طول بیشتر یا امپدانس بالاتر مسیر، برای جریان یکسان افت بیشتری ایجاد می‌کند. کنترل افت ولتاژ باید همراه ظرفیت جریان و حفاظت انجام شود؛ قبول شدن یکی، دیگری را تأیید نمی‌کند.
افت ولتاژ را کجا اندازه می‌گیریم؟
ولتاژ سر مصرف‌کننده می‌تواند از ولتاژ ابتدای مدار کمتر باشد، چون هادی‌ها و اتصال‌ها امپدانس دارند. این اختلاف، افت ولتاژ مسیر است. پایین بودن ولتاژ ورودی ساختمان مسئله دیگری است؛ برای تشخیص، وضعیت ابتدا و انتهای مسیر باید در شرایط بار قابل مقایسه ثبت شود.
اندازه‌گیری روی مدار زنده باید به فرد آموزش‌دیده و تجهیزات مناسب سپرده شود. علامت‌هایی مثل کم‌شدن نور یا دشواری راه‌اندازی موتور، علت را قطعی نمی‌کنند؛ خرابی خود دستگاه یا تغذیه نیز ممکن است نشانه مشابه ایجاد کند.
فرمول تک‌فاز و سه‌فاز با واحدهای روشن
برای بار متعادل و شرایط پایدار، با R و X بر حسب اهم بر کیلومتر، جریان I بر حسب آمپر و طول یک‌طرفه مسیر L بر حسب کیلومتر می‌توان از رابطه‌های زیر استفاده کرد:
Balanced ۳-phase: ΔU = √۳ × I × L × (R cosφ + X sinφ)
Voltage drop (%) = ۱۰۰ × ΔU / U
در رابطه درصدی، U برای مدار تک‌فازِ فاز و نول، ولتاژ فاز به نول و برای مدار سه‌فاز متعادل، ولتاژ خط به خط است. R باید با دمای کار و نوع هادی سازگار باشد. برای بار مقاومتی ساده، ضریب توان یک و سهم راکتانس در این رابطه صفر می‌شود.
در فرمول تک‌فاز، ضریب ۲ مسیر رفت‌وبرگشت را در نظر می‌گیرد؛ طول را دوباره دو برابر نکنید. همچنین متر را با کیلومتر مخلوط نکنید. برای شبکه نامتعادل، هارمونیک‌ها یا پیکربندی خاص باید روش محاسبه متناسب به کار رود.
مرجع این بخش: Schneider Electric؛ محاسبه افت ولتاژ در بار پایدار
یک مثال آموزشی؛ اثر طول مسیر
یک مدار تک‌فاز با ولتاژ ۲۳۰ ولت، بار مقاومتی و جریان ثابت ۱۶ آمپر فرض می‌کنیم. مقاومت هر هادی در شرایط این مثال، فرضاً ۸ اهم بر کیلومتر است. این عدد به محصول یا سطح مقطع مشخصی نسبت داده نشده و نمونه انتخاب کابل نیست.
| طول یک‌طرفه | افت محاسبه‌شده | درصد افت نسبت به ۲۳۰ ولت |
|---|---|---|
| ۱۵ متر | ۳٫۸۴ ولت | حدود ۱٫۶۷ درصد |
| ۳۰ متر | ۷٫۶۸ ولت | حدود ۳٫۳۴ درصد |
| ۶۰ متر | ۱۵٫۳۶ ولت | حدود ۶٫۶۸ درصد |
برای ردیف ۳۰ متر داریم: دو ضربدر ۱۶ ضربدر ۰٫۰۳ ضربدر ۸، برابر ۷٫۶۸ ولت. جریان و مقاومت را ثابت نگه داشته‌ایم تا فقط اثر طول دیده شود؛ در یک مصرف‌کننده واقعی ممکن است رفتار بار با تغییر ولتاژ عوض شود.
آیا حد مجاز همیشه سه یا پنج درصد است؟
خیر. حدود مجاز به مقررات محل، نوع تغذیه، کاربری و مدار بستگی دارند. راهنمای Schneider برای بعضی تأسیسات با تغذیه مستقیم از شبکه فشار ضعیف عمومی، مقادیر نمونه ۳ درصد برای روشنایی و ۵ درصد برای سایر مصرف‌ها را نشان می‌دهد؛ همان صفحه برای نوع دیگری از تغذیه، مقادیر دیگری دارد.
این اعداد را قانون قطعی همه پروژه‌های ایران یا مجوز انتخاب کابل تلقی نکنید. حد طرح و ضوابط جاری پروژه باید مشخص شود. افت در راه‌اندازی موتور نیز با کنترل افت در کار پایدار یکسان نیست و افت بالادست باید در ارزیابی کل مسیر منظور شود.
