افت ولتاژ و نحوه انتخاب کابل مناسب برای کولر گازی و موتورهای تک‌ فاز/ سه‌ فاز

افت ولتاژ یکی از چالش های مهم دستگاه های الکتریکی می باشد که در مسیر دریافت جریان الکتریکی از منبع و کابل، با آن مواجه می شوند و طبیعتا با دریافت ولتاژ کمتر، اختلالات کارکردی و آسیب به  سیستم فنی دستگاه رخ می دهد. یکی از عواملی که منجر به افت ولتاژ می شود، استفاده از کابل نامناسب است. چون هرچقدر کابل ها از نظر جریان، مقاومت، سطح مقطع و طول متناسب نباشد، ولتاژ جریان الکتریکی را تا رسیدن به مقصد، کاهش می دهد. لوازم خانگی مانند انواع کولر و دستگاه های دارای موتور تک فاز و سه فاز، با این چالش دست به گریبان هستند که همواره تاثیر زیادی در عملکرد و همچنین عمر مصرفی آن ها دارد مجموعه آرسام الکتریک در این صفحه، با معرفی کامل چگونگی رخداد افت ولتاژ، نحوه انتخاب کابل مناسب برای جلوگیری از این عارضه را ارائه می کند.

مفهوم افت ولتاژ و نحوه محاسبه آن

میزان اختلاف ولتاژ در مبدا و مقصد جریان الکتریکی را افت ولتاژ می گویند. چون همواره جریان الکتریکی که از مبدا خارج می شود، در طول مسیر و عبور از کابل موردنظر برای رسیدن به مقصد، به سبب عواملی نظیر مقاومت بالای کابل، بلندی طول مسیر و… دچار افت انرژی می شود که این امر با عنوان افت ولتاژ شناخته می گردد.

پارامترهای متغیری بر میزان افت ولتاژ در مقصد تاثیر می گذارند که برای معرفی می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• جریان مصرفی که هرچقدر بالا باشد، افت ولتاژ بیشتر خواهد شد.
• طول کابل که با بیشتر شدت، افت ولتاژ بیشتری را به وجود می آورد.
• مقاومت کابل که مجموعه ای از جنس کابل و سطح مقطع است، با میزان افت ولتاژ رابطه مستقیمی دارد.

فرمولی که برای محاسبه افت ولتاژ مورد استفاده قرار می گیرد به قرار زیر می باشد:

افت ولتاژ = (2× جریان ورودی × مقاومت سیم × طول مسیر) ÷ 1000

به عنوان مثال اگر جریان الکتریکی با مقدار 20 آمپر، از یک کابل مسی به طول 30 متر و مقاومت 0.018 عبور کند، میزان افت ولتاژ آن به قرار زیر خواهد بود:

افت ولتاژ = 2 ‌× 20× 30 × 0.018= 21.6

که این مقدار در مقایسه با جریان 220 ولتی مبدا، به میزان 9.8 درصد دچار افت می باشد.

استاندارد مجاز افت ولتاژ در سیستم ‌های مختلف

افت ولتاژ در جریان یک سیستم الکتریکی، یک امر طبیعی است اما میزان آن می تواند تاثیر بسیار زیادی در عملکرد و همچنین عمر مصرفی دستگاه الکتریکی موردنظر داشته باشد. استاندارد بین المللی و ملی ایران، برای هر یک از دستگاه های الکتریکی خانگی و صنعتی، میزان مجازی از افت ولتاژ را تعیین کرده است که کمتر از آن آسیب جدی را به دستگاه وارد می سازد.

میزان مجاز افت ولتاژ طبق استانداردهای IEC و ISIRI برای سیستم روشنایی نظیر لامپ ها حداکثر 3 درصد، برای دستگاه های الکترونیکی و خانگی مانند پریزها حداکثر 5 درصد و همچنین برای دستگاه های صنعتی و موتورهای الکتریکی سه فاز، حداقل 5 و حداکثر 10 درصد تعیین شده است.

