কেবল ভোল্টেজ ড্রপ ক্যালকুলেটর | AWG & mm² তার সাইজিং টুল

তারের ভোল্টেজ ড্রপ ক্যালকুলেটর বৈদ্যুতিক প্রবাহ তারের একটি নির্দিষ্ট দৈর্ঘ্য অতিক্রম করার সময় কত ভোল্টেজ হারায় তা নির্ণয় করে। এটি তারের রোধ, দৈর্ঘ্য এবং প্রবাহ ব্যবহার করে ভোল্টেজ ড্রপ, তাপ হিসেবে অপচয় হওয়া শক্তি এবং লোডে বাস্তবে পৌঁছানো ভোল্টেজ নির্ণয় করে।

প্রতিটি তারের কিছু রোধ থাকে। প্রবাহ সেই রোধের মধ্য দিয়ে গেলে দূরের প্রান্তের যন্ত্রে পৌঁছানোর আগেই সরবরাহ ভোল্টেজের একটি অংশ খরচ হয়ে যায়। ছোট ও মোটা তারে ভোল্টেজের ক্ষতি খুব কম হয়। লম্বা ও চিকন তারে এত বেশি ক্ষতি হতে পারে যে মোটর অতিরিক্ত গরম হয়, বাতির আলো কমে যায় অথবা ব্যাটারি পুরোপুরি চার্জ হয় না।

ভোল্টেজ ড্রপ কীভাবে হিসাব করবেন

ক্যালকুলেটরের ছয়টি ইনপুট প্রয়োজন: তারের দৈর্ঘ্য, দৈর্ঘ্যের একক (ফুট বা মিটার), তারের গেজ, গেজ পদ্ধতি (AWG বা mm²), অ্যাম্পিয়ারে লোড প্রবাহ এবং ভোল্টে সরবরাহ ভোল্টেজ। এরপর এটি ভোল্টেজ ড্রপ, শতকরা ড্রপ, তাপ হিসেবে অপচয় হওয়া শক্তি এবং সরবরাহকৃত ভোল্টেজ দেখায়।

সূত্র

একটি প্রমিত দ্বি-পরিবাহী সার্কিটে (একটি তার লোডে যায়, অন্যটি ফিরে আসে) ভোল্টেজ ড্রপ হলো:

$V_{drop} = 2 \times I \times \frac{R}{1000} \times L$

• $I$ = অ্যাম্পিয়ারে লোড প্রবাহ
• $R$ = প্রতি ১০০০ ফুট (AWG) অথবা প্রতি ১০০০ মিটারে (mm²) তারের রোধ; তাই প্রতি ফুট বা প্রতি মিটারের রোধ পেতে এটিকে ১০০০ দিয়ে ভাগ করা হয়
• $L$ = একমুখী তারের দৈর্ঘ্য, ফুটে (AWG) অথবা মিটারে (mm²)
• ২ গুণকটি উভয় পরিবাহীর হিসাব করে, কারণ প্রবাহকে সামনে গিয়ে আবার ফিরে আসতে হয়

তারে তাপ হিসেবে অপচয় হওয়া শক্তি হলো:

$P_{loss} = I^2 \times R_{total}$

এখানে $R_{total}$ হলো উভয় পরিবাহীর সম্মিলিত রোধ ($R_{total} = 2 \times \frac{R}{1000} \times L$, সামঞ্জস্যপূর্ণ একক ব্যবহার করে)।

লোডে পৌঁছানো ভোল্টেজ হলো:

$V_{delivered} = V_{supply} - V_{drop}$

আর সরবরাহের তুলনায় ড্রপের অনুপাত হলো:

$\%_{drop} = \frac{V_{drop}}{V_{supply}} \times 100$

তারের রোধের মান

আমেরিকান ওয়্যার গেজ (AWG) আকারে NEC-এর অধ্যায় ৯, সারণি ৮-এর রোধের মান ব্যবহার করা হয়, যা সাধারণ ভবন-তারের মানক কার্যকর তাপমাত্রা ৭৫ °C-এ প্রতি ১০০০ ফুট-এ ওহমে দেওয়া থাকে।

