Чому саме падіння напруги, а не лише допустимий струм визначає переріз проводу
Кожен провідник має опір, тому частина напруги джерела витрачається на проштовхування струму кабелем і ніколи не доходить до навантаження. На короткому відгалужувальному колі ця втрата незначна; на довгій живильній лінії, за великого навантаження або на низьковольтній лінії постійного струму вона може бути суттєвою. Допустимий струм — струм, який провідник може нести без перегріву, — це перша межа, і вона обов'язкова: саме вона визначає мінімальний переріз, дозволений нормою. Але допустимий струм нічого не каже про те, скільки напруги дійде до дальнього кінця. Мідний провідник 12 AWG може спокійно нести 20 А, але дати падіння понад 6% на лінії 30 м, і лампа чи двигун на цьому кінці це відчують. Саме тому довгі лінії так часто визначаються саме падінням напруги, а не допустимим струмом: після певної відстані переріз проводу доводиться збільшувати не тому, що він перегріється, а тому, що до навантаження дійде замало напруги. Правильний проєкт перевіряє обидві межі й бере той більший переріз, якого вимагає будь-яка з них.
Формула падіння напруги й числа, що на неї впливають
Падіння напруги — це закон Ома, застосований до всього шляху, яким тече струм. Помножте струм навантаження на опір провідника для шляху в обидва боки — і отримаєте втрачені вольти; поділіть на напругу джерела — і отримаєте падіння у відсотках. На це число впливають чотири фактори: струм (подвоєне навантаження — подвоєне падіння), опір на одиницю довжини (тонший провід має вищий опір і більше падіння), довжина лінії (падіння пропорційне відстані) і коефіцієнт фази, що враховує, скільки провідників несуть шлях в обидва боки, — 2 для однофазного струму й постійного струму та √3 (близько 1,732) для трифазного лінійного струму. Оскільки струм тече до навантаження й назад, у розрахунку завжди використовують шлях в обидва боки, хоча ви вводите лише довжину в один бік. Сам опір беруть з опублікованих таблиць: провідники AWG в омах на 1000 футів (NEC Chapter 9, Table 8, за 75 °C) і метричні провідники в омах на кілометр (IEC 60228, за 20 °C). Алюміній має вищий опір за мідь за будь-якого перерізу, тому алюмінієвий провідник зазвичай доводиться брати на один-два розміри більшим за мідний для тієї самої лінії та того самого падіння.
Яке падіння є допустимим і хто це визначає
Межі, з якими звіряється перевірка падіння напруги, — це насамперед рекомендації, і вони стають обов'язковими правилами лише там, де їх приймає місцева юрисдикція. Найпоширеніші цілі — 3% на відгалужувальному чи освітлювальному колі та 5% для живильної лінії або сумарного значення живильної лінії й відгалуження. У Північній Америці вони походять з інформаційних приміток NEC 210.19 і 215.2 — інформативних, а не обов'язкових, якщо тільки орган, що має юрисдикцію, не зробив їх обов'язковими до виконання. У практиці IEC/BS 7671 ті самі показники 3% для освітлення та 5% для інших застосувань наводяться в інформативному додатку IEC 60364-5-52 і в BS 7671, із більш м'якими 6%/8% для установок, що живляться від власного трансформатора чи генератора, а не від загальної мережі. Практичний висновок такий: це інженерні цілі, під які варто проєктувати, а не дозвіл ігнорувати місцеву норму — тримайте відгалужувальне коло нижче 3%, а всю лінію нижче 5%, і ви задовольните переважну більшість установок, але завжди уточнюйте показник, який фактично застосовує ваша юрисдикція, перед завершенням проєкту.
Мідь чи алюміній, AWG чи мм², і де ці два стандарти сходяться
Підбір перерізу провідника існує у двох паралельних світах, які не конвертуються один в одного напряму. Північноамериканська практика використовує AWG (American Wire Gauge) для менших провідників і kcmil вище 4/0, де менший номер калібру означає більший провідник; решта світу використовує площу поперечного перерізу в квадратних міліметрах, де більше число просто означає товщий провід. Точної відповідності один до одного між ними немає — 12 AWG близько до 4 мм², 10 AWG — до 6 мм², — тож перемикання калькулятора між імперською та метричною системою не конвертує значення, а замінює весь каталог перерізів. Матеріал — другий великий важіль. Алюміній легший і дешевший за ампер, ніж мідь, тому домінує у великих живильних лініях і вводах, але його вищий питомий опір означає більше падіння напруги, і зазвичай його доводиться брати більшим за мідь; він також має власні вимоги до з'єднань і затискачів, яких немає в міді. Хоч би яку систему й матеріал ви використовували, пам'ятайте: калькулятор відповідає лише на частину питання щодо падіння напруги — він не перевіряє допустимий струм, захист від перевантаження, зниження номіналу за температурою чи заповненням кабельного каналу та будь-що інше, чого вимагає ваша норма, тож сприймайте його результат як планову величину, яку має підтвердити кваліфікований електрик відповідно до кодексу, що регулює ваш об'єкт.
