电压降计算器（NEC）

什么是电压降计算器？

电压降计算器可以告诉你，电路从配电箱送到负载的途中损失了多少伏电压。没有一种导体是完美的：每一米导线都有电阻，电流流过这些电阻时，会把一部分供电电压转化为热量烧掉。当电流走完一段长线路抵达末端时，电机、灯具或插座看到的电压，可能已明显低于断路器送出的电压。

本工具采用电工在现场使用的标准近似算法。你选择系统类型（直流、单相交流或三相交流）、导体材料、AWG 导线规格、单程线路长度、负载电流和电源电压，它就会给出损失的电压、该损失占供电电压的百分比、真正到达负载的电压，以及该线路是否满足推荐限值的明确结论。

电压降为什么重要

在多数情况下，电压降过大并不算违规——它是性能和能效问题，美国国家电气规范（NEC）是在资料性注释中而非强制条款中讨论它的。但后果同样是实实在在的：

• 电机发热。 供电电压不足的感应电机为输出同样的转矩会吸取更大电流，从而使绕组发热并缩短寿命。
• 灯光变暗、闪烁。 白炽灯的光输出随电压快速下降，LED 驱动器在低电压端也可能工作异常。
• 加热设备功率不足。 电阻式加热的发热功率与电压的平方成正比，因此 5% 的电压损失几乎会损失 10% 的热量。
• 能源被浪费。 损失掉的电压在导线内部变成热量——你为它付了电费，它却在给墙壁加热，而不是给负载供能。

NEC 的建议（见 210.19(A) 与 215.2(A) 的资料性注释）是：分支电路的电压降不超过 3%，馈线加分支电路合计不超过 5%。本计算器就是按这个 3% 的目标来判定你的线路。

计算器如何工作？

计算依据的是欧姆定律的圆密尔形式，导体参数取自 NEC 第 9 章表 8。

导体电阻率。 常数 $K$ 是截面为 1 圆密尔、长度为 1 英尺的导体的电阻，单位是欧姆·圆密尔每英尺：

$$K_{\text{copper}} = 12.9 \qquad K_{\text{aluminum}} = 21.2$$

铝的 $K$ 比铜高约 64%——这正是同规格铝导线电压降明显更大的原因。

导体截面积。 每个 AWG 规格都有固定的圆密尔（$CM$）截面积，同样出自表 8——例如 12 AWG 为 $6{,}530$ CM，8 AWG 为 $16{,}510$ CM。数值越大，导线越粗、电阻越小、电压降越小。

直流与单相交流的电压降。 电流必须流到负载再经中性线返回，所以导线长度要算两遍：

$$V_{\text{drop}} = \frac{2 \times K \times I \times L}{CM}$$

三相交流的电压降。 在平衡的三相系统中，回流电流部分抵消，因此系数是 $\sqrt{3} \approx 1.732$ 而不是 2：

$$V_{\text{drop}} = \frac{1.732 \times K \times I \times L}{CM}$$

其中 $I$ 是负载电流（A），$L$ 是线路的单程长度（英尺）——你也可以用米输入，计算器会自动换算。

电压降百分比与负载端电压。 随后把电压降与供电电压相比，并从中扣除：

$$\%\ \text{drop} = \frac{V_{\text{drop}}}{V_{\text{source}}} \times 100$$ $$V_{\text{load}} = V_{\text{source}} - V_{\text{drop}}$$

计算实例

一条 20 A 的单相分支电路采用 12 AWG 铜导线，从 120 V 配电箱单程敷设 100 英尺（30.48 米）。

• 12 AWG 的截面积为 $6{,}530$ CM，铜的常数为 $K = 12.9$。
• 单相电路，系数取 2：

$$V_{\text{drop}} = \frac{2 \times 12.9 \times 20 \times 100}{6{,}530} = 7.90 \text{ V}$$

• 占供电电压的百分比：

$$\%\ \text{drop} = \frac{7.90}{120} \times 100 = 6.58\%$$

• 到达负载的电压：

$$V_{\text{load}} = 120 - 7.90 = 112.10 \text{ V}$$

6.58% 的电压降是推荐值 3% 的两倍多，因此这条线路不达标：负载只能得到 112.10 V。

用加大导线的方式解决

其他条件不变，改用 8 AWG 铜导线（$16{,}510$ CM）：

$$V_{\text{drop}} = \frac{2 \times 12.9 \times 20 \times 100}{16{,}510} = 3.13 \text{ V}$$

这是 120 V 的 2.60%，负载端还剩 116.87 V——轻松落在 3% 目标之内。加大两个规格，就找回了将近 5 V。

实用提示

• 填写单程距离，而不是往返距离。 公式对直流和单相电路已经自动把长度乘以 2 了。按导线的实际走向测量——沿墙上行、顺着搁栅、绕过障碍——比取配电箱到负载的直线距离更重要。
• 系统之间的全部差别就在这个系数上。 直流和单相都用 2，因为电流要在两根导线上走完一个完整的往返。平衡三相用 1.732，是因为三个线电流相位相差 120°，在回路中部分相互抵消。
• 这是经典的 NEC 近似算法。 它只用直流电阻，忽略导体电抗、温升和功率因数。对绝大多数分支电路和较短的馈线来说，这已经足够准确。若线路很长、导体很粗或功率因数很差，请改用 NEC 第 9 章表 9 的交流阻抗数据。请把这里的结果当作可靠的设计估算，而不是工程计算书的替代品。
• 铝要比铜大约粗两个规格才能追平。 由于 $K$ 是 21.2 而不是 12.9，同规格同电流下铝的电压降大约高 64%——为省钱换材料之前请先把这一点算进去。
• 电压降和载流量是两个不同的问题。 一根导线对它所承载的电流可能完全合规，但在长线路上仍然会损失过多电压。先用欧姆定律计算器和瓦特转安培计算器按载流量选型，再校核电压降，必要时加大规格。规格定下来之后，再用线管填充率计算器确认导线装得进线管。

常见问题

3% 是法定限值吗？ 不是。在 NEC 中它以资料性注释的形式出现——是指导建议，而非可强制执行的条款。地方修订、供电公司的要求或某台特定设备可能规定更严格的限值，部分辖区确实会把它变成强制要求。按分支电路 3%、总计 5% 来设计，几乎可以满足所有要求。

为什么长度要算两遍？ 电流必须走完一个完整回路。在单程 100 英尺的线路上，电流沿火线走 100 英尺出去，再沿中性线走 100 英尺回来——一共是 200 英尺的电阻。公式里的系数 2 已经自动考虑了这一点，所以你只需填单程距离。

什么是圆密尔？ 它是直径为 1 密尔（千分之一英寸）的圆的面积。导线表格采用它，是因为以圆密尔计的面积就等于以密尔计的直径的平方——不需要 $\pi$——这让导体之间的比较变得非常方便。

电压降过大怎么办？ 按可行性排序：加大导线截面（最常用的办法）、缩短线路、把负载分到两条电路上，或者提高供电电压——传输同样功率的 240 V 电路电流减半，因而电压降也减半。