Kalkulator Jatuh Tegangan

V_drop = 2 × L × I × ρ / A, dengan ρ = 0,0172414 Ω·mm²/m untuk tembaga pada 20 °C

L

Panjang kabel satu arah, dalam meter atau kaki — jarak dari sumber ke beban, bukan total panjang tembaganya. Inilah satu-satunya masukan di halaman ini yang mudah salah tanpa terasa: jalur sepanjang 30 meter memerlukan 60 meter konduktor, karena arusnya pergi dan kembali, dan angka dua di depan rumus sudah memperhitungkan hal itu. Ketik 60 alih-alih 30 dan setiap jawaban di halaman ini menjadi dua kali lipat, dan hasilnya tampak seperti jalur yang agak panjang, bukan seperti kesalahan

I

Arus yang ditarik beban, dalam ampere. Ini arus yang sama yang mengalir pada kedua konduktor, dan itulah sebabnya ia mengalikan seluruh hambatan loop dan bukan separuhnya. Jatuh tegangan berbanding lurus dengan arus, jadi menggandakan beban menggandakan kerugiannya — dan karena kerugian itu juga memakan daya, jalur panjang yang berbeban berat membuang energi sekaligus menjatuhkan volt

A

Luas penampang konduktor, dalam milimeter persegi, yaitu angka yang tercetak pada kabel yang Anda beli. Ia duduk di penyebut, jadi ia adalah tuas yang Anda pegang: untuk memotong jatuh tegangan menjadi separuh, gandakan luas penampangnya. Tabel di bawah memperlihatkan akibatnya di seluruh rentang 1,5 mm² sampai 25 mm² pada beban yang sama, dan itulah sebabnya jalur yang panjang memerlukan kabel yang lebih berat daripada jalur pendek yang mengalirkan arus yang sama

ρ

Resistivitas konduktor, 0,0172414 ohm milimeter persegi per meter untuk tembaga anil pada 20 °C, yaitu nilai di balik standar konduktivitas IACS 100%. Aluminium sekitar 1,64 kali lebih besar, jadi konduktor aluminium dengan ukuran sama menjatuhkan tegangan sekitar 64% lebih banyak. Tembaga di sini tidak berubah hambatannya terhadap suhu: konduktor yang hangat memiliki hambatan lebih tinggi daripada nilai tabelnya, sehingga kalkulator ini mengembalikan kasus terbaik

2

Dua konduktor dalam loop, satu berangkat dan satu kembali. Ini bukan margin keamanan dan bukan faktor koreksi, dan menghilangkannya membuat jatuh tegangannya kurang tepat setengahnya. Rangkaian satu fasa dan arus searah sama-sama memerlukannya; aritmetika untuk rangkaian tiga fasa seimbang berbeda lagi dan tidak dicakup halaman ini

Pakai halaman ini sebelum menarik kabel sejauh apa pun, dan terutama pada arus searah bertegangan rendah, ketika tegangan sumbernya cukup kecil sehingga kerugiannya berarti sebagai pecahan darinya. Rangkaian 12 V yang jatuh 1 V telah kehilangan 8% tegangannya; kabel yang sama yang mengalirkan arus yang sama pada 220 V juga jatuh 1 V, tetapi itu hanya 0,45% dan tidak ada yang memperdulikannya. Itulah sebabnya kalkulator untuk lampu taman, kelistrikan perahu, dan panel surya menanyakan panjang jalurnya, dan itulah sebabnya jawaban di sini berupa persentase dan bukan hanya volt. Persentase itulah yang Anda bandingkan dengan rekomendasinya.

