พื้นที่หน้าตัดทองแดงกับความต้านทาน ไม่ใช่ขนาดฉนวนภายนอก

สายที่มองภายนอกอ้วนกว่าไม่ได้รับรองว่ามีทองแดงมากกว่าเสมอไป เพราะความหนาฉนวนและโครงสร้างของสายอาจต่างกัน หากต้องการเข้าใจความต้านทานต้องเริ่มจากพื้นที่ตัวนำจริงและชนิดวัสดุ ส่วนขนาดภายนอกเกี่ยวข้องกับการสวมซีล การจัดมัด และพื้นที่ติดตั้งด้วย ข้อมูลสองอย่างนี้จึงใช้แทนกันไม่ได้

พื้นที่หน้าตัดเป็นพื้นที่ที่ประจุผ่าน ไม่ใช่ความกว้างทั้งหมดของสาย

สูตรตัวนำสม่ำเสมอ R = ρL/A ใช้ A เป็นพื้นที่หน้าตัดของวัสดุนำไฟฟ้า หากความยาว วัสดุ และอุณหภูมิคงเดิม การเพิ่ม A เป็นสองเท่าทำให้ความต้านทานเหลือครึ่งหนึ่ง ความสัมพันธ์นี้ช่วยอธิบายว่าทำไมสายที่มีทองแดงมากขึ้นจึงลดแรงดันตกได้ แต่ไม่บอกว่าสายขนาดนั้นรับกระแสได้เท่าใดในทุกสภาพการติดตั้ง

สำหรับตัวนำกลมตัน พื้นที่เท่ากับ πd ยกกำลังสองหาร 4 เมื่อ d เป็นเส้นผ่านศูนย์กลางตัวนำ การเพิ่มเส้นผ่านศูนย์กลางสองเท่าจึงเพิ่มพื้นที่สี่เท่า ไม่ใช่สองเท่า ส่วนสายฝอยต้องพิจารณาผลรวมหน้าตัดทองแดงของเส้นฝอย ไม่ใช้พื้นที่วงกลมครอบมัดทั้งหมดอย่างตรงไปตรงมา เพราะระหว่างเส้นมีช่องว่างและอาจจัดเรียงต่างกัน ขนาดฉนวนยิ่งไม่ใช่ตัวแทนพื้นที่ทองแดง

1. 1
   พื้นที่ตัวนำ

   ใช้ใน R = ρL/A การเพิ่มสองเท่าลดความต้านทานตัวสายครึ่งหนึ่งเมื่อปัจจัยอื่นคงที่

2. 2
   ขนาดภายนอก

   รวมฉนวนและโครงสร้าง จึงไม่ใช่พื้นที่ทองแดงสำหรับแทนสูตร

3. 3
   ขั้วและซีล

   ต้องรองรับทั้งช่วงหน้าตัดและขนาดฉนวน ไม่ตัดเส้นฝอยทิ้งเพื่อใส่ขั้วเดิม

สายภายนอกอ้วนขึ้นไม่ได้รับรองว่าหน้าตัดทองแดงเพิ่มขึ้น

ตัวอย่างสมมติ: เพิ่มหน้าตัดสองเท่าโดยคงระยะเดิม

สมมติทางเดินตัวนำรวมยาว 4 เมตร ใช้ทองแดงที่กำหนดสภาพต้านทานในโจทย์เป็น 1.7 คูณ 10 ยกกำลังลบ 8 โอห์มเมตร สายหน้าตัด 1 ตารางมิลลิเมตรจะมีความต้านทาน 0.068 โอห์ม ส่วนหน้าตัด 2 ตารางมิลลิเมตรจะมี 0.034 โอห์ม หากกระแสที่พิจารณาเท่ากัน 4 แอมป์ แรงดันตกเป็น 0.272 โวลต์และ 0.136 โวลต์ตามลำดับ

