เครื่องคำนวณแรงดันตก
// คำนวณแรงดันตกและเลือกขนาดสายไฟที่เหมาะสม //
พิจารณาใช้ขนาดสายไฟที่ใหญ่ขึ้นหรือลดระยะทางเพื่อลดแรงดันตกให้ต่ำกว่า 3%
ตารางอ้างอิงความต้านทานสายไฟ (NEC บทที่ 9 ตารางที่ 8)
ค่าความต้านทานในหน่วยโอห์มต่อ 1,000 ฟุต ที่อุณหภูมิการทำงาน 75°C ค่าเหล่านี้มีความสำคัญสำหรับการคำนวณแรงดันตกที่แม่นยำในการออกแบบวงจรไฟฟ้า
| ขนาด AWG | ทองแดง (Ω/1000ft) | อลูมิเนียม (Ω/1000ft) | การใช้งานทั่วไป |
|---|---|---|---|
| 14 AWG | 3.07 | 5.06 | วงจรไฟแสงสว่าง (15A) |
| 12 AWG | 1.93 | 3.18 | เต้ารับทั่วไป (20A) |
| 10 AWG | 1.21 | 1.99 | เครื่องอุ่นน้ำ, เครื่องอบผ้า (30A) |
| 8 AWG | 0.764 | 1.26 | เตา, เครื่องชาร์จ EV (40-50A) |
| 6 AWG | 0.491 | 0.808 | แผงไฟย่อย, HVAC (55-65A) |
| 4 AWG | 0.308 | 0.508 | เครื่องใช้ไฟฟ้าขนาดใหญ่ (70-85A) |
| 2 AWG | 0.194 | 0.319 | สายเข้าบ้าน (95-115A) |
| 1/0 AWG | 0.122 | 0.201 | สายบริการหลัก (125-150A) |
| 4/0 AWG | 0.0608 | 0.100 | สายบริการขนาดใหญ่ (180-230A) |
ทำความเข้าใจแรงดันตกในวงจรไฟฟ้า
แรงดันตกเป็นหนึ่งในปัจจัยสำคัญที่สุดในการออกแบบวงจรไฟฟ้า และเป็นความรู้ที่จำเป็นสำหรับช่างไฟฟ้า วิศวกร และผู้ที่ทำงานเกี่ยวกับการติดตั้งระบบไฟฟ้า เมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่านตัวนำ พลังงานไฟฟ้าบางส่วนจะถูกแปลงเป็นความร้อนเนื่องจากความต้านทานของตัวนำ การสูญเสียพลังงานนี้จะปรากฏเป็นการลดลงของแรงดันระหว่างแหล่งจ่ายและโหลด
มอเตอร์เสียหาย
ร้อนเกินไปและหยุดทำงาน
แสงสว่างสลัว
กระพริบและแสงลดลง
สิ้นเปลืองพลังงาน
สูญเสียความร้อนในสาย
ฝ่าฝืนมาตรฐาน
ตรวจสอบไม่ผ่าน
ข้อกำหนดตามมาตรฐาน National Electrical Code (NEC)
NFPA 70 National Electrical Code ให้คำแนะนำระดับแรงดันตกที่ยอมรับได้ตาม NEC 210.19(A) และ 215.2(A) NFPA 70 National Electrical Code:
3%
วงจรแยก
จากแผงไฟถึงเต้ารับ ไฟ และเครื่องใช้ไฟฟ้า
3%
วงจรจ่ายไฟ
จากสายเข้าบ้านถึงแผงไฟ
5%
รวมทั้งหมด
วงจรจ่ายไฟ + วงจรแยกจากแหล่งจ่ายถึงโหลด