মেট্রিক (mm²) মাপ IEC ৬০,২২৮-এ প্রকাশিত পরিবাহী রোধের সীমা থেকে নির্ধারিত হয়, যা ২০ °C তাপমাত্রায় প্রকাশিত। তাপমাত্রা বাড়লে তামার রোধও বাড়ে, তাই AWG মানের সঙ্গে তুলনা করার আগে ক্যালকুলেটর প্রতিটি mm² মানকে একই ৭৫ °C ভিত্তিতে সমন্বয় করে। এই সমন্বয়ে তাপমাত্রা অনুযায়ী তামার রোধের সহগ, প্রতি °C-এ প্রায় ০.০০৩৯৩, ব্যবহার করা হয়:

$R_{75°C} = R_{20°C} \times [1 + 0.00393 \times (75 - 20)]$

এতে প্রতিটি IEC মান প্রায় ১.২১৬ গুণ বৃদ্ধি পায়। উদাহরণস্বরূপ, ৬ mm² তারের মান ২০ °C তাপমাত্রায় প্রতি ১০০০ মিটারে ৩.০৮ ওহম, যা ৭৫ °C-এ সমন্বয় করলে প্রতি ১০০০ মিটারে প্রায় ৩.৭৫ ওহম হয়। অপরিবর্তিত ২০ °C মান ব্যবহার করলে প্রকৃত ভোল্টেজ ড্রপ প্রায় ১৮% কম দেখানো হবে।

দৈর্ঘ্য স্বয়ংক্রিয়ভাবে রূপান্তরিত হয়: AWG আকারের জন্য ফুট এবং mm² আকারের জন্য মিটার, ইনপুটে যে এককই দেওয়া হোক না কেন। রূপান্তরে সংজ্ঞায়িত আন্তর্জাতিক ফুট ব্যবহার করা হয়: ১ ফুট (০.৩ মি) = ঠিক ০.৩০৪৮ মিটার।

সমাধানসহ উদাহরণ

আবাসিক শাখা সার্কিট

একটি ১২০ V সার্কিটে ১৫ A প্রবাহিত হয় এবং 12 AWG তারের ১০০ ফুট ব্যবহৃত হয় (প্রতি ১০০০ ফুট-এ ১.৯৩ ওহম)।

• ভোল্টেজ ড্রপ: ৫.৭৯ V (সরবরাহের ৪.৮২%)
• শক্তির ক্ষতি: ৮৬.৮৫ W
• সরবরাহকৃত ভোল্টেজ: ১১৪.২১ V

এটি শাখা সার্কিটের জন্য প্রচলিত ৩% নির্দেশিকা অতিক্রম করে। 10 AWG তার ব্যবহার করলে ড্রপ কমে ৩.৬৩ V-এ আসে (৩.০২%), যা এখনও ৩%-এর সামান্য বেশি। 8 AWG তার ব্যবহার করলে এটি ২.২৯২ V (১.৯১%) হয়, যা সীমার যথেষ্ট ভেতরে।

সৌর DC সার্কিট

একটি ৪৮ V DC ব্যবস্থায় ২০ A প্রবাহিত হয় এবং ৬ mm² তারের ৫০ মিটার ব্যবহৃত হয় (২০ °C-এ প্রতি ১০০০ মিটারে ৩.০৮ ওহম; ৭৫ °C-এ সমন্বয়ের পর প্রতি ১০০০ মিটারে প্রায় ৩.৭৫ ওহম)।

• ভোল্টেজ ড্রপ: ৭.৪৯১ V (সরবরাহের ১৫.৬১%)
• শক্তির ক্ষতি: ১৪৯.৮৩ W
• সরবরাহকৃত ভোল্টেজ: ৪০.৫১ V

এত বড় ড্রপ ব্যবস্থার উৎপাদনের একটি উল্লেখযোগ্য অংশ তাপ হিসেবে অপচয় করে এবং ইনভার্টার বা ব্যাটারি ব্যাংকে পর্যাপ্ত ভোল্টেজ পৌঁছাতে দেয় না। ১৬ mm² তার ব্যবহার করলে ড্রপ কমে ২.৭৯৭ V (৫.৮৩%) এবং ক্ষতি কমে প্রায় ৫৬ W হয়।

শিল্প ২৪০ V সার্কিট

একটি ২৪০ V সার্কিটে ৪০ A প্রবাহিত হয় এবং 6 AWG তারের ২০০ ফুট ব্যবহৃত হয় (প্রতি ১০০০ ফুট-এ ০.৪৯১ ওহম)।