กำลังสูญเสียในตัวสายตามเงื่อนไขกระแสเดียวกันเป็น 16 คูณความต้านทาน จึงได้ 1.088 วัตต์กับ 0.544 วัตต์ การเพิ่มหน้าตัดลดความสูญเสียของตัวสายครึ่งหนึ่งในโจทย์ แต่ไม่ได้แปลว่าอุณหภูมิลดครึ่งหนึ่ง เพราะการระบายความร้อนและพื้นผิวเปลี่ยนตามโครงสร้างด้วย และในวงจรจริงกระแสอาจไม่เท่ากันหลังเปลี่ยนความต้านทาน ต้องแยกข้อสรุปของโจทย์ออกจากผลจริง

ตัวเลขทั้งชุดใช้สาธิตความสัมพันธ์ ไม่ใช่ตารางเลือกสายสำหรับรถใด การกำหนดว่าหน้าตัดใดเหมาะต้องอ้างข้อกำหนดวงจรและสภาพการติดตั้งเพิ่มเติม โดยเฉพาะบริเวณร้อน ชุดสายรวมมัด และจุดที่ต้องเคลื่อนไหว การได้แรงดันตกต่ำจากสูตรอย่างเดียวจึงยังไม่ครบสำหรับตัดสินเลือกผลิตภัณฑ์

คอขวดที่จุดต่อยังอยู่แม้ตัวสายต้านทานลดลง

เพิ่มสมมติฐานว่าทั้งสองทางเลือกมีขั้วต่อรวมความต้านทาน 0.05 โอห์มเท่ากัน เมื่อรวมตัวสาย ทางเลือกแรกมี 0.118 โอห์มและทางเลือกที่สองมี 0.084 โอห์ม ภายใต้กระแส 4 แอมป์ แรงดันตกทั้งชุดเป็น 0.472 โวลต์กับ 0.336 โวลต์ ผลลดลงไม่ถึงครึ่งหนึ่ง เพราะลดได้เฉพาะส่วนสาย ส่วนขั้วต่อยังสูญเสียเท่าเดิม การวิเคราะห์จึงควรแยกค่าตัวสายกับค่าจุดต่อ

การใช้สายใหญ่ขึ้นกับขั้วเดิมยังต้องตรวจช่วงขนาดสายที่ขั้วรองรับ รูปทรงส่วนย้ำ และขนาดฉนวนที่ซีลรับได้ ไม่ใช่เพียงทำให้ทองแดงเข้าในช่องได้ หากต้องตัดเส้นฝอยทิ้งเพื่อยัดขั้ว เท่ากับเปลี่ยนหน้าตัดและความแข็งแรงบริเวณจุดต่อเอง บทนี้ไม่เสนอวิธีดัดแปลงเช่นนั้น เพราะการคืนสภาพควรใช้ส่วนประกอบที่เข้าคู่ตามผู้ผลิต

1. 1
   ตัวสายอย่างเดียว

   หน้าตัด 1 เป็น 2 ตารางมิลลิเมตร ลด R จาก 0.068 เป็น 0.034 โอห์มในโจทย์

2. 2
   เติมขั้วต่อ

   รวม 0.05 โอห์มเท่ากัน ได้ 0.118 และ 0.084 โอห์ม

3. 3
   แรงดันทั้งชุด

   คูณ 4 แอมป์ ได้ 0.472 และ 0.336 โวลต์

4. 4
   แปลผล

   ลดได้เฉพาะส่วนสาย ความสูญเสียที่ขั้วต่อไม่ลดตามหน้าตัดใหม่

สมมติกระแส 4 แอมป์และความต้านทานขั้วต่อรวม 0.05 โอห์ม

วิธีนำไปใช้ตรวจข้อมูลก่อนเลือกหรือเปรียบเทียบสาย

1. แยกข้อมูลเป็นวัสดุตัวนำ พื้นที่หน้าตัดตัวนำ และเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอก อย่าใช้เลขหนึ่งแทนอีกเลขหนึ่ง
2. เปรียบเทียบค่าความต้านทานต่อเมตรที่อุณหภูมิอ้างอิงเดียวกัน ถ้ามีข้อมูลผู้ผลิตของสายจริงให้ใช้ประกอบ
3. ตรวจช่วงหน้าตัดและช่วงขนาดฉนวนที่ขั้วกับซีลรองรับ เพราะทั้งสองช่วงอาจไม่ได้เพิ่มไปด้วยกัน
4. ประเมินส่วนสายและส่วนจุดต่อแยกกัน เพื่อรู้ว่าการเปลี่ยนหน้าตัดจะลดความสูญเสียในส่วนใด

