כיצד לחשב את מפל המתח של כבל הולכת חשמל?

ניתן לחשב במדויק את מפל המתח של כבל הולכת חשמל באמצעות נוסחה שלב-אחר-שלב, שהליבת שלה היא ΔU=I × R. יש לשלוט על מפל המתח בטווח של 5% ממתח המערכת (למשל, לא יותר מ-19V עבור מערכת 380V).

הסיבות העיקריות לנפילת מתח כבלי מטבעם הם בעלי התנגדות ותגובתיות. כאשר זרם זורם דרכם, מתרחש אובדן אנרגיה, המתבטא בירידה במתח. גורמים משפיעים כוללים:

חומר כבל: התנגדות כבל נחושת (0.0174 Ω·mm²/m) נמוכה מכבל אלומיניום (0.0283 Ω·mm²/m), וכתוצאה מכך נפילת מתח קטנה יותר;

אורך הכבל: ככל שהכבל ארוך יותר, כך נפילת המתח גדולה יותר;

שטח חתך-: ככל שהחתך- קטן יותר, כך ההתנגדות גדולה יותר וירידה במתח משמעותית יותר;

זרם עומס: ככל שההספק גבוה יותר, כך הזרם גבוה יותר, וירידה במתח משמעותית יותר;

מקדם הספק: לעומסים אינדוקטיביים (כגון מנועים) יש מקדם הספק נמוך, אשר מחמיר את ירידת המתח.

שיטת שני- או שלושה-שלבים לחישוב נפילת מתח בכבלים

שלב 1: חשב זרם קו

I
I ישים למערכות AC תלת-פאזיות:

I
=
P
3
×
U
×
חַסַת עָלִים
⁡
θ
I=
3
​
×U×cosθ
P
​
P
P: הספק עומס (kW)

U
U: מתח קו (kV), בדרך כלל 380V, כלומר, 0.38kV

חַסַת עָלִים
⁡
θ
cosθ: גורם כוח, בדרך כלל נחשב 0.8-0.85

דוגמה: מנוע 55kW,

I
=
55
/
(
1.732
×
0.38
×
0.8
)
≈
104.5
A I=55/(1.732×0.38×0.8)≈104.5A

שלב 2: חשב את התנגדות הכבלים

R
R
=
ρ
×
L
S
R=ρ× S L

ρ
ρ: התנגדות מוליכים (0.0174 עבור נחושת, 0.0283 עבור אלומיניום)

L
L: אורך כבל (מטרים)

S
S: שטח חתך-מוליך (mm²)

דוגמה: כבל נחושת באורך 100 מטר, 16 מ"מ,

R
=
0.0174

×
100

/
16

≈
0.109

Ω R=0.0174×100/16≈0.109Ω

שלב 3: חשב מפל מתח

Δ
U
ΔU הנוסחה המעשית הפשוטה ביותר (התעלמות מהתגובה):

Δ
U
=
I
×
R
×
K
ΔU=I×R×K

K
ק: עבור מערכות תלת-פאזיות, קח

3

≈ 1.732

3
​≈1.732, חד-פאזי הוא 1 או 2 (מספר מעגלים)

בהמשך מהדוגמה הקודמת:

Δ
U
=
104.5

×
0.109

×
1.732

≈
19.7
V
ΔU=104.5×0.109×1.732≈19.7V, המהווה 5.2% מ-380V, חורג מעט מהטווח המותר, יש להגדיל את החתך-.