Menghitung Hambatan Kabel untuk Sirkuit yang Kritis terhadap Turunan Tegangan

Saat merancang sirkuit listrik, rating ampacity hanya mengatasi keselamatan kebakaran, bukan turunan tegangan. Dalam banyak aplikasi—terutama desain suplai daya—tegangan yang mencapai beban tidak boleh jatuh di bawah ambang yang ditentukan. Hambatan konduktor dapat memperkenalkan turunan tegangan yang, meskipun jauh di bawah batas bahaya kebakaran, masih mengkompromi kinerja.

Mendesain Hambatan Kabel

Pertimbangkan sirkuit yang harus mempertahankan setidaknya 220 V di seluruh beban sementara sumbernya 230 V. Pengkabelan dapat menurun tidak lebih dari 10 V secara total. Dengan dua konduktor (suplai dan kembali), masing-masing harus menurun tidak lebih dari 5 V. Menggunakan Hukum Ohm (R = V/I), hambatan maksimum yang diizinkan per konduktor adalah 0,2 Ω untuk beban 25 A:

Untuk menentukan hambatan dari ukuran kabel tertentu, kita menggunakan hubungan

di mana ρ adalah resistivitas spesifik materi, l panjangnya, dan A luas penampang. Konduktor yang lebih panjang meningkatkan hambatan, sementara luas penampang yang lebih besar menguranginya.

Tabel di bawah ini mencantumkan resistensi spesifik konduktor umum pada 20 °C. Tembaga dihighlight sebagai salah satu materi yang paling konduktif, kedua setelah perak.

Resistensi Spesifik pada 20 °C

* Legasi baja: 99,5 % besi, 0,5 % karbon.

Nilai disajikan dalam Ω·cmil/kaki, satuan yang nyaman ketika panjang kabel diukur dalam kaki dan luas penampang dalam mil lingkaran. Untuk pekerjaan metrik, ρ juga dapat dinyatakan dalam Ω·m atau Ω·cm, dengan faktor konversi 1,66243 × 10⁻⁹ Ω·m per Ω·cmil/kaki.

Contoh Perhitungan

Menggunakan contoh sebelumnya, kita membutuhkan konduktor yang menyediakan 0,2 Ω atau kurang selama 2 300 kaki. Asumsikan tembaga, rumusnya menjadi:

Menyelesaikan untuk luas penampang menghasilkan 116 035 cmil. Merujuk pada tabel ukuran kabel standar, kabel 2/0 (133 100 cmil) memenuhi persyaratan, sedangkan 1/0 (105 500 cmil) tidak. Meskipun kabel 14-AWG akan memenuhi ampacity untuk beban 25 A, hambatannya sebesar 5,651 Ω selama 2 300 kaki (11,301 Ω pulang-pergi) akan menurunkan tegangan di bawah batas yang diizinkan.

Untuk mengilustrasikan, tembaga 14-AWG memiliki luas 4 107 cmil. Dengan ρ = 10,09 Ω·cmil/kaki, hambatan per konduktor adalah

Hasilnya total hambatan sirkuit sebesar 11,301 Ω, yang akan menurunkan arus 25 A menjadi hanya 20,35 A dengan suplai 230 V.

Contoh Hambatan Busbar

Untuk batang aluminium padat khusus (4 cm × 3 cm penampang, panjang 125 cm), luas penampang adalah:

Menggunakan ρ = 2,65 × 10⁻⁶ Ω·cm, hambatan ujung ke ujung adalah:

Luas penampang yang besar membuat busbar sangat efisien, menghasilkan hambatan jauh lebih rendah dibandingkan stel kabel yang sebanding.

Poin Kunci

• Hambatan naik dengan panjang dan turun dengan luas penampang yang lebih besar.
• Resistivitas spesifik (ρ) adalah properti intrinsik materi yang digunakan dalam R = ρ·l/A.
• Ω·cmil/kaki dan Ω·m/Ω·cm dapat dipertukarkan dengan faktor konversi 1,66243 × 10⁻⁹.
• Ketika turunan tegangan kritis, lakukan perhitungan hambatan yang akurat sebelum memilih ukuran kabel.

Lembar Kerja Terkait

• Lembar Kerja Hambatan Spesifik Konduktor