หมายเหตุ: แม้ว่าสิ่งเหล่านี้จะเป็นคำแนะนำมากกว่าข้อกำหนดบังคับ แต่ก็แสดงถึงแนวปฏิบัติที่ดีที่สุดในอุตสาหกรรม หลายท้องถิ่นบังคับใช้ข้อจำกัดเหล่านี้ และผู้ตรวจสอบมักจะตั้งข้อสังเกตการติดตั้งที่เกินข้อจำกัด
สูตรการคำนวณแรงดันตก
วงจรเฟสเดียว
VD = 2 × I × R × L ÷ 1000
• ตัวคูณ 2 = ระยะทางไปกลับ
• ใช้สำหรับ 120V และ 240V เฟสเดียว
วงจรสามเฟส
VD = √3 × I × R × L ÷ 1000
• √3 ≈ 1.732 ตัวคูณเฟส
• ใช้สำหรับ 208V, 480V สามเฟส
| ตัวแปร | คำอธิบาย | หน่วย |
|---|---|---|
| VD | แรงดันตก | โวลต์ (V) |
| I | กระแสไฟฟ้า (แอมแปร์ของโหลด) | แอมแปร์ (A) |
| R | ความต้านทานสายไฟ (จาก NEC ตารางที่ 8) | Ω ต่อ 1000 ft |
| L | ความยาวสายไฟทางเดียว | ฟุต (ft) |
ปัจจัยสำคัญที่ส่งผลต่อแรงดันตก
ขนาดสายไฟ (AWG)
สายไฟที่ใหญ่กว่า (หมายเลข AWG ต่ำกว่า) มีความต้านทานต่ำกว่า 10 AWG มีความต้านทานต่ำกว่า 12 AWG ประมาณ 40% การเพิ่มขนาดสายไฟเป็นวิธีแก้ไขที่พบบ่อยที่สุดสำหรับแรงดันตกที่มากเกินไป
ความยาวสายไฟ
แรงดันตกเพิ่มขึ้นตามสัดส่วนกับความยาว ระยะทาง 100 ฟุตมีแรงดันตกสองเท่าของระยะทาง 50 ฟุต การเดินสายระยะไกลไปยังอาคารต้องคำนวณอย่างละเอียด
กระแสโหลด
กระแสสูง = แรงดันตกมากขึ้น การใช้งานกระแสสูงเช่นเครื่องชาร์จ EV และเครื่องเชื่อมมีความอ่อนไหวต่อปัญหาแรงดันตกโดยเฉพาะ
วัสดุตัวนำ
ทองแดงมีความต้านทานประมาณ 61% ของอลูมิเนียม อลูมิเนียมต้องใช้ขนาดใหญ่กว่า 2 AWG เพื่อประสิทธิภาพเทียบเท่า แต่มีราคาถูกกว่าสำหรับสายจ่ายขนาดใหญ่
กลยุทธ์ปฏิบัติเพื่อลดแรงดันตก
| กลยุทธ์ | ผลลัพธ์ | เหมาะสำหรับ |
|---|---|---|
| เพิ่มขนาดสายไฟ | ลดลงประมาณ 26% ต่อการเพิ่มขนาด | ระยะทางไกล, โหลดกระแสสูง |
| ลดระยะทางสายไฟ | ลดลงตามสัดส่วน | อาคารใหม่, การวางผังแปลน |
| ใช้แรงดันสูงขึ้น | 240V = ครึ่งหนึ่งของ % ตกของ 120V | อุปกรณ์กำลังสูง |
| เพิ่มแผงไฟย่อย | ลดความยาววงจรแยก | โรงรถ, ห้องทำงาน, อาคารต่างหาก |
| ใช้ทองแดง (เทียบกับอลูมิเนียม) | ความต้านทานต่ำกว่าประมาณ 39% | ปรับปรุง, พื้นที่ท่อจำกัด |