مرجع این بخش: Schneider Electric؛ حدود افت ولتاژ و شرایط کاربرد آن‌ها
چه چیزهایی به کاهش افت کمک می‌کنند؟
- کاهش طول غیرضروری و حذف اتصال معیوب پس از بررسی فنی.
- انتخاب سطح مقطع و جنس هادی با امپدانس مناسب برای مسیر.
- بازبینی مسیر تغذیه و توزیع بار در طرح.
- کنترل ولتاژ ابتدا و انتهای مدار، هم در کار عادی و هم در حالت‌های حساس.
افزایش سطح مقطع، همه علت‌های کمبود ولتاژ را حل نمی‌کند. برای پمپ یا کولر، مدارک همان دستگاه و شیوه راه‌اندازی هم باید بررسی شوند. نمونه این تفاوت را توضیح می‌دهد.
مثال دوم؛ مدار سه‌فاز
مدار سه‌فاز ۳۸۰ ولت، بار مقاومتی، جریان ۲۰ آمپر، طول یک‌طرفه ۵۰ متر و هادی مسی ۶ میلی‌مترمربع را در نظر بگیرید. برای این مثال، مقاومت ویژه مس را حدود ۰٫۰۱۷۵ اهم‌میلی‌مترمربع بر متر و اثر راکتانس را ناچیز می‌گیریم.
مقاومت هر متر: ۰٫۰۱۷۵ ÷ ۶ ≈ ۰٫۰۰۲۹۲ اهم.
افت ولتاژ: ۱٫۷۳۲ × ۲۰ × ۵۰ × ۰٫۰۰۲۹۲ ≈ ۵٫۰۵ ولت.
درصد افت: ۵٫۰۵ ÷ ۳۸۰ ≈ ۱٫۳۳ درصد.
مقاومت هادی در دمای کار بالاتر از مقدار ۲۰ درجه است؛ پس در محاسبه واقعی عدد مقاومت همان مدل و دمای کار را از برگه فنی بخوانید.
مثال سوم؛ مصرف‌کننده ۲۴ ولت مانند دوربین
بار ۲ آمپر با تغذیه ۲۴ ولت مستقیم، طول یک‌طرفه ۴۰ متر و هادی مسی ۱ میلی‌مترمربع. در مدار تک‌مسیره، مسیر رفت‌وبرگشت ۸۰ متر است.
مقاومت مسیر: ۰٫۰۱۷۵ × ۸۰ ÷ ۱ = ۱٫۴ اهم.
افت ولتاژ: ۱٫۴ × ۲ = ۲٫۸ ولت؛ یعنی حدود ۱۱٫۷ درصد از ۲۴ ولت.
با ۲٫۵ میلی‌مترمربع: ۰٫۵۶ اهم، افت ۱٫۱۲ ولت و حدود ۴٫۷ درصد.
یک ولت افت در مدار ۲۳۰ ولت کوچک است، اما در مدار ۲۴ ولت درصد بزرگی می‌شود. برای دوربین، چراغ LED و تجهیزات کم‌ولتاژ، افت مسیر را حتماً حساب کنید و به توصیه سازنده دستگاه برای حداقل ولتاژ ورودی نگاه کنید.
پرسش‌های متداول
آیا افت ولتاژ فقط به طول بستگی دارد؟
خیر؛ جریان، امپدانس هادی، دما، ضریب توان و اتصال‌های مسیر هم اثر دارند.
می‌توان برای همه کابل‌ها یک ضریب ثابت به کار برد؟
ضریب باید با ساختار، دما و شرایط مدار سازگار باشد. از ضریب مدل دیگر بدون تطبیق استفاده نکنید.
کابل از نظر جریان مناسب است؛ افت ولتاژ هم قبول است؟
این دو کنترل جدا هستند. مسیر طولانی ممکن است از نظر حرارتی مناسب و از نظر افت نامناسب باشد.
محصولات مرتبط با این موضوع
این کالاها برای مطالعه ساختار و مشخصات معرفی شدهاند؛ انتخاب سایز یا تأیید کاربرد در یک مدار مشخص نیستند.
کابل زمینی ۴x۶ افشارنژاد خراسان
سطح مقطع ۶ میلی‌مترمربع؛ برای مثالهای سه‌فاز این نوشته مفید است.
۱,۳۵۵,۰۰۰ تومان
کابل زمینی ۴x۱۶ افشارنژاد خراسان
سطح مقطع بزرگتر برای مقایسه اثر سطح مقطع بر افت مسیر.
۳,۴۳۰,۰۰۰ تومان
کابل افشان ۳x۴ افشارنژاد خراسان
نمونهای از همین حوزه برای مقایسه ساختار، سایز و مشخصات.
۶۶۰,۰۰۰ تومان
کابل زمینی ۳x۲.۵ افشارنژاد خراسان
نمونهای از همین حوزه برای مقایسه ساختار، سایز و مشخصات.
۴۹۰,۰۰۰ تومان