Mengapa jatuh tegangan, bukan hanya KHA, menentukan ukuran penghantar
Setiap penghantar memiliki resistans, sehingga sebagian tegangan sumber terpakai untuk mendorong arus sepanjang kabel dan tidak pernah mencapai beban. Pada sirkit cabang pendek, kehilangan ini sangat kecil; pada feeder panjang, beban berat, atau jalur DC tegangan rendah, nilainya dapat cukup besar untuk menimbulkan masalah. Kemampuan hantar arus (KHA) — arus yang dapat dialirkan penghantar tanpa terlalu panas — adalah batas pertama dan wajib: KHA menentukan ukuran minimum yang diizinkan ketentuan. Namun, KHA tidak memberi tahu berapa banyak tegangan yang tiba di ujung jauh. Penghantar tembaga 12 AWG mungkin dapat mengalirkan 20 A dengan aman, tetapi mengalami jatuh tegangan lebih dari 6% pada jalur 30 m, dan lampu atau motor di ujung tersebut akan merasakannya. Inilah sebabnya jalur panjang begitu sering ditentukan oleh jatuh tegangan, bukan oleh KHA: setelah jarak tertentu, Anda harus menaikkan ukuran penghantar, bukan karena penghantar akan terlalu panas, tetapi karena tegangan yang mencapai beban terlalu rendah. Perencanaan yang benar memeriksa kedua batas dan memilih penghantar lebih besar yang dituntut oleh keduanya.
Rumus jatuh tegangan dan angka yang memengaruhinya
Jatuh tegangan adalah hukum Ohm yang diterapkan pada seluruh lintasan arus. Kalikan arus beban dengan resistans penghantar untuk lintasan pergi-pulang dan Anda mendapatkan volt yang hilang; bagi dengan tegangan sumber untuk mendapatkan persentase jatuh tegangan. Empat hal mengubah angka tersebut: arus (beban dua kali lipat menghasilkan jatuh tegangan dua kali lipat), resistans per satuan panjang (penghantar yang lebih tipis memiliki resistans lebih tinggi dan jatuh tegangan lebih besar), panjang jalur (jatuh tegangan sebanding dengan jarak), dan faktor fase yang memperhitungkan jumlah penghantar pada lintasan pergi-pulang — 2 untuk fase tunggal dan DC, serta √3 (sekitar 1,732) untuk tiga fase antarfase. Karena arus mengalir menuju beban dan kembali, perhitungan selalu memakai lintasan pergi-pulang meskipun Anda memasukkan panjang satu arah. Resistans sendiri berasal dari tabel yang diterbitkan: penghantar AWG dalam ohm per 1.000 ft (NEC Bab 9, Tabel 8, pada 75 °C) dan penghantar metrik dalam ohm per kilometer (IEC 60228, pada 20 °C). Aluminium memiliki resistans lebih tinggi daripada tembaga pada setiap ukuran, sehingga penghantar aluminium biasanya harus satu atau dua ukuran lebih besar daripada tembaga untuk jalur dan jatuh tegangan yang sama.
Berapa jatuh tegangan yang dapat diterima, dan siapa yang menetapkannya
Batas untuk pemeriksaan jatuh tegangan pada dasarnya merupakan rekomendasi dan hanya menjadi aturan yang dapat diberlakukan jika diadopsi oleh wilayah setempat. Target paling umum adalah 3% pada sirkit cabang atau penerangan dan 5% untuk feeder atau total gabungan feeder dan cabang. Di Amerika Utara, angka ini berasal dari catatan informasi NEC 210.19 dan 215.2 — bersifat informatif, bukan wajib, kecuali otoritas yang berwenang di wilayah Anda menetapkannya sebagai ketentuan. Dalam praktik IEC/BS 7671, angka 3% untuk penerangan dan 5% untuk penggunaan lain yang sama tercantum dalam lampiran informatif IEC 60364-5-52 dan BS 7671, dengan batas lebih longgar 6%/8% untuk instalasi yang dipasok transformator atau generator sendiri, bukan jaringan umum. Intinya, angka tersebut adalah target rekayasa untuk perencanaan, bukan izin untuk mengabaikan ketentuan setempat: jaga sirkit cabang di bawah 3% dan seluruh jalur di bawah 5% agar memenuhi sebagian besar instalasi, tetapi selalu pastikan angka yang benar-benar diberlakukan di wilayah Anda sebelum menyelesaikan perencanaan.
Tembaga atau aluminium, AWG atau mm², dan titik temu kedua standar
Penentuan ukuran penghantar berada dalam dua sistem paralel yang tidak dapat dikonversi secara tepat satu sama lain. Praktik Amerika Utara memakai AWG (American Wire Gauge) untuk penghantar yang lebih kecil dan kcmil di atas 4/0, dengan angka gauge yang lebih kecil berarti penghantar yang lebih besar; wilayah lain memakai luas penampang dalam milimeter persegi, dengan angka lebih besar berarti penghantar lebih besar. Tidak ada pemetaan satu-ke-satu yang tepat — 12 AWG mendekati 4 mm², 10 AWG mendekati 6 mm² — jadi mengganti kalkulator antara imperial dan metrik tidak mengonversi suatu nilai, tetapi menukar seluruh katalog ukuran. Material adalah faktor besar lainnya. Aluminium lebih ringan dan lebih murah per ampere daripada tembaga, sehingga dominan untuk feeder besar dan sambungan masuk layanan, tetapi resistivitasnya yang lebih tinggi membuat jatuh tegangannya lebih besar dan umumnya perlu dinaikkan ukurannya dibandingkan tembaga; aluminium juga memiliki persyaratan terminasi dan sambungan yang tidak dimiliki tembaga. Sistem dan material apa pun yang Anda gunakan, ingat bahwa kalkulator hanya menjawab bagian jatuh tegangan — kalkulator tidak memeriksa KHA, proteksi arus lebih, koreksi akibat suhu atau pengisian konduit, maupun persyaratan lain dalam ketentuan Anda. Perlakukan hasilnya sebagai angka perencanaan yang harus dipastikan oleh teknisi listrik berkualifikasi berdasarkan ketentuan yang mengatur instalasi Anda.
