Jännitehäviö (VD) syntyy, kun jännite laskee kaapelin lopussa lähtöpisteeseen verrattuna. Kaikissa johtimissa, pituudesta tai paksuudesta riippumatta, on jonkin verran vastusta. Virran kulkeminen tämän vastuksen läpi johtaa jännitehäviöön. Kaapelin pituuden kasvaessa myös sen resistanssi ja reaktanssi kasvavat suorassa suhteessa. Tämän seurauksena VD:stä tulee merkittävä huolenaihe pitkissä kaapeliasennuksissa, kuten suuremmissa rakennuksissa tai laajoilla kiinteistöillä, kuten maatiloilla. Tätä lähestymistapaa käytetään usein johtimien mitoitukseen sopivasti yksivaiheisissa, vaiheista vaiheeseen -sähköpiireissä, ja se voidaan määrittää jännitehäviölaskurilla.
Sähkökaapelit, vaikka niissä kulkee virta, tuovat luonnostaan vastusta eli impedanssia virran kulkuun. VD mitataan jännitehäviönä, jota esiintyy koko piirissä tai osassa sitä kaapelin impedanssin vuoksi ja joka mitataan voltteina.
Liian suuri jännitteen muutos kaapelin poikkileikkausalueella voi johtaa valojen välkkymiseen tai himmenemiseen, lämmittimen heikompaan suorituskykyyn ja moottorin lämpötilan nousuun, mikä voi johtaa moottorin palamiseen. Tämä pakottaa kuorman toimimaan kovemmin pienemmällä jännitteellä, joka ohjaa virtaa.
Mitkä tekijät määräävät jännitteen pudotuksen?
VD määräytyy seuraavien tekijöiden perusteella:
1. Johdinmateriaali
Eri materiaaleilla on erilainen sähkönjohtavuus. Esimerkiksi kupari on parempi johdin kuin alumiini.
2. Johtimen halkaisija
Suurempi johtimen halkaisija parantaa johtavuutta, koska se tarjoaa enemmän materiaalia virran läpikulkua varten.
3. Johtimen pituus
Pidemmillä johtimilla on suurempi resistanssi, koska virran täytyy kulkea suurempi matka lähteestä kuormaan.
4. Johtimen lämpötila
Lämpötila vaikuttaa materiaalin johtavuuteen, ja jotkut materiaalit muuttuvat enemmän tai vähemmän johtaviksi lämpötilan muuttuessa.
5. Johtajan kuljettama virta:
Jännitteen pudotus on suoraan verrannollinen johtimen kuljettamaan virtaan. Jos virta kaksinkertaistuu resistanssin pysyessä samana, myös jännitehäviö kaksinkertaistuu.
6. Piiriliitännät:
Piirin kytkennät aiheuttavat kosketusvastusta, ja huonot kytkennät voivat johtaa lisääntyneeseen jännitehäviöön.
Katso myös: Mikä on avoimen piirin jännite (Voc)?
Kuinka laskea jännitehäviö
On tärkeää huomata, että VD-kaava vaihtelee piirin vaiheiden lukumäärän mukaan, joko yksivaiheinen tai kolmivaiheinen. Alla olevissa yhtälöissä käytämme seuraavia muuttujia:
- Z: Johtimen impedanssi (ohmia per 1,000 jalkaa tai ohmia/kft)
- I: Kuormavirta (ampeeria)
- L: Pituus (jalkaa)
Yksivaiheinen järjestelmä: V Häviö = 2 ×— Z ×— I ×— L / 1000
Kolmivaihejärjestelmä: V Häviö = 1.73 ×— Z ×— I ×— L / 1000
Jaamme nämä kaavat 1 000:lla, koska standardinmukaiset impedanssiarvot annetaan jokaista 1 000 jalkaa kohden, ja muunnamme ne ohmeiksi jalkaa kohden. NEC:n luvussa 9 esitetään johtimen ominaisuudet 75 °C:n lämpötilaluokituksen perusteella.
Prosessin havainnollistamiseksi oletetaan yksivaiheinen 120 V piiri, jonka virta on 22 A, johtimen impedanssi 1.29 ohmia per 1,000 jalkaa ja piirin pituus 50 jalkaa. Jännitteen pudotus olisi:
Jännitehäviö = (2 ×— 1.29 ohmia/kft ×— 22 A ×— 50 jalkaa) / 1 000 = 2.84 V
Prosenttiosuus VD = 2.84 V / 120 V = 0.0237 = 2.37 %
Jos vaihetta kohti on useita johtimia, jaa yllä oleva laskelma johtimien määrällä vaihetta kohti, koska vastus pienenee. Esimerkiksi jos yllä olevassa esimerkissä on kaksi johdinta vaihetta kohti, resistanssi puolittuu, jolloin jännite putoaa 1.42 V (1.18 %).
Lue myös: Kuinka laskea aurinkopaneelin VOC
Kuinka ohjata jännitteen pudotusta
VD:n täydellinen eliminointi on mahdotonta saavuttaa, koska kaikilla materiaaleilla on luontainen sähkövastus. Useat strategiat voivat kuitenkin minimoida sen tehokkaasti:
- Tehokkuuden lisääminen: Paranna laitteiden tehokkuutta vähentääksesi virrankulutusta ja siten alentaaksesi jännitehäviötä.
- Vianmääritys: Tunnista ja ratkaise sähköongelmat, jotka aiheuttavat tarpeettoman virran tai vastuksen kasvua.
- Johtimien koon korjaaminen: Valitse johtimet oikein tekijöiden, kuten virran, lämpötilan ja ratakapasiteetin, perusteella.
- Keskitetty jakelu: Sijoita tärkeimmät sähkökomponentit keskitetysti minimoimaan johtoetäisyydet rakennuksissa.
- Tasapainoiset kuormat: Kolmivaiheisissa järjestelmissä varmista tasapainoinen kuorman jakautuminen estääksesi epätasaisen jännitehäviön.
Pakko lukea: Mikä on nimellisjännite?
