี้ คุณต้องตรวจสอบว่าสายเคเบิลที่เลือกนั้นตรงตามค่าแอมแปร์ที่ต้องการ โดยใช้มาตรฐานการติดตั้งที่เหมาะสมหรือคู่มือค่าแอมแปร์เฉพาะ เช่น ตัวนำลวดอาคารทองแดง 6 AWG THHN/THWN สำหรับการใช้งานในอาคารทั่วไป

วิธีการคำนวณความยาวตัวนำสูงสุด

สำหรับขนาดสายเคเบิลที่เลือก คุณยังสามารถแก้ปัญหาได้ด้วย: หากกำหนดแรงดันตกคร่อมสูงสุดที่อนุญาต การเดินสายจะยาวได้เท่าใด? เริ่มจากสมการแรงดันตกคร่อมเดียวกันและหาความยาว ล. ให้:

ล._(ม.) = วี_{หยด (V)} × ก_ตร.ม. / 2 × ρ_(Ω·ม.) × ฉัน_(ก)

ที่ไหน:
วี_หยด = แรงดันตกที่ยอมรับได้เป็นโวลต์
ฉัน = กระแสเป็นแอมป์
ρ = ความต้านทานของตัวนำเป็นโอห์ม-เมตร (Ω·m)
ล. = ความยาวตัวนำทางเดียวสูงสุดเป็นเมตร
เอ = พื้นที่หน้าตัดของตัวนำเป็นตารางเมตร

กล่าวโดยสรุป ความยาวสูงสุดที่อนุญาตคือผลคูณของแรงดันตกคร่อมที่อนุญาตและพื้นที่หน้าตัดของตัวนำ หารด้วยสองเท่าของผลคูณของความต้านทานของตัวนำและกระแสโหลด ซึ่งสำคัญมากสำหรับการใช้งานกลางแจ้งระยะไกล ระบบไฟฟ้าชั่วคราว และการเชื่อมต่อเครื่องกำเนิดไฟฟ้า สำหรับการเลือกสายเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่เหมาะสม โปรดดูที่ คู่มือการซื้อสายเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบครบถ้วนของเรา และ หน้าผลิตภัณฑ์สายเคเบิลเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบยืดหยุ่น H07RN-F.

ตารางขนาดตัวนำและความต้านทาน

ตารางต่อไปนี้สรุปพื้นที่หน้าตัดและความต้านทานไฟฟ้ากระแสตรงของตัวนำทองแดงมาตรฐาน คุณสามารถใช้ตารางนี้เพื่อประเมินแรงดันตกคร่อมอย่างรวดเร็วและเปรียบเทียบผลการคำนวณของคุณกับขนาด AWG ที่ใช้งานจริง