• ভোল্টেজ ড্রপ: ৭.৮৫৬ V (সরবরাহের ৩.২৭%)
• শক্তির ক্ষতি: ৩১৪.২৪ W
• সরবরাহকৃত ভোল্টেজ: ২৩২.১৪ V

এটি ৩% নির্দেশিকার চেয়ে সামান্য বেশি। 4 AWG তার ব্যবহার করলে ড্রপ কমে ৪.৯২৮ V (২.০৫%) হয়।

তারের আকারে অপচয় হওয়া শক্তির প্রভাব

তারের আকার তাপের ক্ষতিকে সরাসরি প্রভাবিত করে, কারণ শক্তির ক্ষতি প্রবাহের বর্গের সঙ্গে বাড়ে, কিন্তু রোধের সঙ্গে সরলরৈখিকভাবে বাড়ে। ২০ A প্রবাহে ৫০ ফুট দৈর্ঘ্যে 10 AWG তার (প্রতি ১০০০ ফুট-এ ১.২১ ওহম) তাপ হিসেবে প্রায় ৪৮.৪ W হারায়, আর একই প্রবাহে 6 AWG তার (প্রতি ১০০০ ফুট-এ ০.৪৯১ ওহম) প্রায় ১৯.৬ W হারায়। মোটা তারটি প্রায় ২৯ W সাশ্রয় করে, যা অন্যথায় অপচয় হতো, লোডে পৌঁছাত না।

সুপারিশকৃত ভোল্টেজ ড্রপের সীমা

NEC (National Electrical Code, যুক্তরাষ্ট্রজুড়ে ব্যবহৃত ওয়্যারিং মানদণ্ড) কঠোর নিয়ম হিসেবে নয়, তথ্যগত নোট হিসেবে সাধারণত উদ্ধৃত নিম্নলিখিত সীমাগুলো দেয়:

• শুধু শাখা সার্কিটের জন্য ৩%
• ফিডার ও শাখা সার্কিট মিলিয়ে ৫%

এই সীমা অতিক্রম করলেই স্বয়ংক্রিয়ভাবে আইন ভঙ্গ হয় না, তবে এতে বাতির আলো কমে যেতে পারে, মোটর অতিরিক্ত গরম হয়ে চলতে পারে এবং ইলেকট্রনিক যন্ত্র অনিয়মিত আচরণ করতে পারে। IEEE Std ১৪১ শিল্প ও বাণিজ্যিক বিদ্যুৎ ব্যবস্থার জন্য অনুরূপ নির্দেশনা দেয়।

AWG এবং mm²-এর তুলনা

আমেরিকান ওয়্যার গেজের প্রচলন শুরু হয় ১৮৫৭ সালে এবং এটি বিপরীতমুখী লগারিদমিক স্কেল ব্যবহার করে: সংখ্যা যত ছোট, তার তত মোটা। গেজ নম্বর তিন কমলে প্রস্থচ্ছেদের ক্ষেত্রফল প্রায় দ্বিগুণ হয়। উত্তর আমেরিকাজুড়ে এটি মানক।

mm² পদ্ধতিতে তামার প্রস্থচ্ছেদের ক্ষেত্রফল সরাসরি বর্গমিলিমিটারে প্রকাশ করা হয়, তাই ২.৫ mm² তারে তামার পরিমাণ ২.৫ বর্গমিলিমিটার। বিশ্বের অধিকাংশ অন্যান্য অঞ্চলে এটি ব্যবহৃত হয়।

সীমাবদ্ধতাসমূহ

ক্যালকুলেটরটি কেবল দুই-পরিবাহী DC বা একফেজ AC সার্কিটের জন্য প্রযোজ্য। এটি নিম্নলিখিত ক্ষেত্রে প্রযোজ্য নয়:

• তিন-ফেজ সার্কিট, যেখানে √৩ গুণকযুক্ত ভিন্ন সূত্র ব্যবহার করা হয় এবং একই শক্তি বহনকারী একফেজ সার্কিটের তুলনায় সাধারণত শতকরা ড্রপ কম হয়।
• বড় AC পরিবাহী, প্রায় 1/0 AWG-এর বেশি, যেখানে আবেশীয় রিঅ্যাকট্যান্স সাধারণ রোধের সঙ্গে যুক্ত হয়। এই ক্ষেত্রে NEC-এর অধ্যায় ৯, সারণি ৯ ইম্পিড্যান্সের মান তালিকাভুক্ত করে।
• কনডুইটের ভরাট পরিমাণ এবং ৭৫ °C-এর বেশি পরিবেষ্টন তাপমাত্রা, যেগুলো এখানে ব্যবহৃত মানক সারণির মানের চেয়ে তারের প্রকৃত রোধ বাড়ায়।