1. Nilai bawaan: 230 V, 20 A, jalur 30 m pada 2,5 mm²

   1. Tegangan sumber 230 V, arus beban 20 A, jalur 30 m satu arah, konduktor 2,5 mm²
   2. Hambatan loop adalah 2 × 30 × 0,0172414 / 2,5 = 0,4138 ohm
   3. Jatuh tegangannya 20 × 0,4138 = 8,28 V, yaitu 8,28 / 230 = 3,6% dari tegangan sumber
   4. Beban menerima 230 − 8,28 = 221,72 V, dan kedua konduktor bersama-sama membuang 8,28 × 20 = 165,52 W

   Bacalah kedua angka tengahnya berdampingan, karena itulah inti seluruh halaman ini. 3,6% berada di atas rekomendasi 3% untuk sirkuit cabang tetapi di bawah rekomendasi keseluruhan 5%, sehingga lencananya berwarna kuning, dan inilah hal paling berguna yang dilakukan sebuah perhitungan jatuh tegangan: ia tidak memberitahu bahwa jatuh tegangannya ada, melainkan bahwa jatuh tegangannya sudah di tepi. Keempat barisnya juga saling menutup — 8,28 ditambah 221,72 adalah 230, dan 8,28 kali 20 adalah 165,52 — sehingga kalau Anda mengubah satu masukan, sisanya bisa Anda turunkan ulang dan panelnya bisa diperiksa terhadap dirinya sendiri. Ingat bahwa 3% dan 5% itu praktik Amerika: PUIL yang berlaku di Indonesia memakai patokan persentase yang lain, jadi angka 3,6% di sini paling berguna sebagai perbandingan, bukan sebagai putusan.

2. Kabel yang sama pada separuh beban dan dua pertiga panjangnya

   1. Tegangan sumber 230 V, arus beban 10 A, jalur 20 m satu arah, konduktor 2,5 mm²
   2. Memotong arus menjadi separuh dan memendekkan panjang dari 30 m ke 20 m mengalikan jatuh tegangannya dengan 0,5 × 0,667
   3. 8,28 V × 0,333 = 2,76 V, yaitu 1,2% dari 230 V
   4. Beban menerima 227,24 V dan kabelnya membuang 27,59 W, bukan 165,52 W

   Yang terbuang turun jauh lebih cepat daripada tegangannya, dan itu layak diperhatikan: jatuh tegangannya turun tiga kali lipat sementara daya yang hilang turun enam kali lipat, karena daya yang hilang adalah jatuh tegangan dikali arus dan keduanya sama-sama turun. Inilah aritmetika di balik nasihat bahwa jalur yang panjang, tipis, dan berbeban berat adalah yang paling mahal. Ia juga memperlihatkan bahwa persentaselah angka yang perlu diawasi, bukan voltnya — 2,76 V terdengar lebih besar daripada 1,2%.

3. Arus searah bertegangan rendah: 12 V, 1 A, 5 m pada 1,5 mm²

   1. Tegangan sumber 12 V, arus beban 1 A, jalur 5 m satu arah, konduktor 1,5 mm²
   2. Hambatan loop adalah 2 × 5 × 0,0172414 / 1,5 = 0,1149 ohm
   3. Jatuh tegangannya 1 × 0,1149 = 0,11 V, dan beban menerima 11,89 V
   4. Sebagai persentase dari 12 V, itu 0,96%, masih nyaman di dalam rekomendasi

   Pendek dan berbeban ringan, jadi kabelnya hampir tidak melakukan apa pun — tetapi persentasenya sudah mendekati 1% pada rel 12 V, sedangkan kabel yang persis sama pada 220 V hanya akan berada di 0,05%. Perbandingan inilah yang menjelaskan mengapa instalasi bertegangan rendah memerlukan kabel yang ternyata cukup tebal: jatuh tegangan dalam volt ditetapkan oleh arus dan kabelnya, dan ia tidak tahu serta tidak peduli berapa tegangan sumbernya. Mengecilkan tegangan sumber mengecilkan penyebutnya, dan yang gagal adalah persentasenya. Ini juga skenario yang paling sering dijumpai di Indonesia pada lampu taman bertenaga 12 V, lampu panel surya, dan perahu.

