Jännitehäviölaskuri

Johtovedon Jännitehäviön Laskeminen

Jokaisella johtimella on jonkin verran resistanssia, joten jännitettä menetetään aina lähteen ja sen syöttämän kohteen välillä — jännitehäviö on se, kuinka paljon. Syötä johtimen materiaali ja mittari, sen kuljettama virta, sen yhdensuuntainen pituus ja lähdejännite, ja tämä laskuri näyttää tarkalleen, kuinka monta volttia (ja mikä prosenttiosuus) menetetään tuolla vedolla.

Tällä on suurin merkitys pidemmillä johtovedoilla — autotallin tai varaston alajakokeskus, jatkopiiri, tai aurinkopaneeliston oma paluu invertteriin — joissa liiallinen jännitehäviö voi saada valot himmenemään, moottorit käymään kuumempina ja tehottomammin, ja muut laitteet käyttäytymään väärin, vaikka ne teknisesti yhä saisivat virtaa.

Kaava

$$\text{Jännitehäviö} = \frac{2 \times \vA{K} \times \vB{\text{Virta}} \times \vC{\text{Yhdensuuntainen Pituus}}}{\vD{\text{Ympyrämiilit}}}$$

• K on johtimen materiaalille (kupari tai alumiini) ominainen resistiivisyysvakio — pitkään vakiintunut, vakaa fysikaalinen ominaisuus, ei jotain, joka muuttuu ajan myötä.
• Ympyrämiilit on johtimen mittarin poikkileikkauspinta-ala, haettuna vakiomuotoisesta AWG (American Wire Gauge) -viitetaulukosta.
• Kerroin 2 huomioi meno-paluu-matkan, jonka virta todella tekee — ulos kuormaan yhden johtimen kautta ja takaisin toisen kautta — vaikka syötät vain yhdensuuntaisen etäisyyden.

Laskuesimerkki

12 AWG:n kuparijohdin, joka kuljettaa 20 ampeeria 50 jalan yhdensuuntaisella vedolla 120 voltin piirissä:

1. 12 AWG:n kuparilla on 6 530 ympyrämiilin poikkileikkauspinta-ala, ja kuparin K-vakio on 12,9.
2. Jännitehäviö: $\frac{2 \times 12.9 \times 20 \times 50}{6,530} \approx 3.95 \text{ volttia}$.
3. Prosenttiosuutena lähteestä: $3.95 \div 120 \times 100 \approx 3.29\%$ — hieman yli yleisesti mainitun 3 %:n ohjeen haaroituspiirille, mikä tarkoittaa, että paksumpaa mittaria tai lyhyempää vetoa kannattaisi harkita.

Keskeiset Huomioitavat Tekijät

• Pienempi AWG-numero tarkoittaa PAKSUMPAA johdinta, mikä on yleinen sekaannuksen lähde. Johdinmittarin numerointi kulkee intuition vastakkaiseen suuntaan — 10 AWG:n johdin on fyysisesti paksumpi ja sillä on vähemmän resistanssia kuin 14 AWG:n johtimella, joten johtimen suurentaminen jännitehäviön vähentämiseksi tarkoittaa PIENEMMÄN mittarinumeron valitsemista, ei suuremman.
• Kuparilla ja alumiinijohtimella on merkittävästi eri resistiivisyys, mikä muuttaa jännitehäviötä samalla mittarilla ja pituudella. Alumiinilla on huomattavasti korkeampi resistanssi kuin kuparilla, joten alumiinivedto tarvitsee paksumman mittarin kuin kuparivedto saavuttaakseen saman jännitehäviön samalla etäisyydellä — vahvista aina, mitä materiaalia todella käytetään, ennen kuin valitset mittarin jännitehäviölaskelman perusteella.
• Liiallinen jännitehäviö aiheuttaa todellisia, kertyviä ongelmia pelkkien himmeämpien valojen lisäksi. Alijännitteellä käyvät moottorit vetävät enemmän virtaa kompensoidakseen, mikä tuottaa ylimääräistä lämpöä ja lyhentää niiden käyttöikää — juuri tästä syystä jännitehäviöllä on merkitystä aitona laitteiden käyttöiän ja turvallisuuden huolenaiheena, ei vain pienenä tehokkuuden nipotuksena.
• Yleisesti mainitut 3 %:n (haaroituspiiri) ja 5 %:n (yhdistetty syöttö- ja haaroituspiiri) jännitehäviöohjeet tulevat National Electrical Coden omista suosituksista, eivät ehdottomasta laillisesta rajasta useimmilla lainkäyttöalueilla. Nämä prosenttiosuudet ovat laajalti noudatettuja parhaiden käytäntöjen tavoitteita sen varmistamiseksi, että laitteet saavat riittävän jännitteen — tarkista aina paikalliset sähkömääräysvaatimukset kaiken muun kuin DIY-viitearvion osalta, erityisesti luvanvaraiselle sähköasennukselle.

Yleiset Virheet

• Meno-paluu-johtimen pituuden syöttäminen yhdensuuntaisen etäisyyden sijaan. Tämän laskurin kaava kaksinkertaistaa jo sisäisesti pituuden ottaakseen huomioon paluujohtimen — jo kaksinkertaistetun pituuden syöttäminen yliarvioi jännitehäviön kaksinkertaiseksi.
• AWG-numeroiden suunnan sekoittaminen. Oletus, että suurempi mittarinumero tarkoittaa suurempaa, matalamman resistanssin johdinta, on väärinpäin — 10 AWG:n johdin on paksumpi (ja siinä on pienempi jännitehäviö) kuin 14 AWG:n johdin, ei toisin päin.
• Kuparin resistiivisyysvakion käyttäminen alumiinivetoon, tai päinvastoin. Kahdella materiaalilla on merkittävästi eri resistanssi, joten väärän materiaalin vakion syöttäminen tuottaa jännitehäviöarvion, joka ei vastaa todellisuudessa asennettavaa johdinta.

Hyvä Tietää

• Mitoitatko johtovetoa aurinkopaneeliston omalle paluulle invertteriin? Aurinkojärjestelmän Kokolaskuri ja Aurinkopaneelien Säästölaskuri auttavat suunnittelemaan järjestelmän, jolle tämä johdin todella kuljettaa virtaa.
• Haluatko tarkistaa virran ja resistanssin suhteen suoraan Ohmin lailla? Ohmin Lain Laskuri ratkaisee jännitteen, virran tai resistanssin kahdesta muusta.