جدول افت ولتاژ کابل مسی و آلومینیومی؛ انتخاب کابل مناسب فقط به جریان مصرفی تجهیزات وابسته نیست. گاهی کابل از نظر تحمل جریان قابل‌قبول است، اما به‌دلیل طول زیاد مسیر، ولتاژ کافی به مصرف‌کننده نمی‌رسد. این وضعیت می‌تواند عملکرد موتور، روشنایی یا تجهیزات الکترونیکی را تحت‌تأثیر قرار دهد. جدول افت ولتاژ کابل قدرت کمک میکند پیش از خرید و اجرای کابل‌کشی، تأثیر جنس هادی، سطح مقطع و طول مسیر را بررسی کنید.
برای استفاده صحیح از جدول، باید شرایط محاسبه مشخص باشد. یک کابل با سطح مقطع ثابت در جریان‌ها و طول‌های مختلف، افت ولتاژ متفاوتی دارد. در این مطلب روش خواندن جدول، فرمول افت ولتاژ و تفاوت محاسبات کابل قدرت مسی و آلومینیومی را همراه با مثال‌های کاربردی بررسی می‌کنیم.
افت ولتاژ کابل چیست؟
افت ولتاژ، اختلاف ولتاژ میان ابتدا و انتهای مسیر تغذیه است. هادی کابل مقاومت الکتریکی دارد؛ بنابراین هنگام عبور جریان، بخشی از ولتاژ در طول مسیر افت میکند. در مدارهای جریان متناوب، راکتانس کابل نیز می‌تواند در مقدار این افت مؤثر باشد.
برای مثال، اگر ولتاژ ابتدای یک مدار تکفاز ۲۳۰ ولت و ولتاژ پایانه مصرف‌کننده هنگام کار ۲۲۳ ولت باشد، اختلاف اندازه‌گیری‌شده ۷ ولت است. البته برای نسبت‌دادن این اختلاف به کابل، اندازه‌گیری دو نقطه باید در شرایط بار یکسان انجام شود.
افت ولتاژ را معمولاً به دو شکل بیان می‌کنند: مقدار افت برحسب ولت و درصد افت نسبت به ولتاژ نامی مدار. درصد افت، مقایسه مدارهای دارای ولتاژ متفاوت را آسان‌تر میکند.
چه عواملی بر افت ولتاژ تأثیر دارند؟
پیش از مراجعه به جدول افت ولتاژ کابل، این عوامل را مشخص کنید.
- طول مسیر: هرچه فاصله منبع تا مصرف‌کننده بیشتر باشد، افت افزایش می‌یابد.
- جریان بار: عبور جریان بیشتر از همان کابل، افت بیشتری ایجاد میکند.
- سطح مقطع هادی: افزایش سطح مقطع، مقاومت و بخش مقاومتی افت را کاهش میدهد.
- جنس هادی: مس و آلومینیوم در سطح مقطع یکسان، مقاومت متفاوتی دارند.
- دمای کار: گرم‌شدن هادی باعث افزایش مقاومت آن میشود.
- ضریب توان و آرایش کابل: در مدارهای متناوب، این عوامل بر نتیجه محاسبه اثر می‌گذارند.
مقاومت اتصالات نیز اهمیت دارد. اتصال نامناسب می‌تواند حتی در مسیری با کابل مناسب، افت اضافی و گرمایش موضعی ایجاد کند.
فرمول افت ولتاژ کابل تکفاز و سهفاز
برای برآورد ساده در بار مقاومتی با ضریب توان یک، می‌توان از روابط زیر استفاده کرد.
مدار تکفاز با هادی رفت و برگشت یکسان:
- ΔU = 2 × ρ × L × I ÷ S
مدار سهفاز متعادل:
- ΔU = √3 × ρ × L × I ÷ S
در این روابط، ΔU افت ولتاژ برحسب ولت، ρ مقاومت ویژه هادی برحسب اهم‌میلی‌مترمربع بر متر، L طول یکطرفه مسیر برحسب متر، I جریان برحسب آمپر و S سطح مقطع هر هادی برحسب میلی‌مترمربع است.
در فرمول تکفاز، ضریب ۲ اثر مسیر رفت و برگشت را لحاظ میکند؛ بنابراین طول مسیر را دوباره دو برابر نکنید. در فرمول سهفاز نیز جریان مورد استفاده، جریان خط است.
