แรงดันตกคืออะไร
ตัวนำทุกเส้นมีความต้านทาน เมื่อกระแสไหล แรงดันจ่ายบางส่วนถูกใช้ไปผลักกระแสผ่านสาย แรงดันที่โหลดจึงต่ำกว่าที่แหล่งจ่าย การสูญเสียแปรผันกับสามอย่าง: ความต้านทานตัวนำต่อกิโลเมตร ความยาวเส้นทาง และกระแส เส้นทางสองเท่า แรงดันตกสองเท่า ความต้านทานครึ่งหนึ่งด้วยตัวนำใหญ่ขึ้น แรงดันตกครึ่งหนึ่ง
แรงดันตกมากเกินสร้างปัญหาจริง มอเตอร์สตาร์ทช้าและร้อน ไฟส่องหรี่ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ตัดที่แรงดันต่ำ และในโรงไฟฟ้าโซลาร์ พลังงานหายไปเป็นความร้อนในสายเฉย ๆ กฎการเดินไฟฟ้าและสเปกโครงการจึงตั้งขีดสูงสุด มักเป็นร้อยละของแรงดันพื้น ต่อวงจรหรือต่อการติดตั้งทั้งหมดจากจุดต้นถึงโหลดไกลสุด ขีดที่ใช้มาจากกฎที่บังคับหรือวิศวกรโครงการ บทความนี้อธิบายวิธี ไม่ใช่ขีด
การคำนวณพื้นฐาน
วงจร DC หรือ AC เฟสเดียว กระแสไปบนตัวนำหนึ่งเส้นและกลับบนอีกเส้น ความยาวตัวนำจึงเป็นสองเท่าของเส้นทาง ประมาณการเชิงความต้านทานแบบง่ายคือ:
- DC หรือเฟสเดียว: แรงดันตก = 2 x ความยาวเส้นทาง (กม.) x ความต้านทาน (ohm/km) x กระแส
- สามเฟสสมดุล: แรงดันตกระหว่างสาย = 1.732 x ความยาวเส้นทาง (กม.) x ความต้านทาน (ohm/km) x กระแส
สูตรเหล่านี้ละทิ้งรีแอกแตนซ์และพาวเวอร์แฟกเตอร์ ซึ่งสำคัญกับสาย AC ขนาดใหญ่ และใช้ความต้านทานที่อุณหภูมิเดียว เพียงพอที่จะเห็นผลของขนาดและความยาว ซึ่งเป็นจุดมุ่งหมายของบทความนี้ การออกแบบจริงใช้ตาราง mV ต่อแอมแปร์ต่อเมตร หรือวิธีอิมพีแดนซ์เต็มในกฎการเดินไฟฟ้าที่บังคับ ที่อุณหภูมิทำงานของตัวนำ
ค่าความต้านทานมาจาก IEC 60228 หรือชีตข้อมูลสาย สำหรับทองแดงคลาส 2 คือ 7.41 ohm/km ที่ 2.5 mm2, 4.61 ที่ 4 mm2, 3.08 ที่ 6 mm2, 1.83 ที่ 10 mm2 และ 1.15 ที่ 16 mm2 ทั้งหมดที่ 20 องศาเซลเซียส ที่อุณหภูมิทำงานความต้านทานสูงกว่า: ตัวนำทองแดงที่รันใกล้ขีด 90 องศาเซลเซียสของ XLPE มีความต้านทานราวสูงขึ้นหนึ่งในสี่จากค่าที่ 20 องศาเซลเซียส การคำนวณออกแบบจึงใช้ค่าร้อน
การเทียบที่เดินได้จริงโดยไม่มีค่าพิกัดกระแส
เพื่อไม่ให้ค่าพิกัดกระแสเข้ามาเกี่ยวข้อง ตารางแสดงแรงดันตกต่อแอมแปร์ของกระแสโหลด คูณด้วยกระแสออกแบบของวงจรคุณเพื่อได้แรงดันตกเป็นโวลต์ แล้วหารด้วยแรงดันพื้นเพื่อได้ร้อยละ เส้นทาง 100 ม. เฟสเดียว ตัวนำ 200 ม. ใช้ค่าความต้านทานที่ 20 องศาเซลเซียส
| ขนาด | ความต้านทาน ohm/km | ความต้านทานวงรอบ ohm | โวลต์ที่สูญต่อแอมแปร์ |
|---|---|---|---|
| 2.5 mm2 | 7.41 | 1.482 | ราว 1.48 V |
| 4 mm2 | 4.61 | 0.922 | ราว 0.92 V |
| 6 mm2 | 3.08 | 0.616 | ราว 0.62 V |
| 10 mm2 | 1.83 | 0.366 | ราว 0.37 V |
