Spadek napięcia w przewodzie — dlaczego taśma LED na końcu świeci słabiej

Każdy przewód ma rezystancję. Gdy płynie przez niego prąd, część napięcia odkłada się na samym przewodzie zamiast na odbiorniku — to właśnie spadek napięcia. Skutki: słabiej świecące lampy, wolniej pracujące silniki, a w skrajnych przypadkach urządzenia, które się nie uruchamiają.

Rezystancja przewodu

R = ρ × L ÷ S

ρ to rezystywność materiału (miedź ok. 0,0175 Ω·mm²/m, aluminium ok. 0,0282 Ω·mm²/m), L — długość żyły w metrach, S — przekrój w mm². Przewód dwa razy dłuższy ma dwa razy większą rezystancję, a dwa razy grubszy — dwa razy mniejszą.

Spadek napięcia

jednofazowo i przy prądzie stałym: ΔU = 2 × I × R trójfazowo (obciążenie symetryczne): ΔU = √3 × I × R

Mnożnik 2 bierze się stąd, że prąd płynie do odbiornika jedną żyłą i wraca drugą — liczy się łączna długość obu.

Przykład 1: gniazdo 230 V w garażu

Linia 30 m przewodem miedzianym 2,5 mm², prąd 16 A. R jednej żyły = 0,0175 × 30 ÷ 2,5 = 0,21 Ω, ΔU = 2 × 16 × 0,21 ≈ 6,7 V, czyli ok. 2,9%. Na końcu linii zostaje ok. 223 V.

Przykład 2: taśma LED 12 V

Zasilacz stoi 10 m od taśmy pobierającej 5 A (60 W), przewód 1,5 mm². ΔU = 2 × 5 × 0,0175 × 10 ÷ 1,5 ≈ 1,17 V, czyli prawie 10% z 12 V. Taśma na końcu wyraźnie przygasa, a jej kolory mogą się zmienić. Przy przekroju 4 mm² spadek maleje do ok. 3,6%.

To główna zasada instalacji niskonapięciowych: ta sama moc przy niższym napięciu oznacza większy prąd, a spadek napięcia jest proporcjonalny do prądu. Dlatego zasilacz warto umieścić jak najbliżej odbiornika albo zasilać długą taśmę z obu końców.

Jaki spadek jest dopuszczalny?

W instalacjach budynków przyjmuje się zwykle kilka procent — często ok. 3% dla oświetlenia i do ok. 5% dla innych odbiorów, licząc od złącza. Dokładne wymagania wynikają z norm i projektu. W instalacjach 12/24 V dla LED i elektroniki dobrze trzymać się 3–5%.

Spadek napięcia to nie jedyne kryterium

Przekrój przewodu dobiera się także ze względu na obciążalność prądową (żeby przewód się nie przegrzewał — zależy od sposobu ułożenia i temperatury otoczenia) oraz skuteczność zabezpieczenia (żeby bezpiecznik zadziałał przy zwarciu na końcu linii). Kalkulator spadku napięcia pomaga w ocenie, ale instalację w budynku projektuje i sprawdza uprawniony elektryk.

Straty energii

Spadek napięcia to też ciepło wydzielane w przewodzie: P = I² × R. W przykładzie z garażem to ok. 2 × 16² × 0,21 ≈ 108 W przy pełnym obciążeniu. Grubszy przewód kosztuje więcej na starcie, ale zmniejsza straty przez cały okres pracy.

Spadek napięcia, straty mocy i najmniejszy przekrój dla spadku do 3% obliczysz w kalkulatorze spadku napięcia w przewodzie.