برای بارهای متناوب با ضریب توان متفاوت، روابط تقریبی کامل‌تر عبارت‌اند از:
- تکفاز: ΔU ≈ ۲ × I × L × (R cosφ + X sinφ)
- سهفاز متعادل: ΔU ≈ √۳ × I × L × (R cosφ + X sinφ)
در این دو رابطه، اگر R و X برحسب اهم بر کیلومتر باشند، L باید برحسب کیلومتر وارد شود. این ساختار محاسباتی در راهنمای فنی اشنایدر الکتریک نیز آمده است.
جدول افت ولتاژ کابل مسی و آلومینیومی
جدول زیر محاسباتی و تقریبی است و برای مقایسه اولیه تهیه شده است. فرض‌ها شامل مسیر یکطرفه ۱۰۰ متر، جریان ۱۰ آمپر، ضریب توان یک و مقاومت ویژه فرضی ۰٫۰۲۳۷ برای مس و ۰٫۰۳۷۶ برای آلومینیوم است. ضرایب مقاومت از مقادیر محاسباتی راهنمای اشنایدر برای کابل‌های XLPE گرفته شده‌اند؛ مشخصات واقعی سازنده برای طراحی نهایی اولویت دارد
تمام مقادیر افت در جدول برحسب ولت هستند.
|
سطح مقطع هادی، میلی‌مترمربع |
مسی تکفاز |
آلومینیومی تکفاز |
مسی سهفاز |
آلومینیومی سهفاز |
|
۱۰ |
۴٫۷۴ |
۷٫۵۲ |
۴٫۱۱ |
۶٫۵۱ |
|
۱۶ |
۲٫۹۶ |
۴٫۷۰ |
۲٫۵۷ |
۴٫۰۷ |
|
۲۵ |
۱٫۹۰ |
۳٫۰۱ |
۱٫۶۴ |
۲٫۶۱ |
|
۳۵ |
۱٫۳۵ |
۲٫۱۵ |
۱٫۱۷ |
۱٫۸۶ |
|
۵۰ |
۰٫۹۵ |
۱٫۵۰ |
۰٫۸۲ |
۱٫۳۰ |
|
۷۰ |
۰٫۶۸ |
۱٫۰۷ |
۰٫۵۹ |
۰٫۹۳ |
|
۹۵ |
۰٫۵۰ |
۰٫۷۹ |
۰٫۴۳ |
۰٫۶۹ |
|
۱۲۰ |
۰٫۴۰ |
۰٫۶۳ |
۰٫۳۴ |
۰٫۵۴ |
این جدول ظرفیت مجاز جریان کابل را نشان نمی‌دهد. همچنین مقادیر آن برای بار موتوری با ضریب توان متفاوت، بدون محاسبه مجدد قابل استفاده نیستند.
چگونه جدول افت ولتاژ کابل را بخوانیم؟
ابتدا جنس هادی، سطح مقطع و نوع مدار را انتخاب کنید. سپس مقدار جدول را متناسب با طول و جریان واقعی تغییر دهید.
- افت واقعی تقریبی = افت جدول × (طول واقعی ÷ ۱۰۰) × (جریان واقعی ÷ ۱۰)
فرض کنید کابل مسی ۱۶ میلی‌مترمربع، یک بار تکفاز مقاومتی با جریان ۲۰ آمپر را در فاصله ۵۰ متر تغذیه میکند. مقدار مرجع جدول ۲٫۹۶ ولت است.
- ΔU ≈ 2.96 × 0.5 × 2 = 2.96 V
نصف‌شدن طول و دو برابرشدن جریان، اثر یکدیگر را در این مثال خنثی کرده‌اند. اگر مسیر به ۱۰۰ متر افزایش یابد، افت تقریباً دو برابر میشود.
برای محاسبه دقیق‌تر، از مقدار گردنشده فرمول استفاده کنید. رابطه تبدیل جدول نیز تنها زمانی معتبر است که فرض‌های مربوط به دما، ضریب توان و مشخصات کابل ثابت بمانند.
محاسبه درصد افت ولتاژ
پس از تعیین افت برحسب ولت، درصد آن از رابطه زیر به دست میآید.
