คำนวณแรงดันตก คืออะไร?
แรงดันตกคือการลดลงของศักย์ไฟฟ้าที่เกิดขึ้นทุกครั้งที่กระแสไฟไหลผ่านความต้านทานของสายไฟ เป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ — ตัวนำทุกชนิดไม่ว่าจะดีเพียงใดก็มีความต้านทานอยู่บ้าง — แต่จะกลายเป็นปัญหาจริงเมื่อเส้นทางสายไฟยาว ตัวนำมีขนาดเล็กเกินไป หรือกระแสโหลดสูง หากปล่อยไว้โดยไม่ควบคุม แรงดันตกที่มากเกินไปจะทำให้มอเตอร์ร้อนและสูญเสียแรงบิด ไฟหรี่ลงหรือกะพริบ และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทำงานผิดปกติหรือเสียหายก่อนเวลาอันควร
เครื่องคำนวณนี้ใช้สูตรแรงดันตกมาตรฐานที่ช่างไฟฟ้าใช้กัน โดยอิงจากค่าความต้านทานจำเพาะของตัวนำ ความยาวสายไฟ พื้นที่หน้าตัด และกระแสโหลด รองรับทั้งระบบไฟเฟสเดียว (ไปและกลับ) และสามเฟส (√3) รวมถึงตัวนำทองแดงและอะลูมิเนียม จึงเหมาะสำหรับการเดินสายไฟในบ้าน สายป้อนในโรงงานอุตสาหกรรม ระบบพลังงานแสงอาทิตย์ และเส้นทางสายไฟกลางแจ้งหรือใต้ดินระยะยาวในทุกที่ทั่วโลก — สูตรนี้เป็นเรื่องทางฟิสิกส์ล้วน ๆ และไม่ขึ้นอยู่กับมาตรฐานไฟฟ้าของประเทศใดประเทศหนึ่ง
ขั้นตอน:
- เลือกประเภทระบบ: เฟสเดียวสำหรับวงจรบ้านพักอาศัยและเชิงพาณิชย์ขนาดเล็กส่วนใหญ่ หรือสามเฟสสำหรับมอเตอร์ขนาดใหญ่และสายป้อนในโรงงานอุตสาหกรรม
- เลือกวัสดุตัวนำ — ทองแดงหรืออะลูมิเนียม — เนื่องจากอะลูมิเนียมมีความต้านทานสูงกว่ามากที่ขนาดเดียวกัน
- ใส่แรงดันไฟจ่ายเป็นโวลต์และกระแสโหลดจริงที่วงจรจะรับเป็นแอมแปร์
- ใส่ความยาวสายไฟทางเดียวเป็นเมตร (วัดระยะทางจริงจากแหล่งจ่ายถึงโหลด ไม่ใช่ไปและกลับ)
- ใส่พื้นที่หน้าตัดตัวนำเป็น mm² (ตรวจสอบขนาดที่พิมพ์บนสายไฟหรือตารางขนาดสายไฟ)
- อ่านค่าแรงดันตก เปอร์เซ็นต์แรงดันตก แรงดันไฟที่ไปถึงโหลดจริง และความยาวสายไฟสูงสุดที่ยังอยู่ในเกณฑ์แนะนำ 3%
สูตร
เฟสเดียว: Vตก = (2 × ρ × L × I) / A
สามเฟส: Vตก = (√3 × ρ × L × I) / A
% แรงดันตก = (Vตก / Vจ่าย) × 100
แรงดันที่โหลด = Vจ่าย − Vตก
โดยที่: ρ = ความต้านทานจำเพาะของตัวนำ (Ω·mm²/m), L = ความยาวสายทางเดียว (m), I = กระแสโหลด (A), A = พื้นที่หน้าตัดตัวนำ (mm²) ทองแดง ≈ 0.0172 Ω·mm²/m, อะลูมิเนียม ≈ 0.0283 Ω·mm²/m ที่ 20°C
กรณีใช้งาน
- กำหนดขนาดเส้นทางสายไฟสำหรับแผงย่อย โรงงานเล็ก และอาคารเสริม
- ตรวจสอบสายไฟของแผงโซลาร์เซลล์และแบตเตอรี่เพื่อหาการสูญเสียในสายที่มากเกินไปบนเส้นทาง DC หรือ AC ระยะยาว
