電圧降下の公式と計算例

電圧降とは何か

電圧降は、電気回路を通る電流の経路上で電位が減少することです。もっと単純に言えば、「電圧」の「降下」とも言えます。電圧降は、電源の内部抵抗、パッシブ要素、導体間、接点間、コネクタ間での不必要なエネルギー損失により発生します。

電気負荷間の電圧降は、その負荷で他の有用な形のエネルギーに変換されるべき電力に比例します。電圧降はオームの法則を用いて計算されます。

直流回路における電圧降

直流回路では、電圧降の原因は抵抗です。直流回路における電圧降について理解するために、例を見てみましょう。直流電源、2つの抵抗器（直列接続）、および負荷からなる回路を想定します。

ここでは、回路の各要素には一定の抵抗があります。それらはエネルギーを受けて消費します。しかし、エネルギーの値を決定する要因は要素の物理的特徴です。直流電源と最初の抵抗器間の電圧を測定すると、供給電圧よりも低いことがわかります。

個々の抵抗器間の電圧を測定することで、それぞれの抵抗によって消費されるエネルギーを計算できます。電流がワイヤーを介して直流電源から最初の抵抗器へ流れると、導体の抵抗により一部のエネルギーが散逸します。

電圧降を確認するためには、電圧降を計算するためにオームの法則とキルヒホッフの回路法則が使用されます。
オームの法則は以下のように表されます：

V → 電圧降 (V)
R → 電気抵抗 (Ω)
I → 電流 (A)

直流閉回路では、電圧降計算のためにキルヒホッフの回路法則も使用されます。以下の通りです：
供給電圧 = 回路の各コンポーネント間の電圧降の合計

直流電力線の電圧降計算

ここでは、100フィートの電力線の例を取ります。つまり、2本の線で2 × 100フィートになります。電気抵抗を1.02Ω/1000フィート、電流を10 Aとします。

交流回路における電圧降

交流回路では、抵抗（R）に加えて、電流の流れに対する第二の抵抗としてリアクタンス（X）があります。リアクタンスはXCとXLで構成され、両方とも電流の流れを妨げます。これらの合計はインピーダンス（Z）と呼ばれます。
XC → 容性リアクタンス
XL → 感性リアクタンス

Zの量は、磁気透過率、電気的な絶縁要素、および交流周波数などの要因によって決まります。
直流回路のオームの法則と同様に、ここでは以下のように表されます：

E → 電圧降 (V)
Z → 電気インピーダンス (Ω)
I → 電流 (A)

IB → 満載電流 (A)
R → ケーブル導体の抵抗 (Ω/1000ft)
L → ケーブル長さ（片側） (Kft)
X → 感性リアクタンス (Ω/1000f)
Vn → フェーズ対中性点電圧
Un → フェーズ対フェーズ電圧
Φ → 負荷の位相差

円形ミルと電圧降計算