- درصد افت ولتاژ = (ΔU ÷ ولتاژ نامی مدار) × ۱۰۰
در مثال قبلی، برای مدار ۲۳۰ ولتی:
- درصد افت ≈ (۲.۹۶ ÷ ۲۳۰) × ۱۰۰ = ۱.۲۹%
در مدار سهفاز، اگر افت محاسبه‌شده مربوط به ولتاژ خط باشد، باید آن را بر ولتاژ خط، مثلاً ۴۰۰ ولت، تقسیم کنید.
استفاده از ۲۳۰ ولت در مخرج محاسبه افت خط‌به‌خط سهفاز، نتیجه اشتباه ایجاد میکند. همچنین برای مصرف‌کننده تک‌فازی که از شبکه سهفاز تغذیه میشود، افت مسیر بالادست و شاخه نهایی باید با مبنای ولتاژی سازگار بررسی شوند.
مثال افت ولتاژ کابل سه فاز
فرض کنید یک بار سهفاز متعادل با ضریب توان یک، جریان ۴۰ آمپر دارد و از طریق کابل مسی ۲۵ میلی‌مترمربع در فاصله ۱۰۰ متر تغذیه میشود.
- ΔU ≈ 1.732 × 0.0237 × 100 × 40 ÷ 25 = 6.57 V
در شبکه ۴۰۰ ولتی، درصد افت تقریباً ۱٫۶۴ درصد خواهد بود.
اگر در همان شرایط از هادی آلومینیومی ۲۵ میلی‌مترمربع استفاده شود.
- ΔU ≈ 1.732 × 0.0376 × 100 × 40 ÷ 25 = 10.42 V
درصد افت به حدود ۲٫۶۱ درصد می‌رسد. این مقایسه فقط اثر جنس هادی را در فرض‌های یکسان نشان میدهد و به‌تنهایی تأییدکننده انتخاب کابل نیست.
برای موتور سهفاز، باید ضریب توان، راکتانس و وضعیت راه‌اندازی نیز وارد بررسی شوند؛ مثال بالا برای بار مقاومتی تنظیم شده است.
تفاوت کابل مسی و آلومینیومی در افت ولتاژ
در جدول محاسباتی این مطلب، کابل آلومینیومی با سطح مقطع یکسان، افت بیشتری دارد. نسبت ضرایب فرضی آلومینیوم به مس تقریباً ۱٫۵۹ است؛ بنابراین برای نزدیک‌شدن به افت مقاومتی یک کابل مسی، سطح مقطع آلومینیوم باید تقریباً به همین نسبت افزایش یابد.
برای نمونه، معادل محاسباتی هادی مسی ۲۵ میلی‌مترمربع، حدود ۴۰ میلی‌مترمربع آلومینیوم است. سپس باید سایز تجاری موجود بررسی شود.
بااین‌حال، این نسبت قانون جایگزینی کامل کابل نیست. ظرفیت جریان، ابعاد کابل، شرایط نصب، ترمینال و روش اتصال ممکن است انتخاب نهایی را تغییر دهند. مقایسه اقتصادی نیز باید هزینه کابل، اتصالات و اجرای مسیر را هم‌زمان در نظر بگیرد.
افت ولتاژ مجاز کابل چقدر است؟
حد مجاز به نوع مصرف، منبع تغذیه و الزامات پروژه بستگی دارد. راهنمای اشنایدر، با ارجاع به جدول مربوط در IEC ۶۰۳۶۴-۵-۵۲، برای تأسیسات متصل مستقیم به شبکه عمومی فشار ضعیف، مقادیر متداول زیر را بیان میکند. این حدود مربوط به شرایط کار عادی هستند.
|
نوع مصرف |
مقدار مرجع متداول |
|
مدار روشنایی |
۳ درصد |
|
سایر مصارف قدرت و گرمایش |
۵ درصد |
این درصدها به افت کل از مبدأ تأسیسات تا مصرف‌کننده مربوط‌اند. بنابراین نباید تمام سهم مجاز را فقط به کابل شاخه نهایی اختصاص داد و افت کابل اصلی را نادیده گرفت.