خطرات عبور از حد مجاز افت ولتاژ برای تجهیزات حساس

در صورتی که دستگاه های صنعتی مانند کولرها، تجهیزات تولیدی و دستگاه هایی با موتور سه فاز، با افت ولتاژی بیش از حد مجاز برخورد کنند، آسیب هایی نظیر داغ شدن کابل و اتصالات، کاهش توان و راندمان موتور، کاهش عمر مصرفی و همچنین اختلال در عملکرد نظیر خاموش شدن ناگهانی را در طول فعالیت تجربه خواهند کرد.

تفاوت بین افت ولتاژ لحظه‌ای (استارت) و مداوم (کارکرد پایدار)

در راه‌اندازی دستگاه های الکتریکی یا کمپرسورها، جریان الکتریکی چند برابر جریان نامی دستگاه کشیده می شود که این امر فقط چند ثانیه اول شروع فعالیت اعمال می شود که کماکان افت ولتاژ لحظه ای را به وجود می آورد و در صورت تکرار، به دستگاه موردنظر آسیب وارد می کند.

اما در صورت که با انتخاب کابل نازک، بلند و با سطح مقطع نامناسب، افت ولتاژ دائمی برای دستگاه به وجود آید، می تواند در کوتاه ترین زمان، اثرات مخربی نظیر بالا رفتن حرارت کابل و سیم پیچ، کاهش راندمان و اختلال در عملکرد را به وجود آورد.

 تأثیر افت ولتاژ بر عملکرد کولر گازی و موتورهای الکتریکی

کولرهای گازی و دستگاه هایی که از موتور الکتریکی تک یا سه فاز بهره می برند، آسیب پذیری بیشتری در برابر افت ولتاژ دارند که می تواند هزینه نگهداری و استفاده از محصول را تحت تاثیر قرار دهد

کاهش توان و راندمان کمپرسور کولر گازی

این دستگاه برای کارکرد، نیاز به توان بیشتری دارد که با تجربه افت ولتاژ دائمی یا مداوم، از توان عملکردی آن ها کم می شود که بالطبع با کاهش ظرفیت سرمایشی و همچنین مصرف بیش از اندازه برق مواجه می شوند.

افزایش جریان و حرارت سیم ‌پیچ در موتورهای الکتریکی

در شرایط افت ولتاژ، موتور الکتریکی برای پایدار کردن گشتاور، جریان بیشتری را می کشد که در این حالت، کابل و سیم پیچ های دستگاه داغ می شوند و نتیجه آن افزایش مقاومت اهمی، تخریب عایق حرارتی و همچنین فرسودگی موتور خواهد بود.

خطر سوختن موتور یا آسیب به خازن راه‌انداز

اختلاف فاز به وجود آمده تحت تاثیر تغییر عملکرد گشتاور موتور برای جبران افت ولتاژ، سبب می شود تا خازن ها تحت فشار بالایی قرار بگیرند که در این حالت خازن راه انداز به سبب جریان بالای لحظه ای می سوزد. در افت ولتاژهای بیش از ده درصد، سوختن کامل کمپرسور دور از ذهن نیست.

راهکارهای جلوگیری از آسیب تجهیزات به دلیل افت ولتاژ

برای جلوگیری از تاثیرات سوء افت ولتاژ در عملکرد کولرهای گازی و موتورهای الکتریکی، لازم است نکات زیر مورد اجرا قرار بگیرند:

• از کابل هایی با سطح مقطع مناسب و مقاومت کمتر استفاده شود.
• برای ثابت کردن ولتاژ ورودی و عدم نوسان، از تثبیت ‌کننده ولتاژ استفاده شود.
• اتصالات تابلو برق از نظر زنگ زدگی و شل بودن بررسی شوند.
• دستگاه هایی با توان الکتریکی بالا، به طور همزمان راه اندازی نشوند.
• از محافظ ولتاژ بهره گرفته شود.