| 16 mm2 | 1.15 | 0.230 | ราว 0.23 V |
แบบคือสิ่งที่สำคัญ: แต่ละขั้นขนาดตัดการสูญเสียราวหนึ่งในสามถึงสองในห้า บนเส้นทาง 100 ม. การขยับจาก 2.5 mm2 เป็น 6 mm2 ลดแรงดันตกเหลือน้อยกว่าครึ่ง บนเส้นทาง 20 ม. วงจรเดียวกันเสียแค่หนึ่งในห้า และขนาดเล็กอาจรับได้ เหตุผลที่สองวงจรโหลดเดียวกันจบด้วยสายต่างกันมาก
เลขชุดเดียวกันใช้กับสายป้อนสามเฟส เส้นทาง 200 ม. ในทองแดง 4x25 mm2 โครงสร้าง LV อ้างอิงที่ 0.727 ohm/km ให้ 1.732 x 0.2 x 0.727 หรือราว 0.25 V ระหว่างสายต่อแอมแปร์ของกระแสเฟสที่ 20 องศาเซลเซียส ก่อนใช้จริงให้เทียบกับความต้านทานร้อนและรีแอกแตนซ์จากชีตข้อมูล ซึ่งวิศวกรจะทำเป๊ะ ๆ ในดีไซน์สุดท้าย
ที่ที่แรงดันตกมักครอง
แรงดันตกมักกำหนดขนาดในสถานการณ์เวียนซ้ำเหล่านี้:
- สตริง DC และสายป้อนโซลาร์: กระแสปานกลางแต่เส้นทางข้ามไซต์ยาว ทุกโวลต์ที่หายคือพลังงานที่หาย สายอ้างอิง H1Z2Z2-K 1x4 mm2 ในหน้าสายโซลาร์ PVสูงสุด 5.09 ohm/km คลาส 5 ชุบดีบุก ส่วน 6 mm2 คือ 3.39 ohm/km บนเส้นทาง 50 ม. สาย 4 mm2 เสียราว 0.51 V ต่อแอมแปร์ที่ 20 องศาเซลเซียส ส่วน 6 mm2 ราว 0.34 V
- อาคารแยก ปั๊ม และไฟถนน: วงจรเดี่ยวยาวที่แรงดันต่ำ
- วงจรมอเตอร์: กระแสสตาร์ทหลายเท่าของกระแสรัน แรงดันตกตอนสตาร์ทอาจเป็นกรณีจำกัด
- ระบบ DC แรงดันต่ำ: ที่ 12, 24 หรือ 48 V แรงดันตกหนึ่งถึงสองโวลต์เป็นร้อยละใหญ่มาก
- สายป้อนอะลูมิเนียม: อะลูมิเนียม 95 mm2 คือ 0.320 ohm/km เทียบ 0.193 ของทองแดง 95 mm2 ดีไซน์อะลูมิเนียมจึงต้องขยายขนาด ดูบทความทองแดงเทียบอะลูมิเนียม
แรงดันตกกับการตัดสินซื้อ
แรงดันตกเป็นหนึ่งในการเช็กของวิธีการเลือกขนาดสาย เคียงความจุกระแสและการทนลัดวงจร ผลใหญ่สุดกำหนดขนาด สำหรับผู้ซื้อ สามประเด็นปฏิบัติตามมา
หนึ่ง ขนาดใหญ่ขึ้นที่เลือกเพื่อแรงดันตกไม่ใช่การขยายเกินจำเป็น แต่เป็นขนาดที่ถูกต้องสำหรับเส้นทางนั้น ผู้ขายที่ชวนลดขนาดเพื่อประหยัดทองแดงบนเส้นทางยาวควรถูกขอให้แสดงการคำนวณแรงดันตก สอง แรงดันตกขึ้นกับความต้านทานตัวนำจริง ตัวนำจึงต้องผ่านขีด IEC 60228 ตัวนำที่เล็กเกินพิกัดเพิ่มทั้งแรงดันตกและความร้อน เหตุผลอีกข้อที่การทดสอบความต้านทานสำคัญ สาม ต้นทุนเพิ่มของตัวนำใหญ่บนเส้นทางยาวมักพองามเทียบกับพลังงานที่หายไปหลายปี ซึ่งวิศวกรโครงการชั่งในดีไซน์
ทองแดงคิดเป็นส่วนใหญ่ของต้นทุนสายไฟฟ้ากำลัง และเมื่อทองแดง LME ส่งมอบ 3 เดือนราว USD 14,315 ต่อตันเมื่อ 21 ตุลาคม 2026 ผู้ซื้อมองหาที่ประหยัดก็เข้าใจได้ ที่ที่ถูกต้องคือข้อมูลป้อนดีไซน์ ไม่ใช่การตัดขนาดหลังการคำนวณ เมื่อขนาดตกสุดท้ายแล้ว แบบฟอร์มขอใบเสนอราคารับขนาดและความยาวต่อวงจร และคู่มือการเลือกขนาดสายอธิบายวิธีเต็ม