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。

计算公式

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）尺寸以 IEC 60,228 规定的导体电阻限值为基础，这些限值发布时采用的是 20 °C。铜的电阻会随温度升高，因此计算器会将每个 mm² 数值调整到相同的 75 °C 基准，再与 AWG 数值比较。调整采用铜的电阻温度系数，约为每 °C 0.00393：

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

这会使每个 IEC 数值增加约 1.216 倍。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 尺寸使用英尺，mm² 尺寸使用米，无论输入时采用哪种单位。换算使用定义的国际英尺，即 1 英尺 = 0.3048 米（精确值）。

示例

住宅分支电路

一条 120 V 电路使用 12 AWG 电线，长度为 100 英尺（电阻为每 1000 英尺 1.93 欧姆），载流量为 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

这超过了分支电路通常采用的 3% 指导值。改用 10 AWG 后，电压降降至 3.63 V（3.02%），仍略高于 3%。改用 8 AWG 后，电压降降至 2.292 V（1.91%），明显低于限值。

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：7.491 V（占电源电压的 15.61%）
• 功率损失：149.83 W
• 负载端电压：40.51 V

如此大的电压降会使系统输出中相当一部分以热量形式浪费，并导致逆变器或蓄电池组的电压不足。改用 16 mm² 电线后，电压降降至 2.797 V（5.83%），损失降至约 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：7.856 V（占电源电压的 3.27%）
• 功率损失：314.24 W
• 负载端电压：232.14 V

这仅略高于 3% 指导值。升级为 4 AWG 后，电压降降至 4.928 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

美国线规起源于 1857，采用反向对数标度：数字越小，电线越粗。线规数字减少三级时，横截面积大致会增加一倍。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？ 电压降是电流通过电线电阻时发生的电压损失，类似于水流通过长花园软管时水压下降。部分电源电压永远无法到达负载。

多大的电压降百分比可以接受？ NEC 通常引用的指导值是：分支电路为 3%，馈线与分支电路合计为 5%。超过这些值后，电动机、灯具和电子设备可能运行不良。

如何降低电压降？ 使用更粗的电线、缩短电缆长度、降低负载电流，或者在可行时提高电源电压。使用更粗的电线是最常见的解决方法。

为什么公式要乘以 2？ 电流通过一根导体流向负载，再通过第二根导体返回。两根导体都会增加电阻，因此都必须计入。

电压降会浪费能量吗？ 会。造成电压降的同一电阻也会按照 $P = I^2 \times R$ 将部分电流转化为热量。这些热量消耗了付费获得的能量，却没有送达负载。

电阻值以什么温度为依据？ 75 °C（167°F），这是 THHN 和 THWN 等常见建筑电线类型的标准额定温度。AWG 数值直接来自该温度下的 NEC 表 8。mm² 数值则由 IEC 60,228 发布的 20 °C 数值换算而来。

该计算器适用于三相电吗？ 不适用。它针对的是双导体单相电路。三相电压降需要使用包含 √3 因子的独立公式。

参考文献

1. 国家消防协会，《NFPA 70：国家电气规范》，2023 版——第 210.19(A) 条（分支电路电压降）、第 9 章表 8（导体电阻）、表 9（交流阻抗）。
2. 电气与电子工程师学会，《IEEE Std 141-1993（红皮书）》，工业厂房电力配电推荐实践》。
3. 国际电工委员会，《IEC 60,228：绝缘电缆导体》。