برای پروژه اجرایی، ضوابط قابل‌اعمال و محدودیت ولتاژ تجهیزات را بررسی کنید. مقدار مناسب برای یک دستگاه حساس ممکن است کمتر از حد مرجع عمومی باشد.
انتخاب سطح مقطع با فرمول افت ولتاژ
اگر افت قابل‌اختصاص به یک مسیر مشخص باشد، می‌توان سطح مقطع اولیه را محاسبه کرد. برای مدار سهفاز متعادل با ضریب توان یک:
- S ≥ √۳ × ρ × L × I ÷ ΔU مجاز
برای همان بار ۴۰ آمپری در فاصله ۱۰۰ متر، اگر سهم مجاز کابل ۸ ولت باشد، سطح مقطع محاسباتی مس حدود ۲۰٫۵ میلی‌مترمربع میشود. در نتیجه، سایز ۲۵ میلی‌مترمربع نامزد بررسی است. این نتیجه مرحله اولیه انتخاب محسوب میشود. پس از آن باید ظرفیت جریان، ضرایب کاهش ظرفیت ناشی از دما و تجمع کابل‌ها، حفاظت مدار و تحمل اتصال کوتاه کنترل شوند.
چگونه افت ولتاژ کابل را کاهش دهیم؟
افزایش سطح مقطع، کوتاه‌کردن مسیر و اصلاح اتصالات از راه‌های عملی کاهش افت هستند. بهتر است پیش از خرید کابل، مسیر اجرا و محل تابلو بررسی شود؛ جابه‌جایی منطقی تابلو گاهی طول کابل‌کشی را کاهش میدهد. در شبکه سهفاز، توزیع مناسب بارهای تکفاز نیز اهمیت دارد. برای بارهای موتوری، بررسی جریان راه‌اندازی و انتخاب روش راه‌اندازی متناسب با تجهیز، به کنترل افت لحظه‌ای کمک میکند.
اگر مشکل پس از اجرا مشاهده شده است، ابتدا ولتاژ ابتدا و انتهای مسیر را زیر بار اندازه‌گیری کنید. این بررسی کمک میکند افت کابل از ضعف منبع تغذیه یا مشکل اتصالات تفکیک شود.
سوالات متداول
1جدول افت ولتاژ کابل چه اطلاعاتی ارائه میدهد؟
جدول افت ولتاژ کابل به بررسی کاهش ولتاژ در طول مسیر کمک میکند. بسته به نوع جدول، مقدار افت ولتاژ یا ضریب محاسبه آن برای سطح مقطعهای مختلف درج میشود. برای استفاده صحیح، باید جنس هادی، جریان مصرفی، طول مسیر و تکفاز یا سهفاز بودن مدار با شرایط جدول مطابقت داشته باشد.
2افت ولتاژ کابل مسی و آلومینیومی چه تفاوتی دارد؟
در شرایط یکسان و با سطح مقطع برابر، کابل مسی مقاومت کمتری دارد و معمولاً افت ولتاژ آن کمتر از کابل آلومینیومی است. بنابراین، برای رسیدن به افت ولتاژ مشابه، معمولاً باید کابل آلومینیومی با سطح مقطع بزرگ‌تری انتخاب شود.
3فرمول افت ولتاژ کابل چیست؟
فرمول تقریبی افت ولتاژ در مدار تکفاز برابر است با ΔV = ۲ × I × L × (R cosφ + X sinφ). در این رابطه، I جریان، L طول یکطرفه مسیر، R مقاومت و X راکتانس هادی در واحد طول و cosφ ضریب توان است. واحد طول مسیر باید با واحد طولِ مقاومت و راکتانس هماهنگ باشد.
4افت ولتاژ کابل سه فاز چگونه محاسبه میشود؟
برای مدار سهفاز متعادل، فرمول تقریبی ΔV = √۳ × I × L × (R cosφ + X sinφ) به کار میرود. درصد افت ولتاژ نیز از تقسیم مقدار افت ولتاژ بر ولتاژ نامی خط و ضرب آن در ۱۰۰ به دست میآید. افزایش طول مسیر یا جریان، افت ولتاژ را بیشتر میکند؛ افزایش سطح مقطع معمولاً آن را کاهش میدهد.
یک پاسخ
فیلتر براساس نوع شیلد هم برای این دسته‌بندی کاربردیه.