Почему падает напряжение
У каждого провода есть сопротивление, поэтому ток, текущий по нему, по пути теряет немного напряжения. На длинной линии или в тонком проводе оборудование на дальнем конце получает заметно меньше, чем даёт источник, а потерянная энергия нагревает кабель.
Формула
В цепях постоянного тока и однофазных ток идёт туда и обратно, поэтому длина считается дважды:
падение напряжения = 2 × длина × ток × удельное сопротивление ÷ сечение
Для трёхфазных цепей замените 2 на √3, около 1,732. Удельное сопротивление меди — около 0,0172 Ом·мм²/м, алюминия — около 0,0282.
Разобранный пример
Однофазная линия 25 м из меди 2,5 мм² с током 16 А: 2 × 25 × 16 × 0,0172 ÷ 2,5 = 5,5 В. При 230 В это 2,4%.
Сколько допустимо
Обычная цель — не больше 3% в групповой цепи и 5% всего от источника до нагрузки; так рекомендует информационная заметка Национального электротехнического кодекса США. Местные правила устройства электроустановок задают свои пределы. Если падение слишком большое, используйте более толстый провод или более короткую линию. Провод ещё и должен быть рассчитан на ток, а одно падение напряжения этого не проверяет.
Калькулятор и таблица
Калькулятор падения напряжения работает с AWG или мм², медью или алюминием. Таблица калибров проводов перечисляет каждый размер AWG с диаметром, сечением и сопротивлением.
Разобранный пример в AWG
Цепь 120 В идёт на 100 футов к нагрузке с током 15 А. У медного провода 12 AWG около 1,59 Ом на 1000 футов при 20 °C.
- 12 AWG: 2 × 100 × 15 × 1,59 ÷ 1000 = 4,8 В, то есть 4,0% от 120 В. Больше цели в 3%.
- 10 AWG, около 1,00 Ом на 1000 футов: 3,0 В, то есть 2,5%. В пределах цели.
Тёплые провода теряют больше
Сопротивление меди растёт примерно на 0,4% на каждый градус Цельсия. У провода при 75 °C сопротивление примерно на 22% больше, чем при 20 °C, а значит, и падение напряжения примерно на 22% больше. Поэтому таблицы для электропроводки зданий часто приводят значения при 75 °C.
Низковольтные цепи
Падение в 1 В — меньше 1% от 120 или 230 В, но больше 8% для светодиодной ленты на 12 В или автомобильного аксессуара. Низковольтным линиям нужен более толстый провод при той же длине. Длинные светодиодные ленты часто питают с обоих концов, чтобы дальний конец не тускнел.