افت ولتاژ چیست؟
تمامی وسایل الکتریکی برای کار در ولتاژ مشخص طراحی شده اند و در همان ولتاژ می‌تواند کار عادی و نرمال خودش را انجام دهد. حال اگر ولتاژ از حد مجاز کمتر باشد، راندمان وسیله پایین می اید و در بعضی مواقع باعث گرم شدن سیم‌ها و وسیله می‌گردد و همچنین در شبکه‌های الکتریکی کاهش ولتاژ باعث محدود شدن توان انتقالی و افزایش تلفات توان انتقالی می‌گردد.
اختلاف ولتاژ بین منبع و مصرف کننده یا اختلاف ولتاژ بین یک نقطه از شبکه الکتریکی و مصرف کننده را افت ولتاژ می‌گویند.
افت ولتاژ در سیستم‌های الکتریکی را به درصد (%) بیان می‌کنند که طبق رابطه ΔU= ΔU/ UN × ۱۰۰ تعیین می‌شود.
در وسایل الکتریکی جدای از تغییرات ایجاد شده در ولتاژ توسط بارهای مختلف (افت ولتاژ ثابت)، افت ولتاژهای کوچک دیگر نیز به هنگام بروز نقص نظیر اتصال کوتاه در لحظه عمل سیستم‌های حفاظتی وجود دارد.
مثلا اگر در هر ساعت تغییرات لحظه‌ای ولتاژ، ۱۰ بار اتفاق می‌افتد این تغییرات نباید برای لامپ‌های رشته‌ای بیشتر از ۱ % ولتاژ و برای سیستم‌های منبع تغذیه عمومی نباید بیشتر از ۳ % ولتاژ و برای لامپ‌های فلورسنت نباید بیشتر از ۴ % ولتاژ باشد.
در محاسبات افت ولتاژ باید عوامل زیر در نظر گرفته شود.
- نوع هادی
- شدت جریان عبوری مدار یا توان انتقالی
- طول مدار (طول مسیر)
- درصد افت ولتاژ مجاز مصرف کننده
- ضریب توان بار
- نوع سیستم الکتریکی (AC، DC تک فاز یا AC سه فاز)
- محاسبه افت ولتاژ برای مسیرهای کوتاه نیاز نمی‌باشد و برای مسیرهای طولانی باید انجام شود.
افت ولتاژ به عنوان کاهش پتانسیل الکتریکی در مسیری که جریان عبور می کند، تعریف می شود. افت ولتاژ به دلیل مقاومت داخلی منبع رخ می دهد
افت ولتاژ در یک بار الکتریکی متناسب با توان موجود است که در آن بار به چند شکل مفید دیگر از انرژی تبدیل می شود. افت ولتاژ از طریق قانون اهم محاسبه می شود.
افت ولتاژ در جریان مستقیم (DC)
در مدار های DC دلیل افت ولتاژ مقاومت می باشد. برای درک افت ولتاژ در مدار DC، مداری را فرض کنید که از یک منبع تغذیه DC، دو مقاومت (که به صورت سری به هم وصل شده اند) و یک بار تشکیل شده است.
در این مدار، هر عنصر دارای مقاومت خاصی خواهد بود. این عناصر انرژی دریافت می کنند و مقداری از آن را از دست خواهند داد. اما عامل تعیین کننده مقدار انرژی، ویژگی های فیزیکی عناصر است. وقتی ولتاژ دو طرف منبع تغذیه DC و اولین مقاومت را اندازه گیری کنیم، می بینیم که از ولتاژ منبع تغذیه کمتر خواهد بود.
ما می توانیم انرژی مصرف شده توسط هر مقاومت را با اندازه گیری ولتاژ در هر مقاومت محاسبه کنیم. در حالی که جریان از طریق سیم جریان می یابد و از منبع تغذیه DC به اولین مقاومت می رسد، مقداری از انرژی داده شده از منبع تغذیه به دلیل مقاومت رسانا تلف می شود.
برای افت ولتاژ، از قانون اهم و قانون مدار کیرشهف استفاده می شود که در زیر به طور خلاصه توضیح داده شده است.
V = I*R
V → افت ولتاژ (V)
R → مقاومت الکتریکی (Ω)
I → جریان الکتریکی (A)
همچنین برای مدار های بسته DC، از قانون کیرشهف برای محاسبه افت ولتاژ استفاده می شود. که به صورت زیر می باشد
ولتاژ تغذیه = مجموع افت ولتاژ در هر یک از اجزای مدار
افت انرژی باعث می شود ولتاژ نیز با کاهش قابل توجهی رو به رو شود که در اصطلاح به آن افت ولتاژ می گویند.
در نتیجه می توان گفت هرگاه در یک مدار اختلاف ولتاژ میان منبع و مصرف کننده به وجود بیاید،
آن مدار با افت ولتاژ رو به رو خواهد شد.
دلایل افت ولتاژ چیست؟
حالا که با مفهوم افت ولتاژ در چند مقاله گذشته آشنا شدیم، بهتر است بدانید که چه دلایلی باعث به وجود آمدن آن می شود.
به طور کلی می توانیم بگوییم که چهار دلیل اصلی بر روی این پدیده موثر هستند که در زیر به آن ها اشاره خواهیم کرد
جنس سیم
انتخاب مواد مورد استفاده برای سیم از اهمیت بسیار بالایی برخوردار می باشد
همان طور که می دانید مس رسانای بهتری نسبت به آلومینیوم است و کمتر از آلومینیوم برای طول و اندازه مشخص سیم، افت ولتاژ خواهد داشت.
بنابراین اگر جنس سیم برای انتقال الکترون ها مناسب نباشد، شاهد افت ولتاژ بیشتر در مدار خواهیم بود.
قطر سیم
یکی دیگر از عوامل مهم در این مورد، اندازه سیم می باشد.
هرچه سایز بزرگتر سیم (اندازه های آن ها با قطر بیشتر) در مدار به کار گرفته شود، افت ولتاژ کمتری نسبت به اندازه سیم های با قطرکوچکتر با همان طول خواهیم داشت.
طول سیم
یکی دیگر از عوامل مهم در کاهش ولتاژ طول سیم است .
سیم های کوتاه تر نسبت به سیم های بلند تر و طولانی تر با همان اندازه قطرسیم افت ولتاژ کمتری خواهند داشت.
این موضوع زمانی اهمیت می یابد که طول یک سیم یا کابل بسیار طولانی شود.
جریان عبوری از سیم
آخرین پارامتری که برای ایجاد افت ولتاژ در یک وسیله و یا شبکه توزیع باید مورد بررسی قرار بگیرد میزان جریان حامل است.
به طوری که با افزایش جریان در سیم، کاهش ولتاژ نیز از طریق سیم افزایش می یابد.
