blog, آموزشی و علمی

محاسبه افت ولتاژ به زبان ساده و مثال در برق تک‌فاز و سه‌فاز + محاسبه آنلاین

0
محاسبه افت ولتاژ

محاسبه افت ولتاژ در برق تک‌فاز، سه‌فاز، AC و DC

افت ولتاژ یکی از مهم‌ترین موارد در طراحی شبکه‌های الکتریکی است. این مسئله هم در برق جریان مستقیم (DC) و هم در جریان متناوب (AC) اتفاق می‌افتد. در این مقاله علاوه بر بررسی افت ولتاژ در سیستم‌های تک‌فاز و سه‌فاز AC، به محاسبه و تفاوت‌های آن در جریان DC نیز می‌پردازیم. در پایان هم ابزار آنلاینی برای محاسبه سریع قرار داده‌ایم.

ولتاژ یا اختلاف پتانسیل به زبان ساده + فرمول

افت ولتاژ چیست؟

افت ولتاژ به کاهش ولتاژ در طول مسیر سیم‌کشی از منبع تغذیه تا بار گفته می‌شود. این افت به علت مقاومت الکتریکی سیم رخ می‌دهد و مقدار آن وابسته به:

  • طول سیم،
  • سطح مقطع سیم (قطر سیم)،
  • جنس سیم (معمولاً مس یا آلومینیوم)،
  • مقدار جریان عبوری،
  • و نوع سیستم (تک‌فاز یا سه‌فاز) است.

محاسبه آنلاین سطح مقطع کابل و سیم

چرا افت ولتاژ مهم است؟

افت ولتاژ بیش از حد مجاز می‌تواند:

  • باعث کاهش عملکرد موتور و وسایل برقی شود،
  • افزایش گرما و در نتیجه آتش‌سوزی ایجاد کند،
  • کاهش بازده سیستم را به همراه داشته باشد.

طبق استانداردها، افت ولتاژ نباید از ۵٪ در طول مسیر سیم‌کشی فراتر رود (معمولاً ۳٪ تا ۵٪ مجاز است).

روش کاهش افت ولتاژ

برای کاهش افت ولتاژ، می‌توان:

  • از کابل با سطح مقطع بزرگ‌تر استفاده کرد،
  • طول مسیر را کاهش داد،
  • از سیم‌های مسی به جای آلومینیوم استفاده کرد،
  • تعداد کابل‌ها را موازی کرد.

افت ولتاژ در جریان مستقیم (DC)

در مدار DC، افت ولتاژ تنها به مقاومت اهمی سیم بستگی دارد، زیرا القا و خازن در DC اثر ندارند. فرمول آن ساده است:

ΔV = 2 × L × I × ρ / A

  • 2 به‌دلیل رفت و برگشت جریان در مسیر

  • L = طول کابل (متر)

  • I = جریان (آمپر)

  • ρ = مقاومت ویژه سیم (اهم*میلی‌متر²/متر)

  • A = سطح مقطع سیم (میلی‌متر مربع)

جدول مقاومت ویژه سیم‌ها

نوع سیم مقاومت ویژه (ρ) اهم×میلی‌متر²/متر
مس 0.0175
آلومینیوم 0.0282

افت ولتاژ در جریان متناوب (AC)

در برق AC به‌ویژه در فرکانس‌های بالا، علاوه بر مقاومت اهمی، راکتانس هم اثر دارد (به‌خصوص در سیم‌کشی طولانی یا کابل‌های ضخیم). اما برای اکثر محاسبات عمومی، به‌خصوص در فرکانس 50Hz، فقط مقاومت اهمی لحاظ می‌شود.

فرمول افت ولتاژ در AC تک‌فاز:

ΔV = (2 × L × I × ρ) / A

فرمول افت ولتاژ در AC سه‌فاز:

ΔV = (√3 × L × I × ρ) / A

تفاوت افت ولتاژ AC و DC

ویژگی‌ها DC AC تک‌فاز / سه‌فاز
پیچیدگی محاسبه ساده‌تر کمی پیچیده‌تر (√3 در سه‌فاز)
تأثیر راکتانس ندارد دارد (اما در محاسبات ساده حذف می‌شود)
برگشت جریان مستقیم از سیم برگشتی متناوب بین فازها
استفاده رایج سیستم‌های خورشیدی، الکترونیکی برق صنعتی و شهری

