ケーブル電圧降下計算機
ケーブル配線の電圧降下を計算します。供給電圧、負荷電流、ワイヤゲージ（AWG）、距離を入力して、電圧降下（Vおよび%）、電力損失、NEC 3%/5%適合状況を取得します。
公式
仕組み
ケーブル両端の電圧降下は、導体の抵抗によって発生する、電源 (パネル/PSU) と負荷の間の電圧の低下です。オームの法則によると、V_drop = I x R_Total となります。ここで R_total は往復抵抗 (出力+リターンコンダクタ) です。単相回路または DC 回路の場合、ケーブル抵抗の合計は 2 x 長さ x R_Per_km/1000 で、両方の導体に電流が流れるため、片道の距離の 2 倍になります。NEC（米国電気規程、第210.19条情報注記4）では、許容できる性能を得るために、分岐回路では最大 3%、合計で 5%（フィーダ+分岐）の電圧降下を推奨しています。これらは推奨事項であり、要件ではありませんが、これを超えると、機器性能の低下、発熱の増加、モーターのトルク低下、LED/照明のちらつきの原因となります。電線抵抗は、材質 (銅:1.72e-8 Ω、アルミニウム:20℃ で 2.82e-8 Ω)、断面積、および温度によって異なります。AWG (アメリカン・ワイヤ・ゲージ) は対数です。3 ゲージ増加するごとに抵抗が 2 倍 (面積が半分) になります。銅が20℃を超えると、温度によって抵抗が約 0.393% /℃上昇します。ケーブルが長い場合 (ソーラーアレイ、EV 充電、大型モーター)、電圧降下により、多くの場合、導体のサイズを NEC 表 310.16 の最小電流定格よりも大きくする必要があります。
計算例
問題：12V DCソーラーシステムは、30メートルの12 AWG銅ケーブルを介して15Aの負荷を供給します。電圧降下を計算し、それが 3% の推奨値を満たしているかどうかを判断します。
解決策: 1。システムパラメータ:V_Supply = 12V、I = 15A、d = 30m (片道)、ワイヤ = 12 AWG 銅
- 12 AWG 銅抵抗:5.211 オーム/km (NEC 第 9 章、表 8 参照)
評価:12V システムにとって 39.1% の電圧低下は壊滅的です!システムは機能しません。
解決策:3% ドロップした場合の最大ケーブル長 = (0.03 x 12 x 1000)/(2 x 15 x 5.211) = 2.3 m。
修正:2 AWG (0.5127 オーム/km) へのアップグレード:V_drop = 15 x 2 x 30 x 0.5127/1000 = 0.46V = 3.84%。まだ限界です。 より良い解決策：システム電圧を48Vに上げる（そうすると、15Aはより低い電流で同じ電力を供給し、損失を許容できる）、または機器をパネルの近くに移動する。
実践的なヒント
- ✓最大 3% ドロップ (3.6V) の120V銅回路のクイックリファレンス:14AWG = 15A 最大14m、12AWG = 20A最大11m、10AWG = 30A最大11m。240V 回路 (7.2 V ドロップバジェット) の場合、距離は 2 倍になります。12V DCシステムの場合、距離は120V値の1/10です。これが、低電圧のソーラーシステムや車載システムが、意味のある距離まで非常に太いケーブルを必要とする理由です。
- ✓アルミニウム導体の抵抗は、同じゲージで銅の1.61倍です。同等の性能を得るには、アルミニウムを 2 AWG 大きいサイズにします (たとえば、4 AWG の銅を使用するのに 2 AWG のアルミニウムを使用します)。アルミニウムはサービスエントランスケーブル (SE、SER) や大型フィーダーによく使われています。これは、大きな電線管が必要であるにもかかわらず軽量で安価だからです。ガルバニック腐食を防ぐために、必ずアルミニウム定格の端子 (AL/CU マーク付き) を使用してください。
- ✓太陽光発電設備では、低電圧と高電流の両方の条件でエネルギーが失われるため、電圧降下が特に重要です。定格電流が 3% 低下すると、生成されたエネルギーの 3% が毎日ケーブルの熱として失われます。この合計が 25 年以上にわたって、生涯にわたって著しいエネルギー損失となります。多くのソーラー設計者は、耐用年数ROIを向上させるために初期配線コストが高いことを受け入れ、1～ 2% の削減を目標としています。「最大長 3%」の出力を使用してケーブルのサイズを確認してください。
- ✓並列導体は有効抵抗を低減します。同一のケーブルを 2 本並列に接続すると、抵抗 (および電圧降下) が半分になります。NEC 310.10 (H) では、1/0 AWG 以上の導体を並列に接続できます。1本のケーブルでは現実的に太くないような大きな負荷 (100mで200Aなど) では、大型のケーブルを1本使うよりも、小さいケーブルを2本並列に敷設するほうが実用的で、コストもかからない場合があります。各並列導体の長さ、材質、終端は同じでなければなりません。
よくある間違い
- ✗リターンコンダクタを考慮し忘れている（距離が2倍になる）。DC 回路または単相 AC 回路では、両方の導体 (高温および中性/戻り線) に電流が流れます。合計抵抗は一方向ケーブル抵抗の 2 倍です。これは最も一般的な誤差で、実際の電圧降下は計算値の2倍になります。2 の代わりに sqrt (3) の係数を使用するのは、三相平衡負荷だけです。
- ✗NEC表310.16の定格電流を使用して、ケーブルを長時間使用する場合のサイズを決定してください。表 310.16 は、過熱 (熱制限) せずに導体が流すことができる最大電流を示していますが、電圧降下は考慮されていません。12 AWGの電線の定格電流容量は20Aですが、120Vで20Aの電流で50m以上走らせると、電圧降下は 8.7% (3% をはるかに超える) になります。電圧降下は必ず電流容量とは別に確認してください。長期間の電圧降下では、通常、導体のサイズを大きくする必要があります。
- ✗抵抗に対する温度の影響を無視します。銅抵抗は20℃を超えると約 0.393% /℃増加します。高温の屋根裏部屋 (摂氏60度) では、抵抗が 15.7% 増加します。日光にさらされるとケーブルが摂氏75度に達するソーラー設備では、抵抗が 21.6% 増加します。NEC表8の値が75℃（20℃ではない）になっているのは、まさにこのためです。重要な計算 (大規模なソーラーアレイ、データセンター) には、予想動作温度での抵抗値を使用してください。
- ✗単相電圧降下式を三相システムに適用します。バランスのとれた三相負荷の場合、V_drop = sqrt (3) x I x R x L/1000 (線間降下)、つまり同等の計算では、乗数は 2 ではなく 1.732 になります。単相の式 (乗数 = 2) を使用すると、三相損失が 15% 過大評価されます。また、三相の場合、電流は他の 2 相を通って戻るため、「長さ」はまだ一方向の距離です。
よくある質問
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