عوامل مؤثر بر انتخاب کابل مناسب

کابل یکی از مهمترین عوامل موثر در ولتاژ برق دریافتی می باشد. بنابراین دستگاه های الکتریکی در مرحله اول باید با بهره مندی از کابل مناسب، از تاثیرات مخرب افت ولتاژ جلوگیری کنند. در انتخاب کابل مناسب موارد زیر دخالت دارند:

• اهمیت سطح مقطع (قطر) سیم در کاهش افت ولتاژ

سطح مقطع بزرگ، مقاومت کمتری دارد و بنابراین از افت ولتاژ کمتری بهره می برد.

• تأثیر طول کابل بر افت ولتاژ

طول کابل نیز مانند مقاومت کابل، در افزایش افت ولتاژ موثر می باشد که با انتخاب کابل طولانی (به ناچار) باید سطح مقطع بزرگ انتخاب شود تا افت ولتاژ کنترل شده صورت بگیرد.

• نوع کابل (مس یا آلومینیوم) و مقاومت ویژه آن

کابل های مسی به علت رسانایی بالا، از مقاومت کم و افت ولتاژ کمتری بهره می برد. در انتخاب کابل آلومینیومی باید سطح مقطع آن 1.6 برابر بیشتر از سطح مقطع کابل مسی باشد تا میزان مجازی از افت ولتاژ را تجربه کند.

• شرایط محیطی و دمای مجاز عبور جریان

دمای محیط تاثیر بسزایی در مقاومت و پایین آمدن ولتاژ دارد. بدین صورت که در دمای 30 درجه، ولتاژ بدون نوسان می باشد، در دمای 45 درجه حدود 90 درصد ولتاژ نامی تامین می شود و در دمای بالای 65 درجه، 80 درجه ولتاژ مصرفی مورد استفاده قرار می گیرد. بنابراین در محیط های گرم به ناچار باید سطح مقطع بیشتر باشد تا کابل بتواند در برابر افت ولتاژ مقاومت نماید.

• نوع نصب (روی دیوار، زیرزمین، داخل لوله)

محل نصب نیز با توجه به تهویه مصرفی برای کابل ها، می تواند در افت ولتاژ دخالت نماید. کابل های متصل روی دیوار و سقف به علت بهره مندی از تهویه بالا، افت ولتاژ کمتری را نسبت به کابل های نصب شده در داخل لوله و زیر زمین تجربه می کنند.

جدول و فرمول انتخاب سایز کابل بر اساس توان کولر گازی و موتور

برای اینکه جدول مناسب سایز کابل برای کولرهای گازی با توان مختلف را به دست آوریم، لازم است که در ابتدا جریان عبوری از کابل را محاسبه کنیم که برای این کار، پارامترهای زیر نیاز می باشند:

جریان ورودی = توان مصرفی ÷ (ولتاژ × ضریب توان)

ضریب توان برای کولر گازی حدودا 0.9 تا 0.95 می باشد و همچنین ولتاژ مصرفی برای موتور تک فاز 230 ولت و برای سه فاز، 380 است.

برای یک کولر گازی با توان 1800 وات و موتور تک فاز، جریان الکتریکی زیر برآورد می شود :

جریان ورودی = 1800 ‌÷ (230 ×0.9) = 9.1 آمپر

با این محاسبه مشخص می شود که کابل مسی با سطح مقطع 5/2 میلی متر و کابل آلومینیومی با سطح مقطع 4 میلی متر برای این جریان مناسب است.

جدول تقریبی انتخاب سایز کابل بر اساس توان مصرفی

 

مقایسه کابل مسی و آلومینیومی در افت ولتاژ

در بحث انتخاب کابل مناسب، باید به جنس کابل نیز توجه کرد. کابل ها در دو دسته با هادی مسی و آلومینیومی تولید می شوند که تفاوت جنس هادی این محصولات، تفاوت آن ها در زمینه هدایت الکتریکی  راندمان را به وجود آورده است. کابل مسی، رسانایی بالاتری از کابل آلومینیومی دارد که این میزان سبب کاهش مقاومت آن شده است که به نسبت کابل آلومینیومی، افت ولتاژ کمتری را تجربه می کند.

کابل مسی با داشتن وزن بیشتر و قیمت فروش بالا، از مزیت‌ های بسیاری نظیر رسانایی و هدایت الکتریکی بالا، انعطاف بیشتر، مقاومت کمتر و افت ولتاژ پایین تر برخوردار است.

