电缆电压降计算器 | AWG 和 mm² 电线尺寸工具

电缆电压降计算器可计算电流通过一段电线时损失了多少电压。它利用电线的电阻、长度和电流，求出电压降、以热量形式浪费的功率，以及实际到达负载的电压。

每根电线都有一定的电阻。当电流通过该电阻时，部分电源电压会在到达末端设备之前被消耗。短而粗的电线损失的电压很少。长而细的电线可能造成足够大的电压损失，使电动机过热、灯光变暗或电池无法充满。

如何计算电压降

计算器需要六项输入：电缆长度、长度单位（英尺或米）、线规、线规系统（AWG 或 mm²）、以安培为单位的负载电流，以及以伏特为单位的电源电压。随后它会给出电压降、压降百分比、以热形式损耗的功率和负载端电压。

该公式

对于标准的双导体电路（一根电线通往负载，另一根返回），电压降为：

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

• $I$ = 负载电流，单位为安培
• $R$ = 每 1000 英尺（AWG）或每 1000 米（mm²）的电线电阻，因此除以 1000 后可得到每英尺或每米的电阻
• $L$ = 单程电缆长度，单位为英尺（AWG）或米（mm²）
• 2 这一因子计入了两根导体，因为电流必须经过往返路径

电线中以热量形式损失的功率为：

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

其中 $R_{total}$ 是两根导体的总电阻（$R_{total} = 2 \times \frac{R}{1000} \times L$，使用一致的单位）。

到达负载的电压为：

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

电压降占电源电压的比例为：

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

电线电阻值

美国线规（AWG）尺寸采用 NEC 第 9 章表 8 中的电阻数据，数值表示在 75 °C 下每 1000 英尺 的欧姆数；这是常见建筑电线的标准工作温度。

公制（mm²）规格以 IEC 60228 的导体电阻限值为起点，该限值是在 20 °C 下公布的。铜的电阻随温度升高而增大，因此计算器先把每个 mm² 数值调整到同一个 75 °C 基准，再与 AWG 数据比较。调整所用的是铜的电阻温度系数，在 20 °C 时为每 °C 0.00393：

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

这会使每个 IEC 数值乘以约 1.216。例如，6 mm² 电线在 20 °C 下的额定电阻为每 1000 米 3.08 欧姆，换算到 75 °C 后约为每 1000 米 3.75 欧姆。使用未经修正的 20 °C 数值，会使实际电压降低估约 18%。

长度会自动换算：AWG 规格用英尺，mm² 规格用米，与输入时使用的单位无关。

计算示例

住宅分支电路

一条 120 V 的电路使用 100 英尺 的 12 AWG 导线（在 75 °C 时每 1000 英尺 为 1.93 欧姆），载流 15 A。

• 电压降：5.79 V（占电源电压的 4.82%）
• 功率损失：86.85 W
• 负载端电压：114.21 V

这超过了支路常用的 3% 指导值。改用 10 AWG 后，压降降至 3.63 V（3.02%），仍略高于 3%。改用 8 AWG 后，压降降至 2.29 V（1.91%），明显在限值之内。

太阳能直流电路

一套 48 V 直流系统使用 6 mm² 电线，长度为 50 米（在 20 °C 下电阻为每 1000 米 3.08 欧姆，修正到 75 °C 后约为每 1000 米 3.75 欧姆），载流量为 20 A。

• 电压降：7.49 V（占供电电压的 15.61%）
• 功率损失：149.83 W
• 负载端电压：40.51 V

如此大的压降会把系统相当一部分输出浪费为热量，还会使逆变器或电池组得不到足够的电压。改用 16 mm² 的导线后，压降降至约 2.80 V（5.83%），损耗降至约 56 W。