ถ้ามีเพียงภาพถ่ายสายหรือขนาดภายนอก อย่าเดาหน้าตัดทองแดงแล้วใช้คำนวณเป็นผลยืนยัน ควรระบุว่าข้อมูลตัวนำยังไม่ครบ ภาพอาจช่วยระบุรหัสบนฉนวนหรือสภาพการติดตั้งได้ แต่ไม่ให้ข้อมูลความต้านทานแน่นอน การยอมรับข้อมูลที่ยังขาดทำให้เปรียบเทียบทางเลือกได้ตรงกว่าใส่ค่าประมาณโดยไม่บอกที่มา

ข้อผิดพลาดและขอบเขตของการเพิ่มหน้าตัด

ความหนาฉนวนเพิ่มอาจมีเหตุผลด้านการทนสภาพแวดล้อมหรือข้อกำหนดผลิตภัณฑ์ ไม่ใช่หลักฐานว่าสายด้อยกว่าเพราะทองแดงเท่าเดิม ขณะเดียวกันทองแดงหน้าตัดเท่ากันแต่ฉนวนต่างชนิดก็ไม่ได้หมายถึงใช้งานแทนกันได้ทุกตำแหน่ง ต้องแยกหน้าที่การนำไฟ การเป็นฉนวน และความทนทานเชิงกลออกจากกันก่อนตัดสินคุณภาพ

การเพิ่มหน้าตัดบางช่วงไม่ได้แก้รอยกัดกร่อนหรือหน้าสัมผัสหลวมที่ส่วนอื่น และอาจทำให้สายแข็งขึ้นจนส่งแรงไปยังขั้วต่างจากเดิม การเปลี่ยนวงจรจริงจึงต้องคำนึงถึงการประคองสายด้วย ไม่ใช้สูตรความต้านทานเป็นเหตุให้ข้ามขั้นตอนของผู้ผลิตหรือเปลี่ยนฟิวส์ตามขนาดสายใหม่โดยไม่ตรวจทั้งวงจร

ตรวจสอบผลด้วยอัตราส่วนและส่วนที่ไม่เปลี่ยน

ในโจทย์ตัวสายล้วน อัตราส่วนความต้านทาน 0.068/0.034 เท่ากับ 2 ต้องตรงกับอัตราส่วนหน้าตัดที่กลับด้าน ถ้าเพิ่มพื้นที่สองเท่าแล้วได้ความต้านทานเพิ่ม แสดงว่าสูตรหรือหน่วยผิด ส่วนเมื่อมีขั้วต่อ 0.05 โอห์มรวมอยู่ ความต่างระหว่างสองทางเลือกยังเป็น 0.034 โอห์มเท่าเดิม ซึ่งเป็นความต่างของตัวสายเท่านั้น วิธีตรวจนี้ช่วยจับการลดค่าจุดต่อโดยไม่มีเหตุผล

ผลสรุปควรระบุว่าเปรียบเทียบที่ความยาว กระแส และอุณหภูมิใด และลดเฉพาะความต้านทานตัวนำมากเท่าใด หากยังไม่ทราบพิกัดฉนวนและขั้วต่อ ให้บอกว่าการเปรียบเทียบทางไฟฟ้ายังไม่ใช่ข้อสรุปความเข้ากันได้ในการติดตั้ง การรู้ว่าหน้าตัดช่วยอะไรและไม่ช่วยอะไรทำให้ใช้ข้อมูลขนาดสายได้อย่างมีเหตุผล