در هر سیستم الکتریکی، انتقال انرژی از طریق سیم و کابل انجام میشود. بسیاری از افراد تصور میکنند ولتاژی که در ابتدای کابل وجود دارد، بدون هیچ تغییری به انتهای مسیر میرسد؛ اما در عمل بخشی از ولتاژ در طول مسیر انتقال از دست میرود. به این پدیده «افت ولتاژ» گفته میشود. افت ولتاژ در اثر مقاومت طبیعی سیم و کابل در برابر عبور جریان الکتریکی به وجود میآید. این پدیده باعث کاهش ولتاژ در طول مسیر انتقال شده و میتواند عملکرد تجهیزات الکتریکی را تحت تأثیر قرار داده و بازدهی سیستم را کاهش دهد.
قبل از آن که به افت ولتاژ اشاره کنیم باید بدانید که ولتاژ چیست؟ ولتاژ اختلاف پتانسیل الکتریکی بین دو نقطه است که باعث حرکت جریان الکتریکی در مدار میشود. به زبان سادهتر، ولتاژ نیرویی است که برق را در سیمها به حرکت درمیآورد. اگر ولتاژ وجود نداشته باشد، جریان برق هم حرکت نمیکند. برای درک بهتر، ولتاژ را مانند فشار آب داخل یک لوله در نظر بگیرید؛ هرچه فشار بیشتر باشد، آب با قدرت بیشتری جریان پیدا میکند. در مدارهای الکتریکی نیز هرچه ولتاژ بیشتر باشد، توانایی حرکت دادن جریان برق بیشتر خواهد بود.
افت ولتاژ (Voltage Drop) به اختلاف ولتاژ بین ابتدا و انتهای یک مسیر الکتریکی گفته میشود. هنگامی که جریان الکتریکی از یک کابل عبور میکند، مقاومت هادی باعث مصرف بخشی از انرژی الکتریکی شده و در نتیجه ولتاژ در انتهای مسیر کمتر از ولتاژ ابتدای مسیر خواهد بود. به زبان ساده، اگر در ابتدای کابل ولتاژ 220 ولت داشته باشیم و در انتهای کابل 210 ولت اندازهگیری شود، مقدار افت ولتاژ برابر است با: 220 – 210 = 10 ولت
اصلیترین دلیل افت ولتاژ، مقاومت الکتریکی کابل است. هیچ هادی الکتریکی مقاومت صفر ندارد و عبور جریان از آن همواره باعث اتلاف بخشی از انرژی میشود. عوامل مؤثر بر میزان افت ولتاژ عبارتاند از:
هرچه طول کابل بیشتر باشد، مقاومت مسیر افزایش مییابد و افت ولتاژ نیز بیشتر میشود. برای مثال یک کابل 100 متری افت ولتاژ بیشتری نسبت به یک کابل 20 متری خواهد داشت، حتی اگر سطح مقطع و جریان عبوری در هر دو یکسان باشد.
مقاومت الکتریکی فلزات مختلف با یکدیگر متفاوت است. کابلهای مسی به دلیل مقاومت کمتر، افت ولتاژ پایینتری نسبت به کابلهای آلومینیومی دارند.
اگر تمایل داشتید بیشتر در مورد انواع هادیهای موجود در سیم و کابل، اطلاعات کسب کنید پیشنهاد ما مقاله فلزات مورد استفاده در سیم و کابل برق خواهد بود.
افزایش جریان عبوری از کابل باعث افزایش افت ولتاژ میشود. به عنوان مثال، کابل تغذیه یک موتور 30 آمپری افت ولتاژ بیشتری نسبت به کابل تغذیه یک روشنایی 5 آمپری خواهد داشت.
سطح مقطع بیشتر به معنای مقاومت کمتر است. بنابراین کابلهای ضخیمتر افت ولتاژ کمتری نسبت به کابلهای نازک دارند.
با افزایش دما، مقاومت هادی افزایش پیدا میکند. در نتیجه افت ولتاژ نیز بیشتر خواهد شد. به همین دلیل کابلهایی که در محیطهای گرم نصب میشوند معمولاً افت ولتاژ بیشتری دارند.
افزایش دما در سیم و کابل علل مختلفی دارد که ما در مقاله علت داغ شدن سیم برق چیست؟ به علل آن پرداختهایم.
به طور کلی افت ولتاژ در کابلهای افشان و مفتول تفاوتی ندارند اما اگر در هنگام برش کابل افشان، تعدادی از تارهای هادی افشان اسیب ببیند مقاومت هادی کابل افشان افزایش میابد در نتیجه افت ولتاژ کابل نیز افزایش مییابد.