- ตรวจสอบสายป้อนมอเตอร์ในระบบสามเฟสของโรงงานอุตสาหกรรมและเชิงพาณิชย์
- วางแผนสายไฟต่อพ่วงหรือสายไฟชั่วคราวสำหรับสถานที่ก่อสร้างและงานอีเวนต์
- วินิจฉัยปัญหาไฟหรี่หรืออุปกรณ์ที่ทำงานได้ไม่เต็มประสิทธิภาพที่ปลายวงจรที่ยาว
ประโยชน์หลัก
- เปรียบเทียบระบบเฟสเดียวและสามเฟสได้ทันทีโดยไม่ต้องคำนวณด้วยมือซ้ำ
- แสดงค่าแรงดันตกดิบและเปอร์เซ็นต์เทียบกับแรงดันไฟจ่ายเคียงข้างกัน
- คำนวณความยาวสายไฟสูงสุดที่ยังอยู่ในเกณฑ์มาตรฐาน 3%
- ใช้ได้กับสกุลเงินและแรงดันไฟจ่ายของประเทศใดก็ได้ — เพราะหลักฟิสิกส์ไม่เปลี่ยนแปลง
- การเปรียบเทียบทองแดงกับอะลูมิเนียมช่วยตัดสินใจว่าการเพิ่มขนาดหน้าตัดหรือเปลี่ยนวัสดุคุ้มค่ากว่ากัน
เคล็ดลับ
- เป็นกฎทั่วไป ให้รักษาแรงดันตกในวงจรย่อยให้ต่ำกว่า 3% และรวมสายป้อนกับวงจรแล้วต่ำกว่า 5%
- หากเส้นทางสายไฟอยู่ที่ขอบเขต มักจะประหยัดกว่าหากเพิ่มขนาดตัวนำมาตรฐานขึ้นหนึ่งระดับ แทนที่จะออกแบบเส้นทางใหม่ทั้งหมด
- สำหรับเส้นทาง DC ระยะยาวในระบบพลังงานแสงอาทิตย์หรือแบตเตอรี่ แรงดันตกยิ่งมีความสำคัญมากขึ้น — ให้คำนวณใหม่โดยใช้แรงดันไฟจริงของระบบคุณ ไม่ใช่ 230V หรือ 120V
- จดบันทึกความยาวสูงสุดที่แนะนำซึ่งแสดงไว้ที่นี่ เมื่อวางแผนขยายวงจรเดียวกันในอนาคต
ข้อผิดพลาดที่พบบ่อย
- ใส่ความยาวไปและกลับแทนที่จะเป็นระยะทางเดียว — สูตรได้คำนวณเส้นทางกลับไว้แล้ว
- สับสนระหว่างขนาดตัวนำ AWG และ mm² ซึ่งทำให้ค่าแรงดันตกคลาดเคลื่อนไปมาก
- มองข้ามโหลดสามเฟสและใช้สูตรเฟสเดียว (×2) เสมอ ซึ่งทำให้แรงดันตกจริงถูกประเมินสูงเกินไปประมาณ 15%
- ลืมว่าตัวนำอะลูมิเนียมต้องการพื้นที่หน้าตัดที่ใหญ่กว่าทองแดงเพื่อรับกระแสเท่ากันด้วยแรงดันตกเท่ากัน
คำศัพท์สำคัญ
- แรงดันตก: การสูญเสียศักย์ไฟฟ้าตลอดความยาวตัวนำอันเนื่องมาจากความต้านทานของมัน วัดเป็นโวลต์
- ความต้านทานจำเพาะ: คุณสมบัติของวัสดุที่บอกว่าตัวนำต้านทานการไหลของกระแสไฟมากเพียงใด วัดเป็น Ω·mm²/m
- พื้นที่หน้าตัด: ความหนาของแกนทองแดงหรืออะลูมิเนียมของตัวนำ วัดเป็น mm² ไม่รวมฉนวน
- ตัวประกอบสามเฟส (√3): ตัวคูณที่ใช้แทนที่ 2 สำหรับวงจรสามเฟสที่สมดุล ซึ่งสะท้อนความสัมพันธ์ของเฟส 120° ระหว่างตัวนำ
ตัวอย่าง
วงจรเฟสเดียว 230V จ่ายไฟให้โหลด 16A ผ่านสายทองแดง 2.5 mm² ที่มีความยาวทางเดียว 25 เมตร แรงดันตก = (2 × 0.0172 × 25 × 16) / 2.5 ≈ 5.5 V คิดเป็นประมาณ 2.4% ของ 230V ซึ่งอยู่ในเกณฑ์แนะนำ 3% อย่างสบาย ๆ และโหลดได้รับแรงดันไฟจริงประมาณ 224.5 V