اگر لامپ‌های انتهای حیاط کم‌نور است، موتور پمپ چاه با سختی راه می‌افتد یا کولر گازی در ساعات اوج خطای ولتاژ می‌دهد، یکی از علت‌های محتمل افت ولتاژ در کابل است. محاسبه افت ولتاژ در کنار جریان مجاز، دومین شرط انتخاب سطح مقطع کابل است؛ به‌ویژه در مسیرهای طولانی. در این مطلب فرمول، جدول و مثال‌های کاربردی را می‌بینید.
افت ولتاژ چیست؟
هر هادی مقاومت الکتریکی دارد. وقتی جریان از کابل عبور می‌کند، بخشی از ولتاژ روی همین مقاومت مصرف می‌شود و ولتاژی که به انتهای خط می‌رسد کمتر از ولتاژ ابتدای خط است. این اختلاف افت ولتاژ نام دارد. افت ولتاژ با طول کابل و جریان رابطه مستقیم و با سطح مقطع رابطه معکوس دارد: کابل دو برابر طولانی‌تر، دو برابر افت دارد.
حد مجاز افت ولتاژ
پیوست G استاندارد IEC 60364-5-52 برای تأسیساتی که از شبکه عمومی فشار ضعیف تغذیه می‌شوند، حداکثر افت ولتاژ از مبدأ تأسیسات (کنتور) تا مصرف‌کننده را این‌طور پیشنهاد می‌کند:
| نوع تغذیه | روشنایی | سایر مصارف |
|---|---|---|
| مستقیم از شبکه عمومی فشار ضعیف | ۳ درصد | ۵ درصد |
| از پست اختصاصی (ترانسفورماتور خصوصی) | ۶ درصد | ۸ درصد |
این درصد مجموع افت ولتاژ همه بخش‌های مسیر است: کابل کنتور تا تابلو اصلی، تابلو اصلی تا تابلو واحد و مدار نهایی. در زمان راه‌اندازی موتورها افت بیشتری قابل قبول است. مقادیر الزامی هر پروژه را از مبحث ۱۳ مقررات ملی ساختمان و مشخصات طراح کنترل کنید. ۳ درصد از ۲۳۰ ولت حدود ۶.۹ ولت و ۵ درصد حدود ۱۱.۵ ولت است؛ در سه‌فاز ۴۰۰ ولت، ۵ درصد برابر ۲۰ ولت است.
فرمول محاسبه افت ولتاژ
روش اول: فرمول مقاومت
- تک‌فاز: ΔU = ۲ × L × I × ρ ÷ S
- سه‌فاز: ΔU = √۳ × L × I × ρ × cosφ ÷ S
L طول یک‌طرفه کابل (متر)، I جریان (آمپر)، S سطح مقطع (میلی‌متر مربع) و ρ مقاومت ویژه مس در دمای کار، حدود ۰.۰۲۲۵ اهم میلی‌متر مربع بر متر است. عدد ۲ در فرمول تک‌فاز به این دلیل است که جریان از سیم فاز می‌رود و از نول برمی‌گردد. این فرمول راکتانس کابل را نادیده می‌گیرد که برای سطح مقطع‌های تا حدود ۲۵ میلی‌متر مربع قابل قبول است. برای درصد: ΔU٪ = ΔU ÷ U × ۱۰۰.
روش دوم: جدول میلی‌ولت بر آمپر بر متر
روش ساده‌تر استفاده از ضریب افت ولتاژ هر سایز است: ΔU (ولت) = mV/A/m × I × L ÷ ۱۰۰۰. جدول زیر مقادیر تقریبی را برای کابل مسی با عایق PVC در دمای کار ۷۰ درجه نشان می‌دهد.
| سطح مقطع (mm²) | تک‌فاز (mV/A/m) | سه‌فاز (mV/A/m) |
|---|---|---|
| 1.5 | 29 | 25 |
| 2.5 | 18 | 15 |
| 4 | 11 | 9.5 |
| 6 | 7.3 | 6.4 |
| 10 | 4.4 | 3.8 |
| 16 | 2.8 | 2.4 |
| 25 | 1.75 | 1.5 |
این ضرایب بار با ضریب توان نزدیک ۱ را فرض می‌کنند و برای محاسبه سریع و محافظه‌کارانه مناسب‌اند. برای محاسبه کامل‌تر با روش نصب و جریان مجاز، از ماشین‌حساب سایز کابل استفاده کنید.
مثال‌های کاربردی
مثال ۱: کابل کنتور تک‌فاز ۲۵ آمپر با طول ۴۰ متر
با کابل ۳×۶: ΔU = ۷.۳ × ۲۵ × ۴۰ ÷ ۱۰۰۰ ≈ ۷.۳ ولت، یعنی حدود ۳.۲ درصد. این مقدار به‌تنهایی بیشتر سهم مجاز را مصرف می‌کند و برای مدارهای بعدی جای کمی می‌گذارد. با کابل ۳×۱۰: حدود ۴.۴ ولت یا ۱.۹ درصد، که انتخاب بهتری است. راهنمای کامل این مسیر را در کابل کنتور تا تابلو ببینید.