انواع کابل آلومینیومی با بهره‌مندی از وزن سبک و قیمت ارزان، به نسبت کابل مسی از رسانایی و هدایت جریان کمتری برخوردار می باشند، انعطاف کمتری دارند و با مقاومت بالا، افت ولتاژ را بیشتر می کنند.

تأثیر نوع هادی در هزینه و افت ولتاژ

کابل مسی دارای افت ولتاژ کمتری است که این امر استفاده از آن را برای مسیرهای کوتاه در محیط های گرم کاربردی می سازد. اما در مسیرهای طولانی و مسطح، برای صرفه جویی بهتر است از کابل آلومینیومی استفاده شود که برای کمتر کردن افت ولتاژ آن لازم است سطح مقطع را حدودا 1.6 برابر بیشتر انتخاب کرد تا افت ولتاژ آن، مساوی با کابل مسی باشد.

نکات فنی در انتخاب کابل برای کولر گازی‌های خانگی

با انتخاب کابل مناسب برای کولر گازی، از کمپرسور آن از در برابر نوسانات ولتاژی برق محافظت می شود و همین امر ظرفیت سرمایشی آن را حفظ می کند و در مصرف انرژی نیز صرفه جویی به عمل می آورد. برای انتخاب کابل مناسب برای این دستگاه، باید موارد زیر هم مورد بررسی قرار بگیرند.

• فاصله بیش از ده متر بین واحد خارجی و داخلی، نیاز به کابل طولانی تری دارد که برای کاهش افت ولتاژ، باید کابلی با یک سایز بزرگتر انتخاب شود.
• جریان‌ کابل باید برابر یا بزرگتر از جریان نامی کولر گازی باشد.
• باید بعد از محاسبه افت ولتاژ براساس جریان مصرفی و طول مسیر، کابل مناسب انتخاب شود تا میزان افت بیش از 3 تا 5 درصد استاندارد نباشد.
• کابل موردنظر باید از نشان استاندارد ملی یا بین المللی برخوردار بوده و دارای عایق حرارتی، رطوبتی باشد.

نکات فنی در انتخاب کابل برای موتورهای تک ‌فاز و سه ‌فاز

تجهیزات صنایع مختلف که دارای موتورهای الکتریکی تک فاز و سه فاز می باشند، با تجربه افت ولتاژ در طول استفاده، به سوختگی سیم پیچ ها و کاهش راندمان دچار می شوند. روند کاهش ولتاژ برای این موتور، در ابتدای راه اندازی به سبب جریان بالا صورت می گیرد و در طول مسیر نیز به واسطه کابل نامناسب اتفاق می افتد. نکات زیر در انتخاب کابل برای موتورهای الکتریکی اهمیت دارد:

• موتورهای القایی برای شروع فعالیت، حدود سه تا هفت برابر جریان نامی دستگاه، جریان می کشند که این امر سبب افزایش جریان لحظه ای و افت ولتاژ می شود. بنابراین با انتخاب کابل بزرگ، از افت ولتاژ لحظه ای جلوگیری می شود.
• باید قبل از انتخاب، میزان افت ولتاژ را برای موتور با توان موردنظر انجام داد.
• محیط گرم، گرد و غبار و رطوبتی صنایع، انتخاب کابل سه لایه و دارای عایق حرارتی را الزام می کند تا افت ولتاژ آن ها در طول فعالیت، میزان کمتری داشته باشد.

راهکارهای کاهش افت ولتاژ

برای جلوگیری از آثار مخرب افت ولتاژ برای دستگاه های الکتریکی خانگی و صنعتی، لازم است راهکارهای زیر به عنوان موارد مهم در جهت کاهش میزان افت ولتاژ مورد اجرا قرار بگیرند:

کوتاه کردن طول مسیر کابل

باید برای کابل کشی، کوتاه ترین مسیر انتخاب شود و برای مسیرهای طولانی، از کابلی با سطح مقطع بزرگتر انتخاب شود تا افت ولتاژ به میزان کمتر صورت بگیرد.