افت ولتاژ در تجهیزات گوناگون تاثیرات متفاوتی دارد:
مقدار مجاز افت ولتاژ در استانداردهای مختلف متفاوت است اما معمولاً موارد زیر توصیه میشود:
فرمول تقریبی برای سیستم تکفاز: ΔV = 2 × I × L × R که در آن:
فرض کنید طول کابل: 30 متر، جریان مصرفی: 20 آمپر و مقاومت کابل: 0.0046 اهم در متر است نحوه محاسبه افت ولتاژ در این مثال برابر است با: 2 × 20 × 30 × 0.0046 = 5.52 ولت
برای درک بهتر هم در ادامه یک جدول با مثالهای متنوعتر آوردهایم تا درک این فرمول راحتتر شود: (توجه داشته باشید که این مقادیر در جدول صرفا در شرایط ایدهآل درست هستند و عوامل مختلفی میتواند روی نتیجه محاسبه تاثیر بگذارد.)
| سطح مقطع کابل مسی | جریان (آمپر) | طول مسیر (متر) | افت ولتاژ تقریبی (ولت) |
|---|---|---|---|
| 1.5 میلیمتر مربع | 10 | 20 | 2.9 |
| 2.5 میلیمتر مربع | 16 | 50 | 6.7 |
| 4 میلیمتر مربع | 25 | 50 | 10.9 |
| 6 میلیمتر مربع | 32 | 50 | 9.9 |
| 10 میلیمتر مربع | 40 | 100 | 13.8 |
در این نوع شبکهها به دلیل نحوه توزیع جریان بین سه فاز، ضریب 3√ در فرمول وارد میشود: ΔV = √3 × I × L × R
که در آن:
فرض کنید جریان مصرفی 30 آمپر، طول کابل 50 متر و مقاومت هادی 0.0046 اهم بر متر باشد:
ولت 11.95= 1.732 × 30 × 50 × 0.0046 بنابراین افت ولتاژ در این مدار سهفاز حدود 12 ولت خواهد بود.
درصد افت ولتاژ از رابطه زیر به دست میآید:
درصد افت ولتاژ = (افت ولتاژ ÷ ولتاژ نامی) × 100
به عنوان مثال اگر افت ولتاژ 5.5 ولت در یک شبکه 220 ولتی باشد:
درصد افت ولتاژ = (5.5 ÷ 220) × 100 = 2.5٪
کابل مسی هدایت الکتریکی بالاتری دارد و مقاومت آن کمتر است. به همین دلیل در شرایط یکسان، افت ولتاژ در کابل مسی کمتر خواهد بود. در مقابل، کابل آلومینیومی سبکتر و ارزانتر است اما برای دستیابی به افت ولتاژ مشابه معمولاً باید سطح مقطع بزرگتری انتخاب شود.
تشخیص زودهنگام افت ولتاژ میتواند از بروز خسارتهای سنگین جلوگیری کند. برخی از نشانههای رایج عبارتاند از:
استانداردهای معتبر و دقیق که در بحث افت ولتاژ به آنها استناد میشود عبارتاند از:
برای کاهش افت ولتاژ در کابلها میتوان از چند روش ساده و کاربردی استفاده کرد:
برای جبران افت ولتاژ در سیستمهای برق، از چند نوع تجهیز مهم استفاده میشود که هرکدام نقش خاصی دارند و بسته به نوع شبکه (خانگی، صنعتی یا توزیع برق) انتخاب میشوند:
استابلایزر (تثبیتکننده ولتاژ) دستگاهی است که برای ثابت نگه داشتن ولتاژ برق در محدودهای مشخص استفاده میشود؛ به این صورت که اگر ولتاژ ورودی کم یا زیاد شود، آن را اصلاح کرده و یک خروجی پایدار (مثلاً 220 یا 380 ولت) به تجهیزات میدهد تا دستگاههای برقی مثل یخچال، کولر، موتور یا تجهیزات صنعتی در برابر نوسان و افت ولتاژ آسیب نبینند، بنابراین استابلایزر خودش افت ولتاژ را از بین نمیبرد بلکه آن را جبران کرده و باعث میشود مصرفکننده همیشه ولتاژ مناسب و ایمن دریافت کند.
افت ولتاژ یکی از پدیدههای طبیعی در سیستمهای الکتریکی است که بر اثر مقاومت کابلها به وجود میآید. اگر میزان افت ولتاژ بیش از حد مجاز باشد، میتواند باعث کاهش راندمان تجهیزات، افزایش مصرف انرژی و حتی آسیب دیدن دستگاهها شود. انتخاب صحیح سطح مقطع کابل، کوتاه نگه داشتن مسیر کابلکشی و استفاده از هادیهای باکیفیت از مهمترین راهکارهای کاهش افت ولتاژ هستند. به همین دلیل محاسبه افت ولتاژ در طراحی و اجرای تأسیسات برقی اهمیت بسیار زیادی دارد.
در زندگی روزمره از سیم برق استفادهی زیادی میشود، گاهی اوقات پیش میآید که بر…
در دنیای امروز هرجا که انرژی الکتریکی، انتقال داده، کنترل فرآیندها و ارتباطات مورد نیاز…
در دهههای اخیر، نگرانیهای جهانی درباره تغییرات اقلیمی، آلودگیهای پلاستیکی و آسیبهای ناشی از مواد…