工业 240 V 电路

一条 240 V 电路使用 6 AWG 电线，长度为 200 英尺（电阻为每 1000 英尺 0.491 欧姆），载流量为 40 A。

• 电压降：7.86 V（占供电电压的 3.27%）
• 功率损失：314.24 W
• 负载端电压：232.14 V

这只比 3% 指导值略高一点。升级到 4 AWG 后，压降降至 4.93 V（2.05%）。

线径对浪费功率的影响

线径会直接影响发热损失，因为功率损失与电流的平方成正比，而仅与电阻成正比。在 50英尺 长的线路上以 20 A 运行时，10 AWG 电线（电阻为每 1000 英尺 1.21 欧姆）约有 48.4 W 以热量形式损失；而 6 AWG 电线（电阻为每 1000 英尺 0.491 欧姆）在相同电流下约损失 19.6 W。较粗的电线可节省接近 29 W 的功率，否则这些功率会被浪费而无法送达负载。

建议的电压降限值

NEC（《国家电气规范》，美国通用的布线标准）以信息说明而非严格规定的形式，给出了通常引用的以下限值：

• 分支电路本身为 3%
• 馈线与分支电路合计为 5%

超过这些限值并不会自动构成违法，但可能导致灯光变暗、电动机运行过热以及电子设备运行不稳定。IEEE Std 141 为工业和商业供电系统提供了类似指导。

AWG 与 mm² 的比较

美国线规（AWG）起源于 1857 年，采用反向的对数刻度：号数越小，导线越粗。线规号数每减少三号，横截面积大约增加一倍。它是北美通用的标准。

mm² 系统直接以平方毫米表示铜导体的横截面积，因此 2.5 mm² 电线含有 2.5 平方毫米的铜。世界其他大部分地区都采用这一系统。

局限性

该计算器仅适用于双导体直流电路或单相交流电路。不适用于：

• 三相电路，其使用包含 √3 因子的不同公式，并且在输送相同功率时，通常比单相电路的百分比电压降更低。
• 大型交流导体，即大于约 1/0 AWG 的导体，此时感抗会叠加到普通电阻上。NEC 第 9 章表 9 列出了这种情况下的阻抗值。
• 导管填充率以及高于 75 °C 的环境温度，这两种因素都会使电线的实际电阻高于本文采用的标准表值。

如果计算出的电压降等于或高于电源电压，电路将根本无法提供输入的电流；计算器会对此进行标记，而不是显示负的负载端电压。

常见问题

什么是电压降？ 电压降是电流通过导线电阻时产生的电压损失，就像水压在很长的花园水管中逐渐下降一样。供电电压中有一部分始终到不了负载。

多大的电压降百分比是可以接受的？ NEC 常被引用的指导值是：支路为 3%，馈线与支路合计为 5%。超出这一范围，电动机、灯具和电子设备可能工作不正常。

如何减小电压降？ 可以改用更粗的导线、缩短电缆长度、减小负载电流，或者在可行时提高供电电压。改用更粗的导线是最常见的办法。

为什么公式要乘以 2？ 电流经一根导线流向负载，再经另一根导线返回。两根导线都有电阻，所以都要计入。

电压降会浪费能量吗？ 会。造成压降的同一电阻，也会把一部分电流转化为热量，遵循 $P = I^2 \times R$。这些热量是花钱买来却从未送到负载的能量。

电阻值基于什么温度？ 75 °C（167°F），这是 THHN 和 THWN 等常见建筑导线类型的标准额定温度。AWG 数值直接取自该温度下的 NEC 表 8。mm² 数值则由 IEC 60228 公布的 20 °C 数据换算上来。

这个计算器适用于三相电吗？ 不适用。它是为双导体单相电路设计的。三相电压降需要另一个包含 √3 系数的公式。

参考文献

1. 美国国家标准局（现为 NIST）。Copper Wire Tables，手册 100（1966 年）。NBS 手册 100（PDF） — 标准铜的温度系数，在 20 °C 时为 0.00393；表 6 给出 12 AWG 铜线在 75 °C 时每 1,000 英尺 的电阻为 1.93 欧姆；线规号数每变化三号，横截面积加倍或减半。