4. Meramalkan sumber yang tidak akan sanggup

   1. Tegangan sumber 12 V, arus beban 20 A, jalur 100 m satu arah, konduktor 1,5 mm²
   2. Hambatan loop adalah 2 × 100 × 0,0172414 / 1,5 = 2,299 ohm
   3. Jatuh tegangannya 20 × 2,299 = 45,98 V, yaitu 383% dari tegangan sumber 12 V
   4. Baris beban terbaca −33,98 V, sebuah bilangan negatif

   Tegangan negatif itu jawabannya, bukan kerusakan: artinya kabel 1,5 mm² sepanjang 100 meter sama sekali tidak sanggup mengantarkan 20 ampere dari sumber 12 volt, sehingga modelnya sudah didorong melewati titik di mana ia menggambarkan sesuatu yang nyata. Halaman ini sengaja membiarkan angkanya tanpa dipangkas alih-alih menampilkan nol, karena nol akan tampak seperti hasil yang sah — beban yang tidak menerima volt — padahal yang sebenarnya benar adalah instalasi ini mustahil dan memerlukan jalur yang lebih pendek atau konduktor yang jauh lebih berat. Setiap jawaban di sini adalah peringatan, termasuk 919 W yang akan diminta dibuang oleh kabelnya.

Resistivitas ditahan pada nilai 20 °C untuk tembaga anil, jadi konduktor yang menghangat di bawah beban memiliki hambatan lebih tinggi dan jatuh tegangan lebih besar daripada yang ditampilkan: angka di sini adalah kasus terbaik. Aluminium, yang resistivitasnya sekitar 1,64 kali lebih besar, tidak dimodelkan. Rangkaian tiga fasa seimbang memakai persamaan yang berbeda dan tidak dicakup. Bebannya diperlakukan sebagai arus tetap, sedangkan beban berdaya tetap yang sebenarnya menarik arus lebih besar ketika tegangannya turun, sehingga jatuh tegangannya sedikit lebih buruk daripada perkiraan. Ambang 3% dan 5% yang dipakai halaman ini berasal dari National Electrical Code Amerika Serikat dan kedudukannya adalah rekomendasi di dalam catatan penjelasan, bukan aturan wajib; PUIL dan SNI yang berlaku di Indonesia memakai patokan persentase yang berbeda, jadi pakailah lencana di halaman ini sebagai perbandingan dan bukan sebagai kepatuhan. Terakhir, halaman ini hanya menghitung jatuh tegangan: pemilihan luas penampang juga harus memenuhi kemampuan hantar arus kabel (KHA), ukuran MCB, dan syarat pemasangan setempat, dan pertanyaan-pertanyaan itu tidak dijawab di sini.

Panjang kabelnya jarak satu arah atau panjang total?

Jarak satu arah dari sumber ke beban, dan inilah kesalahan yang paling mungkin ditangkap halaman ini. Arusnya keluar dari sumber lewat satu konduktor dan kembali lewat konduktor yang lain, jadi ada dua panjang tembaga di dalam rangkaiannya dan angka 2 di depan rumus memperhitungkan hal itu. Jalur 30 meter berarti 60 meter kabel. Ketik 60 ke dalam kotak panjangnya dan setiap jawaban menjadi dua kali lipat, dan hasilnya terbaca seperti jalur yang agak panjang, bukan seperti kesalahan, sehingga rumusnya tetap tampak wajar padahal salah dua kali.

Mengapa tegangan pada beban keluar negatif?

Karena kabelnya tidak sanggup mengantarkan arus sebesar itu sejauh itu dari sumber sebesar itu, sehingga modelnya sudah didorong melewati jangkauannya. Pada contoh 12 V, 20 A, 100 meter, dan 1,5 mm², hambatan loop-nya sekitar 2,3 ohm dan jatuh tegangannya 46 volt — hampir empat kali tegangan sumbernya. Tegangan beban yang negatif bukan pembacaan yang bisa Anda tindak lanjuti; itu aritmetika yang mengatakan bahwa kombinasi ini mustahil dan bahwa Anda memerlukan jalur yang lebih pendek, konduktor yang lebih berat, atau tegangan sumber yang lebih tinggi. Angkanya sengaja dibiarkan terlihat dan tidak dipangkas ke nol supaya kemustahilannya tampak.

Berapa jatuh tegangan yang dianggap layak?