| ตัวนำขนาน | ลดความต้านทานครึ่งหนึ่ง (2 ตัวนำ) | สายเข้าบ้านขนาดใหญ่ |
สถานการณ์แรงดันตกทั่วไป
โรงรถแยกเป็นห้องทำงาน
100 ft
ระยะทาง
50A
แผงไฟย่อย
240V
แรงดัน
4 AWG
แนะนำ
6 AWG ให้แรงดันตก 3.4% (ไม่ผ่าน) 4 AWG ลดเหลือ 2.1% (ผ่าน) เหมาะสำหรับเครื่องมือช่างและการเชื่อม
เครื่องชาร์จ EV ระดับ 2
80 ft
ระยะทาง
40A
โหลด
240V
แรงดัน
8 AWG
ขั้นต่ำ
8 AWG ที่ 80 ft = 2.9% (ยอมรับได้) ที่ 120 ft ต้องอัพเกรดเป็น 6 AWG ดูที่ คู่มือการต่อสายเครื่องชาร์จ EV.
ปั๊มน้ำชลประทานในฟาร์ม
500 ft
ระยะทาง
20A
โหลด
240V
แรงดัน
4 AWG
ขั้นต่ำ
การเดินสายระยะไกลในการเกษตรต้องการขนาดสายไฟที่ใหญ่มาก 4 AWG ทำให้แรงดันตกต่ำกว่า 5% พิจารณาความต้องการระบบโซลาร์เซลล์ด้วย
ทำไมการคำนวณแรงดันตกที่แม่นยำจึงสำคัญ
ประสิทธิภาพอุปกรณ์
มอเตอร์และอุปกรณ์ทำงานภายในช่วงแรงดันที่กำหนด แรงดันต่ำทำให้ไม่มีประสิทธิภาพ ร้อนเกินไป และเสียหายก่อนกำหนด
ประสิทธิภาพพลังงาน
แรงดันตก = พลังงานสูญเสียเป็นความร้อน แรงดันตกสูงหมายถึงค่าไฟฟ้าสูงขึ้นและการปล่อยคาร์บอนเพิ่มขึ้น
การปฏิบัติตามมาตรฐาน
หลายท้องถิ่นบังคับใช้คำแนะนำของ NEC การตรวจสอบไม่ผ่านทำให้โครงการล่าช้าและต้องแก้ไขอย่างมีค่าใช้จ่าย
เปอร์เซ็นต์แรงดันตกที่ยอมรับได้คือเท่าไร?
NEC แนะนำให้แรงดันตกสูงสุด 3% สำหรับวงจรแยก และ 5% รวมสำหรับวงจรจ่ายไฟและวงจรแยกรวมกัน อย่างไรก็ตาม สำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ละเอียดอ่อน แรงดันตก 2% หรือต่ำกว่าอาจเป็นที่ต้องการ
แรงดันตกส่งผลต่อไฟ LED อย่างไร?
ไฟ LED โดยทั่วไปทนต่อการเปลี่ยนแปลงแรงดันได้ดีกว่าหลอดไส้ อย่างไรก็ตาม แรงดันตกที่มากยังคงสามารถทำให้แสงสลัว อุณหภูมิสีเปลี่ยนแปลง และอายุการใช้งานลดลง รักษาแรงดันตกต่ำกว่า 3% สำหรับวงจรแสงสว่าง
ควรใช้สายทองแดงหรืออลูมิเนียม?
ทองแดงมีความต้านทานต่ำกว่าและเป็นที่นิยมสำหรับการใช้งานส่วนใหญ่ อลูมิเนียมคุ้มค่าสำหรับสายจ่ายขนาดใหญ่และสายเข้าบ้าน แต่ต้องใช้ขนาดสายใหญ่กว่า (โดยทั่วไปใหญ่กว่า 2 หมายเลข AWG เมื่อเทียบกับทองแดงสำหรับกำลังไฟฟ้าเดียวกัน)
คำนวณแรงดันตกสำหรับวงจรมอเตอร์อย่างไร?
สำหรับวงจรมอเตอร์ ใช้กระแสโหลดเต็มจากแผ่นป้ายมอเตอร์ สำหรับการสตาร์ทมอเตอร์ แรงดันตกอาจสูงขึ้นชั่วคราว แต่แรงดันขณะทำงานควรอยู่ภายใน 3% ของแรงดันที่กำหนด
ประเภทท่อส่งผลต่อแรงดันตกหรือไม่?
ประเภทท่อ (EMT, PVC, rigid) ไม่ส่งผลต่อแรงดันตกโดยตรง อย่างไรก็ตาม อาจส่งผลต่อการระบายความร้อน ซึ่งส่งผลทางอ้อมต่อความต้านทานตัวนำ ท่อเหล็กอาจเพิ่มอิมพีแดนซ์เพิ่มเติมในวงจร AC เนื่องจากผลกระทบทางแม่เหล็ก
สำหรับมาตรฐานอย่างเป็นทางการและข้อมูลทางเทคนิคเพิ่มเติม ให้ปรึกษาแหล่งข้อมูลที่เชื่อถือได้เหล่านี้: