روش محاسبه افت ولتاژ کابل

افت ولتاژ عبارت است از کاهش ولتاژ در یک مدار الکتریکی بین منبع و بار. سیم‌های حامل برق دارای مقاومت ذاتی یا امپدانس در برابر جریان هستند. افت ولتاژ مقداری است که در اثر این امپدانس از طریق یک مدار رخ می‌دهد.

برای اینکه تجهیزات به درستی کار کنند، باید با توان مناسب تغذیه شوند، که بر حسب وات اندازه گیری می‌شود. میزان صحیح توان، تجهیزات را قادر می‌سازد تا به طور کارآمد عمل کنند. مصرف بیش از حد یا ناکافی برق می‌تواند منجر به عملکرد ناکارآمد، مصرف بی رویه انرژی و حتی آسیب به تجهیزات شود. به همین دلیل است که درک محاسبات افت ولتاژ و انتخاب کابل مناسب برای هر پروژه بسیار مهم است. برای جریان DC، افت ولتاژ متناسب با میزان جریان و مقاومت سیم است. در مدارهای AC، امپدانس کل و ضریب توان (نسبت اتلاف توان) نیز باید در نظر گرفته شود.

هرچه مدار یا طول کابل طولانی‌تر باشد، افت ولتاژ بیشتر می‌شود. افت ولتاژ می‌تواند باعث مشکلاتی از قبیل کند شدن موتورها، عدم گرم شدن بخاری‌ها به طور کامل، کم شدن نور چراغ‌ها و … شود. برای جبران افت ولتاژ، ممکن است از کابل‌هایی با اندازه مقطع بزرگتر استفاده شود که مقاومت یا امپدانس کمتری در برابر جریان ایجاد می‌کنند.

افت ولتاژ در تابلو برق و هادی‌های مدار می‌تواند به سرعت ولتاژ خروجی منبع تغذیه را تا حد غیرقابل قبولی کاهش دهد. زیرا عملکرد تجهیزات الکتریکی خارج از درجه ولتاژ قابل قبول آن می‌تواند منجر به خرابی زودرس تجهیزات و موقعیت‌های خطرناک شود. وضعیت سیم کشی در یک منطقه یکی از دلایل رایج مشکلات ولتاژ است. قدمت و خوردگی از علل شایع ولتاژ پایین و اتصالات و عایق ضعیف هستند.

آزمایش افت ولتاژ تنها راه مؤثر برای یافتن افت ولتاژ در مدار است. برای انجام آزمایش افت ولتاژ، شما بار زیادی را در مدار مورد آزمایش ایجاد کرده سپس از ولت متر دیجیتال (DVM) برای اندازه گیری افت ولتاژ در اتصال مستقیم استفاده کنید.

حداکثر افت ولتاژ هادی توصیه شده برای مدار تغذیه و شاخه 5٪ منبع ولتاژ (120V) است. افت کل ولتاژ هادی (مدار تغذیه و شاخه) نباید از 120V × 0.05 = 6V تجاوز کند.

به عنوان مثال، آب بالای یک سد در ارتفاع بالاتری از آب زیر سد قرار دارد و از این آب می‌توان برای چرخاندن ژنراتورهای الکتریکی در حین تغییر ارتفاع به سمت پایین استفاده کرد. آب بالای سد دارای انرژی بالقوه بیشتری نسبت به آب زیر سد است و با پایین آمدن، این انرژی را برای اهداف دیگر آزاد می‌کند. افت ولتاژ به فرایند مشابهی گفته می‌شود که در مدارهای الکتریکی رخ می‌دهد. در مدارها، آب جاری با بار الکتریکی، که به جریان نیز معروف است، جایگزین می‌شود و تغییر ارتفاع با افت ولتاژ جایگزین می‌گردد.

به هر نقطه‌ای از یک مدار می‌توان ولتاژی را نسبت داد که به آن «ارتفاع الکتریکی» گفته می‌شود. افت ولتاژ به سادگی تفاوت حسابی بین ولتاژ بالاتر و پایین‌تر است.

برای محاسبه افت ولتاژ کابل می‌توان از فرمول زیر استفاده کرد:

Vd = mV/A/m x I x Ib ÷ 1000

جایی که:

mV/A/m=افت ولتاژ در متر بر آمپر

I=طول هادی مدار

Ib=جریان فعلی

بررسی‌های بصری در اکثر موارد افت ولتاژ الکتریکی را تشخیص نمی‌دهند. معمولاً نمی‌توانید خوردگی داخل یک اتصال یا سیم آسیب دیده‌ای را ببینید که باعث ایجاد مشکل شده است. علائم این اتفاق الکتریکی اغلب باعث سردگمی میشود وبا توجه به کار مدار و شدت افت ولتاژ متفاوت است اما از مهم‌ترین آن‌ها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

قطعات الکتریکی غیر فعال
دستگاه‌های برقی با کارایی کندتر از حالت معمول
خرابی مکرر دریچه گاز یا کابل انتقال
قطعات موتور محرک آسیب دیده
نقص در عملکرد گیربکس
عملکرد نامنظم موتور یا سیستم انتقال قدرت
کدهای اشتباه در حافظه هر رایانه داخلی
خرابی زود هنگام یا مکرر کلاچ کمپرسور

افت بیش از حد ولتاژ نیز یک موضوع نگران کننده است. اگر سیم‌های شما بیش از حد داغ شوند، عایق سیم و کابل ذوب شده و باعث آتش سوزی می‌شود. برای اطمینان از ایمنی سیستم، بسیار مهم است که افت ولتاژ خود را تا حد قابل قبولی به حداقل برسانید.

بیشتر بخوانید:مقایسه کابل مسی با آلومینیومی

تعیین سطح مقطع کابل

در صورت تعویض سیم کشی برق، لازم است پارامترهای کابل مورد استفاده را دقیق محاسبه کنید. یک مورد انتخاب سیم مناسب و با کیفیت از شرکت تولید سیم و کابل معتبر می‌باشد و مورد دیگر یکی از پارامترهای کلیدی یعنی سطح مقطع سیم است که تعیین می‌کند کدام توان را می‌توان به سیم وصل کرد. سیم بسیار ضعیف ممکن است بار را تحمل نکند و با سطح مقطع بیش از حد چندین برابر هزینه بیشتری خواهد داشت. همچنین باید در نظر داشت که هرچه سطح مقطع رساناها کوچکتر باشد، مقاومت الکتریکی آنها بیشتر است، بنابراین لازم است طول سیم و نحوه قرارگیری آن را نیز در نظر بگیریم.

اگر کابل را قطع کنید، در زیر روکش عایق، یک رشته سیم قابل مشاهده است، که رسانای جریان الکتریکی هستند. هنگامی که کابل قطع می‌شود، در نقطه برش، هسته فلزی به صورت یک دایره قابل مشاهده است که مساحت آن را سطح مقطع کابل می‌نامند و بر حسب mm² (میلی متر مربع) اندازه گیری می‌شود. بنابراین، با انتخاب سطح مقطع بهینه، در واقع، قطر رسانای انتقال دهنده جریان آن انتخاب می‌شود.

هنگام محاسبه سطح مقطع کابل، باید یک الگوی ساده را به خاطر بسپارید – هرچه دستگاههای متصل به آن جریان بیشتری مصرف کنند، قطر هسته بزرگتر و خود سیم ضخیم‌تر است. ساده‌ترین راه برای تعیین سطح مقطع در یک هسته تک سیم با استفاده از فرمول زیر می‌باشد:

در اینجا d – قطر هسته (میلی متر)، و S – سطح مقطع مورد نیاز بر حسب میلی متر مربع (mm²) می‌باشد.

محاسبه قطر یک هسته چند سیمی کمی دشوارتر است در این حالت باید قطر هر سیم را جداگانه اندازه گیری کرده و مقدار متوسط آنها را بیابید، سپس فرمول به صورت زیردر می‌آید:

جایی که n تعداد هسته‌ها، d متوسط قطر و S منطقه موردنظر برای سطح مقطع است.

می‌توانید سطح مقطع سیم را با استفاده از یک ماشین حساب ویژه مقطع کابل بصورت آنلاین محاسبه کنید، که در آن فقط باید تمام داده‌ها را در مورد تعداد هسته‌ها و قطر هادی حامل جریان وارد کنید و نتیجه را دریافت کنید. در جدول زیر سطح مقطع با در نظر گرفتن مواردی از قبیل اندازه سیم، مقاومت و جریان محاسبه شده است.