ابزار آنلاین محاسبه افت ولتاژ AC / DC

در ادامه ابزار تعاملی محاسبه افت ولتاژ برای جریان‌های DC، AC تک‌فاز و AC سه‌فاز ارائه شده:

🔌 محاسبه‌گر افت ولتاژ AC و DC

افت ولتاژ در هر دو نوع جریان AC و DC یک فاکتور حیاتی در ایمنی و عملکرد سیستم‌های برقی است. با محاسبه دقیق افت ولتاژ و انتخاب کابل مناسب، می‌توانید از خسارات جبران‌ناپذیر جلوگیری کرده و عمر سیستم خود را افزایش دهید. از ابزار بالا نیز برای محاسبه سریع و دقیق استفاده کنید.

محاسبه افت ولتاژ برای ایمنی و بهره‌وری سیستم‌های الکتریکی حیاتی است. اگر افت ولتاژ زیاد باشد، تجهیزات دچار مشکل شده یا حتی از کار می‌افتند. با استفاده از فرمول‌های ارائه‌شده یا ابزار آنلاین بالا، به‌راحتی می‌توانید برای هر سیستم برق تک‌فاز یا سه‌فاز، افت ولتاژ را بررسی و کنترل کنید.

در ادامه چند مثال واقعی و عددی از محاسبه افت ولتاژ در جریان مستقیم (DC)، جریان متناوب تک‌فاز و سه‌فاز (AC) آورده‌ام. این مثال‌ها کمک می‌کنند فرمول‌ها را بهتر درک کنید و تفاوت بین شرایط مختلف را ببینید.

✅ مثال ۱ – محاسبه افت ولتاژ در مدار DC

فرض کنید در یک سیستم خورشیدی، شما یک کابل مسی با مشخصات زیر دارید:

  • طول مسیر رفت‌وبرگشت: 30 متر (15 متر رفت + 15 متر برگشت)

  • جریان: 20 آمپر

  • سطح مقطع کابل: 4 میلی‌متر مربع

  • جنس کابل: مس (ρ = 0.0175)

  • ولتاژ نامی: 24 ولت DC

فرمول:

ΔV = (2 × L × I × ρ) / A

محاسبه:

ΔV = (2 × 15 × 20 × 0.0175) / 4
ΔV = (10.5) ولت

🔹 افت ولتاژ نهایی: 10.5 ولت

🔹 درصد افت ولتاژ: (10.5 / 24) × 100 ≈ 43.75٪

✅ نتیجه: بسیار زیاد است! باید کابل ضخیم‌تری انتخاب کنید.

✅ مثال ۲ – محاسبه افت ولتاژ در سیستم AC تک‌فاز

  • طول مسیر: 30 متر

  • جریان مصرفی: 25 آمپر

  • کابل مسی با سطح مقطع 6 میلی‌متر مربع

  • ولتاژ: 220 ولت AC

فرمول:

ΔV = (2 × L × I × ρ) / A

محاسبه:

ΔV = (2 × 30 × 25 × 0.0175) / 6
ΔV = (26.25) ولتدرصد افت: (26.25 / 220) × 100 ≈ 11.9٪

✅ نتیجه: این افت در مرز مجاز است. بهتر است از کابل 10 میلی‌متر استفاده شود.

✅ مثال ۳ – محاسبه افت ولتاژ در برق سه‌فاز صنعتی

  • طول مسیر: 100 متر

  • جریان بار: 50 آمپر

  • سطح مقطع کابل: 16 میلی‌متر مربع

  • کابل آلومینیومی (ρ = 0.0282)

  • ولتاژ سه‌فاز: 400 ولت

فرمول سه‌فاز:

ΔV = (√3 × L × I × ρ) / A

محاسبه:

ΔV = (1.732 × 100 × 50 × 0.0282) / 16
ΔV ≈ 15.27 ولتدرصد افت: (15.27 / 400) × 100 ≈ 3.8٪

✅ نتیجه: قابل قبول در صنعت. در سیستم سه‌فاز معمولاً تا 5٪ مجاز است.

