Spadek napięcia (VD) powstaje, gdy napięcie na końcu odcinka kabla spada w porównaniu z punktem początkowym. Wszystkie przewody, niezależnie od długości i przekroju, wykazują pewną rezystancję. Przepływ prądu przez ten opór powoduje spadek napięcia. Wraz ze wzrostem długości kabla, jego rezystancja i reaktancja rosną proporcjonalnie. W związku z tym, VD staje się poważnym problemem w przypadku długich instalacji kablowych, na przykład w większych budynkach lub na rozległych posesjach, takich jak gospodarstwa rolne. To podejście jest często stosowane do odpowiedniego doboru rozmiaru przewodów w jednofazowych obwodach elektrycznych międzyfazowych i można je określić za pomocą kalkulatora spadku napięcia.
Kable elektryczne, przewodząc prąd, z natury rzeczy wprowadzają opór lub impedancję do przepływu prądu. VD jest mierzone jako strata napięcia w części lub całym obwodzie spowodowana impedancją kabla, mierzona w woltach.
Nadmierne napięcie VD w przekroju poprzecznym kabla może powodować migotanie lub przyciemnianie oświetlenia, nieoptymalną pracę grzałki oraz podwyższoną temperaturę silnika, co potencjalnie prowadzi do przepalenia. Zmusza to obciążenie do intensywniejszej pracy przy zmniejszonym napięciu zasilającym prąd.
Jakie czynniki wpływają na spadek napięcia?
VD jest determinowana przez następujące czynniki:
1. Materiał przewodzący
Różne materiały mają różną przewodność elektryczną. Na przykład miedź jest lepszym przewodnikiem niż aluminium.
2. Średnica przewodu
Większa średnica przewodnika poprawia przewodność, ponieważ zapewnia większą ilość materiału, przez który może przepływać prąd.
3. Długość przewodu
Dłuższe przewodniki mają większy opór, ponieważ prąd musi pokonać większą odległość od źródła do obciążenia.
4. Temperatura przewodnika
Temperatura ma wpływ na przewodność materiału. Niektóre materiały stają się mniej lub bardziej przewodzące w zależności od zmiany temperatury.
5. Prąd płynący przez przewodnik:
Spadek napięcia jest wprost proporcjonalny do prądu płynącego przez przewodnik. Jeśli prąd się podwaja, a rezystancja pozostaje taka sama, spadek napięcia również się podwaja.
6. Połączenia obwodów:
Połączenia w obwodzie wprowadzają opór stykowy, a słabe połączenia mogą prowadzić do większego spadku napięcia.
Zobacz także: Czym jest napięcie w obwodzie otwartym (Voc)?
Jak obliczyć spadek napięcia
Ważne jest, aby pamiętać, że wzór VD zmienia się w zależności od liczby faz w obwodzie, czy to jednofazowym, czy trójfazowym. W poniższych równaniach używamy następujących zmiennych:
- Z: Impedancja przewodnika (omy na 1,000 stóp lub omy/kft)
- I: Prąd obciążenia (ampery)
- L: Długość (stopy)
Układ jednofazowy: spadek napięcia = 2 ×— Z ×— I ×— L / 1000
Układ trójfazowy: spadek napięcia V = 1.73 ×— Z ×— I ×— L / 1000
Dzielimy te wzory przez 1,000 , ponieważ standardowe wartości impedancji są podawane dla każdych 1,000 stóp, przeliczane na omy na stopę. Rozdział 9 NEC przedstawia właściwości przewodników w oparciu o temperaturę znamionową 75°C.
Aby zilustrować ten proces, załóżmy, że mamy jednofazowy obwód 120 V z prądem 22 A, impedancją przewodnika 1.29 oma na 1,000 stóp i długością obwodu 50 stóp. Spadek napięcia wyniósłby:
Spadek napięcia = (2 ×— 1.29 oma/kft ×— 22 A ×— 50 stóp) / 1,000 = 2.84 V
Procent VD = 2.84 V / 120 V = 0.0237 = 2.37%
Jeśli na fazę przypada wiele przewodników, podziel powyższe obliczenia przez liczbę przewodników na fazę, ponieważ oporność ulega zmniejszeniu. Na przykład, jeśli w powyższym przykładzie na fazę przypada dwa przewodniki, oporność ulega zmniejszeniu o połowę, co powoduje spadek napięcia o 1.42 V (1.18%).
Przeczytaj także: Jak obliczyć Voc panelu słonecznego
Jak kontrolować spadek napięcia
Osiągnięcie całkowitej eliminacji VD jest nieosiągalne, ponieważ wszystkie materiały posiadają wrodzoną rezystancję elektryczną. Jednak kilka strategii może skutecznie ją zminimalizować:
- Zwiększanie wydajności: Poprawa wydajności sprzętu w celu zmniejszenia zużycia energii i tym samym zmniejszenia spadku napięcia.
- Rozwiązywanie problemów: Identyfikuj i rozwiązuj problemy elektryczne powodujące niepotrzebny wzrost prądu lub rezystancji.
- Korygowanie rozmiarów przewodów: Dokonuj właściwego wyboru przewodników, biorąc pod uwagę takie czynniki jak natężenie prądu, temperatura i pojemność toru kablowego.
- Centralna dystrybucja: Umieść główne podzespoły elektryczne centralnie, aby zminimalizować długość przewodów wewnątrz budynków.
- Zrównoważone obciążenia: W układach trójfazowych należy zadbać o równomierny rozkład obciążenia, aby zapobiec nierównomiernemu spadkowi napięcia.
Warto przeczytać: Co to jest napięcie znamionowe?