مثال ۲: موتور سه‌فاز ۷.۵ کیلووات با کابل ۸۰ متری
جریان موتور حدود ۱۵.۵ آمپر است. با کابل ۴×۲.۵: ΔU = ۱۵ × ۱۵.۵ × ۸۰ ÷ ۱۰۰۰ ≈ ۱۸.۶ ولت، یعنی ۴.۷ درصد از ۴۰۰ ولت؛ در لحظه راه‌اندازی که جریان چند برابر می‌شود، افت به‌مراتب بیشتر است. با کابل ۴×۴: حدود ۱۱.۸ ولت یا ۲.۹ درصد. انتخاب کابل پمپ را در کابل پمپ آب بخوانید.
مثال ۳: روشنایی محوطه ۶ آمپر با طول ۶۰ متر
با سیم ۱.۵: ΔU = ۲۹ × ۶ × ۶۰ ÷ ۱۰۰۰ ≈ ۱۰.۴ ولت، یعنی ۴.۵ درصد که برای روشنایی از حد ۳ درصد بیشتر است. با سیم ۲.۵: حدود ۶.۵ ولت یا ۲.۸ درصد.
حداکثر طول کابل تک‌فاز بر اساس افت ولتاژ
با بازنویسی فرمول، حداکثر طول برابر است با: L = ΔU مجاز × ۱۰۰۰ ÷ (mV/A/m × I). جدول زیر حداکثر طول یک‌طرفه را برای بار برابر جریان کلید در ۲۳۰ ولت نشان می‌دهد. اگر جریان واقعی بار کمتر است، طول مجاز به همان نسبت بیشتر می‌شود.
| سیم و کلید | حداکثر طول برای ۳ درصد | حداکثر طول برای ۵ درصد |
|---|---|---|
| ۱.۵ با کلید ۱۰ آمپر | حدود ۲۴ متر | حدود ۴۰ متر |
| ۲.۵ با کلید ۱۶ آمپر | حدود ۲۴ متر | حدود ۴۰ متر |
| ۴ با کلید ۲۰ آمپر | حدود ۳۱ متر | حدود ۵۲ متر |
| ۶ با کلید ۳۲ آمپر | حدود ۳۰ متر | حدود ۴۹ متر |
| ۱۰ با کلید ۴۰ آمپر | حدود ۳۹ متر | حدود ۶۵ متر |
این طول‌ها کل سهم افت مجاز را به یک مدار می‌دهند. در عمل باید افت مسیرهای قبلی (کنتور تا تابلو) را هم کم کنید.
نشانه‌ها و راه‌حل‌های افت ولتاژ
- نشانه‌ها: کم‌نور شدن لامپ هنگام روشن شدن موتور یا کولر، داغ شدن موتور، خطای ولتاژ کولر گازی و یخچال، قطع کنتاکتور در لحظه راه‌اندازی.
- افزایش سطح مقطع: مؤثرترین راه؛ هر سایز بزرگ‌تر افت را حدود ۳۵ تا ۴۰ درصد کم می‌کند.
- کاهش طول یا جابه‌جایی تابلو: نصب تابلو فرعی نزدیک بارهای بزرگ.
- سه‌فاز کردن بار: برای بارهای بزرگ، تغذیه سه‌فاز جریان هر هادی را کم می‌کند.
- اصلاح اتصالات: ترمینال شل هم افت ولتاژ موضعی و گرما ایجاد می‌کند.
اگر ولتاژ در خود کنتور پایین است، مشکل از شبکه توزیع است و با کابل حل نمی‌شود؛ در این حالت گزارش به شرکت توزیع و نصب محافظ ولتاژ برای وسایل حساس توصیه می‌شود.
نکته ایمنی: اندازه‌گیری ولتاژ زیر بار در تابلو و تعویض کابل کار برقکار ذی‌صلاح است. محاسبه افت ولتاژ جایگزین کنترل جریان مجاز و حفاظت کابل نیست؛ هر سه شرط را در راهنمای انتخاب سطح مقطع کابل ببینید.
قیمت روز کابل‌های مسی هر برند در لیست قیمت کابل درج شده است.
سؤالات متداول
افت ولتاژ مجاز چند درصد است؟
طبق پیوست G استاندارد IEC 60364-5-52 برای تغذیه از شبکه عمومی، حداکثر ۳ درصد برای روشنایی و ۵ درصد برای سایر مصارف از کنتور تا مصرف‌کننده. مقادیر الزامی پروژه را با مبحث ۱۳ و طراح کنترل کنید.
فرمول افت ولتاژ تک‌فاز چیست؟
ΔU = ۲ × L × I × ρ ÷ S که L طول یک‌طرفه کابل، I جریان، S سطح مقطع و ρ مقاومت ویژه مس در دمای کار (حدود ۰.۰۲۲۵) است. روش ساده‌تر: ضریب mV/A/m × جریان × طول ÷ ۱۰۰۰.
فرمول افت ولتاژ سه‌فاز چیست؟
ΔU = √۳ × L × I × ρ × cosφ ÷ S. افت به‌دست‌آمده ولتاژ فاز به فاز است و درصد آن نسبت به ۴۰۰ ولت حساب می‌شود.
سیم ۲.۵ تا چند متر افت ولتاژ مجاز دارد؟
با بار ۱۶ آمپر در ۲۳۰ ولت، حدود ۲۴ متر برای افت ۳ درصد و حدود ۴۰ متر برای ۵ درصد. با بار کمتر، طول مجاز بیشتر است.
چطور افت ولتاژ را کم کنیم؟
سطح مقطع کابل را بزرگ‌تر کنید، طول مسیر را کوتاه کنید یا تابلو فرعی نزدیک بار بگذارید، بارهای بزرگ را سه‌فاز تغذیه کنید و اتصالات شل را اصلاح کنید.