💡 جدول راهنمای سریع انتخاب کابل بر اساس طول و جریان (تقریبی برای مس)

جریان (A) طول مسیر تا 10 متر طول مسیر تا 30 متر طول مسیر تا 50 متر
10A 1.5 mm² 2.5 mm² 4 mm²
20A 2.5 mm² 4 mm² 6 mm²
32A 4 mm² 6 mm² 10 mm²
50A 6 mm² 10 mm² 16 mm²

نکته: در مسیرهای طولانی یا سیستم‌های DC، همیشه سطح مقطع بزرگ‌تر را در نظر بگیرید.

❓ افت ولتاژ چیست؟

افت ولتاژ به کاهش ولتاژ در طول مسیر انتقال جریان الکتریکی گفته می‌شود. این پدیده به دلیل مقاومت موجود در کابل‌ها و تجهیزات رخ می‌دهد و باعث کاهش توان نهایی در بار مصرفی می‌شود.

❓ چرا افت ولتاژ اتفاق می‌افتد؟

افت ولتاژ به دلیل مقاومت داخلی سیم‌ها، طول کابل، سطح مقطع ناکافی، شدت جریان بالا و گاهی جنس کابل رخ می‌دهد. هرچه کابل بلندتر یا بار سنگین‌تر باشد، افت ولتاژ بیشتر خواهد بود.

❓ افت ولتاژ در سیستم‌های AC و DC چه تفاوتی دارد؟

  • در DC، مسیر رفت و برگشت در محاسبه لحاظ می‌شود و افت ولتاژ معمولاً بیشتر است.
  • در AC، بسته به اینکه مدار تک‌فاز یا سه‌فاز باشد، فرمول متفاوت است و تأثیر فازها و ضریب توان نیز دخیل است.

❓ حداکثر افت ولتاژ مجاز چقدر است؟

  • در برق تک‌فاز مسکونی: معمولاً حداکثر 5٪
  • در صنعت و تأسیسات حساس: حداکثر 3٪ توصیه می‌شود
  • در مدارهای DC: تا 2٪ پیشنهاد می‌شود (به‌ویژه در سیستم‌های خورشیدی)

❓ چطور می‌توان افت ولتاژ را کاهش داد؟

  • افزایش سطح مقطع کابل
  • استفاده از کابل مسی به‌جای آلومینیومی
  • کوتاه‌تر کردن مسیر سیم‌کشی
  • کاهش جریان با بهینه‌سازی مصرف
  • استفاده از ولتاژ بالاتر در انتقال

❓ آیا افت ولتاژ خطرناک است؟

بله. افت بیش از حد ولتاژ می‌تواند منجر به:

  • عملکرد نادرست یا کندی تجهیزات
  • افزایش حرارت در کابل
  • کاهش عمر تجهیزات برقی
  • اتلاف انرژی و هزینه بیشتر

❓ چگونه افت ولتاژ را محاسبه کنیم؟

با استفاده از فرمول‌های فیزیکی:

برای DC و تک‌فاز: ΔV = (2 × L × I × ρ) / A  
برای سه‌فاز: ΔV = (√3 × L × I × ρ) / A

همچنین می‌توانید از ابزار محاسبه‌گر آنلاین افت ولتاژ استفاده کنید.

❓ آیا افت ولتاژ فقط در کابل‌ها اتفاق می‌افتد؟

خیر. افت ولتاژ ممکن است در هر جزئی از مدار شامل سیم‌کشی داخلی، ترمینال‌ها، فیوزها و اتصالات ضعیف رخ دهد.

❓ آیا می‌توان افت ولتاژ را صفر کرد؟

خیر، به‌صورت کامل نمی‌توان. اما با طراحی درست و انتخاب کابل مناسب، می‌توان آن را به حداقل رساند.

❓ آیا وصله زدن کابل باعث افت ولتاژ می شود ؟

وصله زدن کابل اگر به‌صورت اصولی و استاندارد انجام شود، افت ولتاژ را به‌طور محسوس افزایش نمی‌دهد. اما اگر اتصال ضعیف یا غیراستاندارد باشد، ممکن است افت ولتاژ به‌حدی برسد که باعث داغ شدن کابل، عملکرد نادرست تجهیزات یا حتی خطر آتش‌سوزی شود.

درباره این مورد به صورت خاص مطالعه کنید :

تأثیر وصله زدن کابل و سیم بر افت ولتاژ | نکات مهم درباره خرید تکه کابل

دیدگاهتان را بنویسید