National Electrical Code Amerika Serikat menyarankan tidak lebih dari 3% pada sirkuit cabang dan tidak lebih dari 5% secara keseluruhan, yaitu dari feeder ditambah sirkuit cabangnya — keduanya rekomendasi di dalam catatan penjelasan, bukan aturan wajib, dan keduanya praktik Amerika. Standar dan negara lain memakai angka yang berbeda: IEC 60364 dan GB 50054 Tiongkok mendekatinya lewat variasi tegangan yang diizinkan pada peralatannya, sedangkan PUIL dan SNI yang berlaku di Indonesia juga memakai patokan persentase tersendiri. Jadi ambang 3% dan 5% di halaman ini adalah rekomendasi Amerika yang diterapkan pada persentasenya, dan ia default yang masuk akal, bukan hukum yang berlaku universal.

Seberapa besar kabel yang lebih besar mengurangi jatuh tegangannya?

Berbanding lurus dengan luas penampangnya, karena luasnya duduk di penyebut. Menggandakan luas penampang memotong jatuh tegangan menjadi separuh; dari 1,5 mm² ke 25 mm² membaginya hampir tujuh belas kali. Tabel di halaman ini memperlihatkan kedua ujungnya pada jalur 230 V, 20 A, 30 meter yang sama: 13,79 V untuk kabel kecil dan 0,83 V untuk kabel besar. Yang tidak dilakukannya adalah berubah secara linear terhadap harga, dan itulah sebabnya jawaban praktisnya biasanya kabel terkecil yang menjaga persentasenya tetap di dalam rekomendasi, bukan kabel terbesar yang tersedia.

Apakah suhu konduktornya berpengaruh?

Berpengaruh, dan halaman ini tidak memodelkannya. Hambatan tembaga naik terhadap suhu sekitar 0,4% per kelvin, jadi konduktor yang berjalan hangat di bawah beban memiliki hambatan lebih tinggi daripada nilai 20 °C yang dipakai di sini dan menghasilkan jatuh tegangan yang lebih besar daripada yang ditunjukkan perhitungannya. Peringkat arus menerus ditetapkan dengan mempertimbangkan pemanasan itu, dan kabel yang terbebani penuh bisa berada puluhan derajat di atas suhu sekitarnya. Perlakukan angka di halaman ini sebagai kasus terbaik pada 20 °C, dan tambahkan margin pada jalur mana pun yang berada dekat rekomendasinya.

Apakah ini sama dengan perhitungan ukuran kabel?

Ini separuhnya. Kalkulator ukuran kabel menjalankan perhitungan ini secara terbalik: alih-alih memberitahu berapa jatuh tegangan yang dihasilkan konduktor yang Anda pilih, ia memberitahu konduktor terkecil yang menjaga jatuh tegangannya di dalam batas yang Anda tetapkan. Keduanya memerlukan empat masukan yang sama dan keduanya memakai resistivitas yang sama, jadi angka dari yang satu seharusnya bisa direproduksi di yang lain. Memilih kabel juga harus memenuhi kemampuan hantar arus dan syarat pemasangannya, dan itu pertanyaan terpisah yang tidak dijawab halaman ini.

Bagaimana dengan rangkaian tiga fasa?

Rangkaian tiga fasa memerlukan persamaan yang berbeda dan halaman ini hanya untuk satu fasa serta arus searah. Pada rangkaian tiga fasa seimbang, jalur kembalinya dipakai bersama antarfasa, sehingga faktor loop-nya adalah akar tiga dan bukan dua, dan tegangan fasa-ke-fasa menggantikan tegangan sumber di dalam persentasenya. Memakai aritmetika dua konduktor pada feeder tiga fasa akan melebih-lebihkan jatuh tegangannya. Untuk instalasi tiga fasa di Indonesia, yang biasanya berarti sambungan daya tiga fasa 380 V dari PLN untuk industri, ambillah angkanya dari kalkulator yang menanyakan konfigurasi fasanya.

• NFPA 70 National Electrical Code, Article 210.19(A) Informational Note No. 4 and Article 215.2(A) — the branch-circuit 3% and total 5% voltage drop recommendations this page's bands are built on — National Fire Protection Association
• International Annealed Copper Standard — the IACS definition of 100% conductivity, which is where the 0.017241 Ω·mm²/m resistivity used here comes from — Wikipedia
• Voltage drop — the two-way conductor length convention, the derivation from R = ρL/A, and the difference between the single-phase and three-phase expressions — Wikipedia