افت ولتاژ در مدارها

پیوست1- نحوه محاسبه افت ولتاژ در یک خط با نقاط متعدد برداشت نیرو در طول آن

8P1-0- کلیات

در سیستم های توزیع نیروی برق فشار ضعیف و همینطور در مدارهای تاسیسات ساختمان ها، همه مدارها ساده نیستند. یعنی تمامی بار مدارها در انتهای آنها متمرکز نمی باشد. در بسیاری موارد از نقاط مختلف در طول یک مدار، نیرو برداشت می شود در حالی که سطح مقطع و جنس هادی و دیگر مشخصات مدار تغییر نمی کند و در بیشتر موارد دستیابی به حداکثر افت ولتاژ کفایت می کند. این حداکثر در انتهای مدار پیش می آید، از محاسبه افت ولتاژ برای نقاط میانی مدار جز در موارد مخصوص صرف نظر می شود. یعنی افت ولتاژ یکباره برای انتهای مدار محاسبه می شود. بخش 8P1-1 دیده شود.

اما اگر سطح مقطع در نقاط مختلف در طول مدار تغییر کند، لازم خواهد بود افت ولتاژ در هر قسمت از مدار جداگانه محاسبه و افت ولتاژهای هر قسمت با یکدیگر جمع شوند تا افت ولتاژ کل به دست آید.

نظر به اینکه در مدارهای با نقاط برداشت متعدد، شدت جریان بین نقاط برداشت متفاوت است. ممکن است چنین تصور شود که به جای انتخاب مداری با سطح مقطع ثابت، برای سراسر مدار، اگر برای هر قطعه از مدار سطح مقطع متناسب با شدت جریان در آن قطعه انتخاب شود. افت ولتاژ کل (در انتهای مدار) در این حالت کمتر خواهد شد.

یا برای حصول افت ولتاژی مساوی برای هر دو حالت، وزن کمتر مس مصرف خواهد شد. یک محاسبه ساده نشان خواهد داد که تا جایی که به افت ولتاژ مربوط می شود، از نظر تئوریک برای یک افت ولتاژ ثابت در انتهای مدار، تفاوتی بین انتخاب سطح مقطع ثابت برای سراسر مدار و یا انتخاب چند سطح مقطع هادی که هریک متناسب با شدت جریان در نقطه مربوط به آن باشد، تفاوتی وجود نخواهد داشت. البته اگر در هر قطعه سطح مقطع تغییر کند، دشواری هایی به صورت لزوم نصب لوازم حفاظتی در محل تغییر مقطع، وجود خواهد داشت. بخش 8P1– 2 دیده شود.

یادآوری- نظر به استاندارد بودن سطح مقطع هادی ها در عمل یافتن مقاطعی که در سراسر مدار با شدت جریان در هر مقطع متناسب باشد امکان پذیر نمی باشد.

از مدارهای با تغییر سطح مقطع متعدد هنگامی استفاده می شود که مقدار برداشت نیرو در نقاط مختلف قابل ملاحظه باشد و نتوان با یک سطح مقطع سراسر خط را تغذیه نمود (مانند مداری که چند تابلو را تغذیه کند).

اما در مواردی که توان برداشت در هر نقطه کوچک و یا تعداد نقاط هم زیاد باشد (حالتی مانند تغذیه چراغهای خیابانی) ، از سطح مقطع ثابت برای کل طول خط استفاده می شود. بندهای 8P1–8P2-2 را ملاحظه نمایید.

8P1-1 – محاسبه افت ولتاژ در یک خط با نقاط برداشت متعدد و سطح مقطع ثابت

در یک مدار با n نقطه برداشت نیرو نشان داده شده است. افت ولتاژ برای هر قطعه از طول مدار محاسبه می شود و سپس برای بدست آوردن حداکثر افت ولتاژ، افت ولتاژهای همه قطعات با هم جمع می شوند. در این محاسبه، بر خلاف واقعیت در سراسر خط، ولتاژ ثابت فرض می شود. به نحوی که دیده می شود.

اجزای رابطه به دست آمده را می توان به دو روش تنظیم کرد:

روش “جمع بارهای خروجی از یک نقطه” برای محاسبه افت ولتاژ در نقاط مختلف برداشت، مناسب می باشد. روش “لنگر بار” که ساده تر است، افت ولتاژ کل در انتهای خط را به دست می دهد. بدیهی است که در هر دو حالت نوع مدار (جنس هادی و سطح مقطع) ثابت فرض شده است.

شکل8P1-1 محاسبه افت ولتاژ در انتهای یک خط با چند نقطه برداشت نیرو در طول آن

8P1-2- محاسبه افت سولتاژ در یک خط با چند نقطه برداشت در دو حالت:

بین هر دو نقطه برداشت در طول مدار، سطح مقطع مدار با مقدار بار متناسب است
در کل طول خط، سطح مقطع مدار ثابت است

یادآوری1- در اینجا فقط افت ولتاژ بدون توجه به مسایل دیگر مورد بحث می باشد. بدیهی است سایر موارد مانند جریان مجاز، حفاظت و غیره به قوت خود باقی است که باید طبق مقررات مربوط به هر یک از آن ها انتخاب و هماهنگ شوند.

یادآوری2- توصیه می شود به مطالب بند 8P1-0 کلیات توجه شود.

تا جایی که به افت ولتاژ مربوط می شود برای تامین افت مجاز در طول خط، سطح مقطع یک مدار مرکب (با برداشت های متعدد در طول آن) را می توان به یکی از دو روش زیر انتخاب نمود:

1-نظر به اینکه در طول مدار نقاط برداشت متعدد وجود دارند، شدت جریان در طول آن به صورت پله ای کم می شود. فرض می شود بتوان سطح مقطع هر قطعه از مدار را متناسب با بار آن انتخاب نمود. در این صورت با فرض برابر بودن فاصله نقاط برداشت از هم و یکسان بودن همه بارهای برداشتی افت ولتاژ با استفاده از روابط قبلی طبق حالت 1 (به توضیحات صفحه بعد مراجعه شود) قابل محاسبه خواهد بود.

2-از طرفی اگر سطح مقطع مدار در سرتاسر آن یکسان انتخاب شود، نتیجه محاسبه در حالت 2- از شکل 8P1-1 دیده خواهد شد.

محاسبات بعدی در (به توضیحات صفحه بعد مراجعه شود) ، نشان می دهد که برای افت ولتاژ معینی در مدار، حجم مس مورد استفاده در هر دو حالت یعنی مداری با مقاطع متغیر و مداری با مقطع ثابت، یکسان است.

در عمل، همه مدارهای ناقل بارهای بزرگ که در انتخاب سطح مقطع مدار آنها جریان مجاز نقش اصلی را دارد. این مدارها دارای مقاطع متغیر می باشند. مثل تابلوهای مصرف بزرگ و همه مدارهای ناقل بارهای کوچک (که در آنها سطح مقطع مدار با توجه به افت ولتاژ انتخاب می شود)، دارای مقطع ثابت در طول مدار می باشد (مانند مدارهای تغذیه کننده چراغ های روشنایی خیابان).

شکل 8P2–1 محاسبه افت ولتاژ در انتهای یک خط با چند نقطه برداشت نیرو در دو حالت: