Spanningsval (VD) treedt op wanneer de spanning aan het einde van een kabeltraject lager is dan aan het begin. Alle draden, ongeacht hun lengte of draaddikte, vertonen een zekere weerstand. Het laten lopen van een stroom door deze weerstand resulteert in een spanningsval. Naarmate de kabellengte toeneemt, nemen ook de weerstand en reactantie evenredig toe. Daarom is spanningsval een belangrijk aandachtspunt bij lange kabeltrajecten, zoals in grote gebouwen of op uitgestrekte terreinen zoals boerderijen. Deze methode wordt vaak gebruikt om de juiste geleiders te dimensioneren in enkelfasige, lijn-naar-lijn elektrische circuits en kan worden berekend met behulp van een spanningsvalcalculator.
Elektrische kabels voeren weliswaar stroom, maar introduceren inherent weerstand of impedantie in de stroomdoorgang. VD wordt gekwantificeerd als het spanningsverlies dat optreedt over een deel of het geheel van een circuit als gevolg van de kabelimpedantie, gemeten in volt.
Een te hoge spanningsval (VD) in de dwarsdoorsnede van een kabel kan leiden tot flikkerende of gedimde verlichting, suboptimale prestaties van de verwarming en verhoogde motortemperaturen, wat mogelijk tot doorbranden kan leiden. Deze situatie dwingt de belasting om harder te werken met een verlaagde spanning die de stroom aandrijft.
Welke factoren bepalen spanningsval?
VD wordt bepaald door de volgende factoren:
1. Geleidermateriaal
Verschillende materialen hebben een verschillende elektrische geleidbaarheid. Koper is bijvoorbeeld een betere geleider dan aluminium.
2. Geleiderdiameter
Een grotere geleiderdiameter verbetert de geleiding omdat er meer materiaal is waar de stroom doorheen kan stromen.
3. Lengte van de geleider
Langere geleiders hebben een hogere weerstand, omdat de stroom een grotere afstand moet afleggen van de bron naar de belasting.
4. Geleidertemperatuur
Temperatuur heeft invloed op de geleidbaarheid van het materiaal. Sommige materialen worden meer of minder geleidend naarmate de temperatuur verandert.
5. Stroom die door de geleider wordt geleid:
Spanningsval is recht evenredig met de stroom die door de geleider wordt gevoerd. Als de stroom verdubbelt terwijl de weerstand hetzelfde blijft, verdubbelt de spanningsval ook.
6. Circuitverbindingen:
Verbindingen in een circuit introduceren contactweerstand, en slechte verbindingen kunnen leiden tot een verhoogde spanningsval.
Zie ook: Wat is open-circuitspanning (Voc)?
Hoe spanningsval te berekenen
Het is belangrijk om op te merken dat de VD-formule varieert op basis van het aantal fasen in het circuit, hetzij eenfase of driefase. In de onderstaande vergelijkingen gebruiken we de volgende variabelen:
- Z: Geleiderimpedantie (ohm per 1,000 voet of ohm/kft)
- I: Belastingstroom (ampère)
- L: Lengte (voet)
Eenfasig systeem: V Drop = 2 ×— Z ×— I ×— L / 1000
Driefasensysteem: V Drop = 1.73 ×— Z ×— I ×— L / 1000
We delen deze formules door 1,000 omdat er standaard impedantiewaarden worden gegeven voor elke 1,000 voet, waarna we ze omrekenen naar ohm per voet. Hoofdstuk 9 van de NEC biedt geleidereigenschappen op basis van een temperatuurclassificatie van 75 °C.
Om het proces te illustreren, nemen we een enkelfasig 120-V-circuit aan met een stroom van 22 A, een geleiderimpedantie van 1.29 ohm per 1,000 ft en een circuitlengte van 50 ft. De spanningsval zou zijn:
Spanningsval = (2 ×— 1.29 ohm/kft ×— 22 A ×— 50 ft) / 1,000 = 2.84 V
Percentage VD = 2.84 V / 120 V = 0.0237 = 2.37%
Als er meerdere geleiders per fase zijn, deel dan de bovenstaande berekening door het aantal geleiders per fase, aangezien de weerstand wordt verlaagd. Als er bijvoorbeeld twee geleiders per fase zijn in het bovenstaande voorbeeld, wordt de weerstand gehalveerd, wat resulteert in een spanningsval van 1.42 V (1.18%).
Lees ook: Hoe bereken je de Voc van een zonnepaneel?
Hoe spanningsval te beheersen
Het bereiken van volledige eliminatie van VD is onhaalbaar omdat alle materialen inherente elektrische weerstand bezitten. Echter, verschillende strategieën kunnen het effectief minimaliseren:
- Verbetering van de efficiëntie: Verbeter de efficiëntie van apparatuur om het stroomverbruik en daarmee de spanningsval te verminderen.
- Probleemoplossen: Identificeer en los elektrische problemen op die onnodige toename van stroom of weerstand veroorzaken.
- Corrigeren van geleiderafmetingen: Selecteer de juiste geleiders op basis van factoren zoals stroomsterkte, temperatuur en kabeldoorvoercapaciteit.
- Gecentraliseerde distributie: Plaats de belangrijkste elektrische componenten centraal om de bedradingsafstanden in gebouwen te minimaliseren.
- Evenwichtige belastingen: Zorg bij driefasensystemen voor een evenwichtige verdeling van de belasting om een ongelijkmatige spanningsval te voorkomen.
Verplicht lezen: Wat is nominale spanning?
