AC vs DC Spannungsabfall
Unterschiede beim Spannungsabfall zwischen AC- und DC-Systemen verstehen
Obwohl die Grundprinzipien des Spannungsabfalls sowohl für Wechselstrom- (AC) als auch für Gleichstromsysteme (DC) gelten, unterscheiden sich die Berechnungsmethoden und Überlegungen erheblich. DC-Systeme verwenden für Berechnungen nur den Widerstand, während AC-Systeme die Impedanz berücksichtigen müssen, eine Kombination aus Widerstand und Reaktanz. Das Verständnis dieser Unterschiede ist entscheidend für genaue Spannungsabfallberechnungen in modernen Elektroinstallationen, insbesondere angesichts der zunehmenden Verbreitung von Solarphotovoltaik-Systemen, Batteriespeichersystemen und Elektrofahrzeug-Ladesystemen.
DC-Spannungsabfall: reine Widerstandsberechnungsmethode
Da Gleichstrom kontinuierlich in eine Richtung fließt, ist die Berechnung des DC-Spannungsabfalls einfach und klar. Der einzige Widerstand gegen den Stromfluss ist der Widerstand des Leiters. Es ist nicht erforderlich, frequenzabhängige Reaktanz, Skin-Effekt oder Proximity-Effekt zu berücksichtigen. Diese Einfachheit macht DC-Berechnungen vorhersagbarer und leichter zu überprüfen. Häufige DC-Anwendungen umfassen Solarphotovoltaik-String-Verkabelung, Batteriespeichersysteme, Fahrzeug- und Schiffselektriksysteme, Telekommunikationsgeräte-Stromversorgungen und LED-Beleuchtungssysteme mit DC-Treibern.
Grundformel für DC-Spannungsabfall
Wobei: Vd = Spannungsabfall (Volt), I = Strom (Ampere), L = einfache Länge (Fuß), R = DC-Widerstand aus Tabelle 8 von NEC Kapitel 9 (Ohm/1000 Fuß). Der Koeffizient 2 zeigt an, dass der Strom durch zwei Leiter hin und zurück fließt.
AC-Spannungsabfall: Bedeutung des Impedanzfaktors
Wechselstrom führt zusätzliche Faktoren ein, die den Spannungsabfall beeinflussen. Wechselstrom erzeugt Magnetfelder um die Leiter, und diese Magnetfelder verursachen Reaktanz. Der Gesamtwiderstand gegen den AC-Fluss wird Impedanz (Z) genannt und kombiniert die Widerstands- (R) und Reaktanzkomponenten (X). Leistungsfaktor, Frequenz, Leitergröße und Installationsmethode beeinflussen den gesamten Spannungsabfall in AC-Systemen.
AC-Spannungsabfall-Berechnungsformel
Wobei Z (Impedanz) als Z = √(R² + X²) berechnet wird. Tabelle 9 von NEC Kapitel 9 liefert AC-Widerstands- und Reaktanzwerte für verschiedene Leiterkonfigurationen.
Wann welche Berechnungsmethode zu verwenden ist
Die Wahl der richtigen Spannungsabfall-Berechnungsmethode hängt vom Typ des zu entwerfenden Systems ab. DC-Berechnungen werden für Solar-Photovoltaik-DC-Schaltkreise, Batteriespeichersysteme, Fahrzeugsysteme und Niederspannungs-Steuerkreise verwendet. AC-Berechnungen werden für Wohn-Abzweigschaltkreise, kommerzielle dreiphasige Verteilungssysteme und Stahlrohrinstallationen verwendet.
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