হিসাব করা ভোল্টেজ ড্রপ সরবরাহ ভোল্টেজের সমান বা বেশি হলে সার্কিটটি কোনোভাবেই ইনপুট করা কারেন্ট সরবরাহ করতে পারে না; ক্যালকুলেটর ঋণাত্মক সরবরাহকৃত ভোল্টেজ দেখানোর বদলে বিষয়টি চিহ্নিত করে।

প্রায়শই জিজ্ঞাসিত প্রশ্ন

ভোল্টেজ ড্রপ কী? ভোল্টেজ ড্রপ হলো তারের রোধের মধ্য দিয়ে প্রবাহ যাওয়ার সময় ঘটে যাওয়া ভোল্টেজের ক্ষতি, যেমন লম্বা বাগানের পাইপে পানির চাপ কমে যায়। সরবরাহ ভোল্টেজের কিছু অংশ কখনোই লোডে পৌঁছায় না।

কত শতাংশ ভোল্টেজ ড্রপ গ্রহণযোগ্য? NEC-এ সাধারণত উদ্ধৃত নির্দেশনা হলো শাখা সার্কিটের জন্য ৩% এবং ফিডার ও শাখা সার্কিট মিলিয়ে ৫%। এর বেশি হলে মোটর, বাতি এবং ইলেকট্রনিক যন্ত্র ঠিকমতো কাজ নাও করতে পারে।

ভোল্টেজ ড্রপ কীভাবে কমানো যায়? মোটা তার ব্যবহার করুন, তারের দৈর্ঘ্য কমান, লোড প্রবাহ কমান অথবা সম্ভব হলে সরবরাহ ভোল্টেজ বাড়ান। মোটা তার ব্যবহার করাই সবচেয়ে প্রচলিত সমাধান।

সূত্রে ২ দিয়ে গুণ করা হয় কেন? একটি পরিবাহীর মাধ্যমে প্রবাহ লোডে যায় এবং দ্বিতীয়টির মাধ্যমে ফিরে আসে। উভয় পরিবাহী রোধ যোগ করে, তাই দুটিই হিসাব করা হয়।

ভোল্টেজ ড্রপ কি শক্তি অপচয় করে? হ্যাঁ। যে রোধ ড্রপ ঘটায়, সেটিই প্রবাহের একটি অংশকে তাপে রূপান্তর করে; সূত্রটি হলো $P = I^2 \times R$। এই তাপের জন্য শক্তির খরচ হয়, কিন্তু তা লোডে পৌঁছায় না।

রোধের মানগুলো কোন তাপমাত্রার ভিত্তিতে নির্ধারিত? ৭৫ °C (১৬৭°F), THHN ও THWN-এর মতো সাধারণ ভবন-তারের জন্য ব্যবহৃত মানক রেটিং। AWG মানগুলো সরাসরি সেই তাপমাত্রায় NEC সারণি ৮ থেকে নেওয়া। mm² মানগুলো IEC ৬০,২২৮-এ প্রকাশিত ২০ °C মান থেকে বাড়িয়ে রূপান্তর করা হয়।

এই ক্যালকুলেটর কি তিন-ফেজ বিদ্যুতের জন্য কাজ করে? না। এটি দুই-পরিবাহী, একফেজ সার্কিটের জন্য তৈরি। তিন-ফেজ ভোল্টেজ ড্রপের জন্য √৩ গুণকসহ একটি পৃথক সূত্র প্রয়োজন।

তথ্যসূত্র

1. National Fire Protection Association, NFPA ৭০: National Electrical Code, ২০২৩ Edition — Article ২১০.১৯(A) (শাখা সার্কিটের ভোল্টেজ ড্রপ), অধ্যায় ৯, সারণি ৮ (পরিবাহীর রোধ), সারণি ৯ (AC ইম্পিড্যান্স)।
2. Institute of Electrical and Electronics Engineers, IEEE Std ১৪১-১৯৯৩ (Red Book), শিল্প কারখানার বৈদ্যুতিক শক্তি বিতরণের জন্য সুপারিশকৃত অনুশীলন।
3. International Electrotechnical Commission, IEC ৬০,২২৮: Conductors of Insulated Cables।