استفاده از کابل با سطح مقطع بیشتر

سطح مقطع کابل که رابطه معکوسی با مقاومت آن دارد، می تواند تاثیر مستقیمی در کاهش افت ولتاژ داشته باشد. بنابراین برای کولرهای گازی و موتورهای الکتریکی حساس، انتخاب کابل یک سایز بزرگتر که از سطح مقطع بیشتری برخوردار است، برای جلوگیری از پایین آمدن ولتاژ، راهکار مناسبی است.

استفاده از کابل با کیفیت بالا و مقاومت کم

کابل هایی با هادی مسی و عایق حرارتی، می توانند از مقاومت کمتری برخوردار باشند که همین امر میزان افت ولتاژ را در طول استفاده، به مقدار قابل توجهی کاهش می دهد.

استفاده از ترانسفورماتور تثبیت‌ کننده یا استابلایزر در مسیر برق

در شرایطی که دمای محیط و رطوبت بیشتر است و یا منطقه از شبکه برقی با افت ولتاژ بالا استفاده می کند، بهتر است با نصب استابلایزر، میزان ولتاژ مصرفی را با 5 درصد خطای کاهشی یا افزایشی، ثابت نگه داشت تا دستگاه الکتریکی از مشکلات این عارضه در امان بماند.

نگهداری و بازرسی منظم کابل ‌ها برای جلوگیری از اتصالات سست

بازبینی اتصالات جهت سفت کردن و اطمینان از عدم اکسید شدن آن ها، می تواند یک راهکار فنی و فایل توجه برای جلوگیری از افت ولتاژ باشد.

اشتباهات رایج در انتخاب کابل

در مسیر انتخاب کابل تا نصب آن، اشتباهات رایجی توسط تکنیسین ها اجرایی می شود که می تواند در راستای بالا بردن میزان افت ولتاژ، تاثیر مستقیمی داشته باشند. موارد زیر جزو مهمترین ریسک های انتخاب و نصب کابل می باشد:

• عدم توجه به طول مسیر، انتخاب کابل با سطح مقطع نامناسب را رقم می زند. کابل بلند بدون سطح مقطع بالا، افت ولتاژ بیشتری را به وجود می آورد.
• بدون محاسبه میزان افت ولتاژ، به اشتباه از کابل آلومینیومی به جای کابل مسی استفاده می شود. در انتخاب کابل آلومینیومی باید سطح مقطعی به میزان 1.6 برابر بیشتر انتخاب کرد.
• در انتخاب کابل، به شرایط محیطی نصب کابل بی توجهی گردد. حرارت و رطوبت بالا، افت ولتاژ را برای کابل نامناسب امکان پذیر می کند.
• از کابل های تقلبی و غیر استاندارد استفاده شود.

نتیجه ‌گیری

دستگاه های الکتریکی خانگی و صنعتی نظیر کولر گازی، با استفاده از موتورهای الکتریکی تک فاز و سه فاز، از توان معین و جریان الکتریکی خاص استفاده می کنند. در صورتی که هنگام کارکرد، از طریق کابل افت ولتاژ را تجربه کنند، برای آن ها کاهش عملکرد و آسیب دیدن موتور و تجهیزات الکتریکی به وجود می آید. جلوگیری از افت ولتاژ با انتخاب کابل مناسب امکان پذیر است که می تواند در سلامت موتور دستگاه، راندمان عالی آن و همچنین کاهش هزینه های تعمیرات موثر باشد. مجموعه آرسام الکتریک در این صفحه با معرفی نکات مهم در انتخاب کابل و روش های پیشگیری از پایین آمدن ولتاژ، راهکاری لازم برای عدم تجربه افت ولتاژ غیرمجاز را معرفی کرد که می تواند پایداری ولتاژ را برای دستگاه های الکتریکی به وجود آورد.

 

 

 

جهت دریافت مشاوره با شماره زیر تماس حاصل فرمایید یا به ادرس ما مراجعه فرمایید.
(آرسام الکتریک)
(02133981360)

 

منبع1  منبع2    منبع3    منبع 4    منبع 5