電力系統與配電設計中，電壓的穩定性扮演著至關重要的角色。對用戶而言，只要馬達能轉動就好了，但你有想過電纜可能會是馬達啟動失敗的兇手嗎？電壓降，看似微小的電壓差異，卻往往是影響用電設備效能與系統穩定性的關鍵因素。
電壓降（Voltage Drop）
1. 定義
電壓降是指當電流經過導體時，由於導體內部存在阻抗（包含電阻與感抗），造成端對端電壓的降低。簡單來說，就是電源輸出電壓與負載實際接收到電壓之間的差值。
從上圖來看，當電流流過電纜，若電纜的阻抗太高，大部分的電壓就會被電纜吃掉，送到負載端的電壓就會較低。理想上，我們希望 Vs 等於 Vt，如此一來電源端的能量就可100%傳送至負載端。但現實上不可能會有這種狀況，我們只能盡力減少R與X的值，以減小電壓降。
2. 造成電壓降的原因
- 電纜長度過長，因為R與X的存在，導致電纜阻抗變高。
- 電纜截面積不足，因為電阻大小與截面積成反比，與長度成正比。當電纜線徑選用太小，會使得電纜阻抗較高。
- 電流過大。若電流太大，搭配電纜阻抗，自然也造成較大電壓降。除非電纜本身阻抗為零，但這是不可能的。
3. 影響
- 負載端電壓不足，影響設備正常運作。每種電氣設備都有額定電壓規格，電壓太低將會導致電氣設備無法工作。
- 馬達啟動轉矩不足，馬達轉矩與電壓平方成正比，若電壓太低會導致馬達運轉不正常。
- 系統效率降低，能量浪費。大部分能量都浪費在電纜而沒有傳輸到負載端，就是浪費。
4. 解決方法
- 增加導線截面積
- 減少導線長度
- 採用升壓變壓器，事前計算電壓降可能有多少，就先提前升壓一定數值，以彌補電壓降。這方法雖然有效，但建置成本較高。須於Day1系統建置時就設置。
了解電壓降後，讓我們看看法規怎麼說：
用戶用電設備裝置規則第7條：供應電燈、電力、電熱或該等混合負載之低壓幹線及其分路，其電壓降均不得超過標稱電壓百分之三，兩者合計不得超過百分之五。
一個良好的系統設計，不是為了應付電工法規，而是要保護設備、提高能源效率。
事實上，電力系統或配電系統的電壓是會波動的，造成電壓波動的原因非常多，而電壓降就是拉低系統電壓的其中一個因素。當系統電壓無法保持於理想準位時，就要去探討設備電壓容忍範圍(Tolerance range)。
1. 對照明設備的影響
照明系統對電壓變化極為敏感，過大的電壓降會導致：
- 燈光昏暗不穩
- 影響壽命
- 光效降低，影響工作環境品質與安全
2. 對馬達與動力設備的影響
過大的電壓降，導致馬達端電壓較低，會產生以下狀況：
- 降低啟動轉矩，導致馬達起動失敗
- 低電壓導致較高電流，增加熱損，影響馬達壽命
3. 對敏感電子設備的影響
對於一些敏感性機台，或是伺服器電腦等設備，這些設備對於電壓擾動要求很高。若電壓波動太大會導致異常事故。
- 發生誤動作或死機
- 資料錯誤或設備異常
- 損害電源模組
電壓降雖看似簡單，實際上對整體系統的效能、安全與成本皆有深遠影響。工程人員在設計配線時，應審慎考慮電壓降與導線選型之關聯，並結合電力品質、設備穩定與能效設計原則，以打造穩定、安全的配電系統。
