Der Leistungsabfall oder Leistungsverlust in einem Kabel hängt von der Kabellänge, der Kabelgröße und dem Strom durch das Kabel ab. Größere Kabel haben weniger Widerstand und können daher ohne große Verluste mehr Leistung übertragen. Verluste in kleineren Kabeln bleiben gering, wenn die übertragene Leistung gering oder das Kabel nicht sehr lang ist. Ingenieure müssen das Stromversorgungssystem so auslegen, dass die Verlustleistung in den Kabeln für die zur Versorgung der Last erforderliche Kabellänge akzeptabel ist.
Grundlagen
Elektrische Kabel haben einen Widerstand pro Fuß, und je länger das Kabel, desto größer der Widerstand. Wenn Strom durch das Kabel fließt, führt der durch den Widerstand fließende Strom zu einem Spannungsabfall nach dem Ohmschen Gesetz, Spannung = Strom x Widerstand. Leistung in Watt ist Spannung x Strom. Ein gegebener Strom- und Kabelwiderstand definiert den anwendbaren Spannungsabfall. Bei 10 Volt bei einem Strom von 10 Ampere beträgt die Verlustleistung im Kabel 100 Watt.
Kabelgröße
Größere Kabel haben weniger Widerstand pro Fuß als kleinere Kabel. Typische Haushaltskabel sind AWG 12 oder 14 Gauge mit Widerständen von 1,6 und 2,5 Ohm pro 1000 Fuß. Für ein typisches Wohnhaus kann eine Kabelstrecke bis zu 15 m lang sein. Die entsprechenden Widerstände für diese gängigen Kabelgrößen betragen 0,08 und 0,13 Ohm. Das größere Kabel hat einen um 36 Prozent geringeren Widerstand als das kleinere Kabel und verliert 36 Prozent weniger Leistung. Bei längeren Kabelstrecken, wie z. B. Außenverbindungen, hat ein AWG-Kabel mit 10 Gauge und einem Widerstand von 1 Ohm pro 1000 Fuß einen um 60 Prozent geringeren Leistungsabfall als das Kabel mit 14 Gauge.
Stromspannung
Während der Widerstand der Kabel anzeigt, welches Kabel am wenigsten an Leistung verliert, wird die Verlustleistung in Watt durch den Spannungsabfall bestimmt. Für 100-Fuß-Läufe betragen die Widerstände von AWG 10, 12 und 14 Gauge Kabeln 0,1, 0,16 und 0,25 Ohm. Ein Haushaltsstromkreis ist mit 15 Ampere bewertet. Ein Strom von 15 A durch 100 Fuß dieser Kabel würde zu Spannungsabfällen von 1,5, 2,4 bzw. 3,75 Volt führen.
Leistung
Der Spannungsabfall multipliziert mit dem Strom ergibt die Leistung in Watt. Die drei Kabelstrecken von 100 Fuß, die 15 Ampere tragen, haben Leistungsverluste von 22,5, 36 und 56,25 Watt für die 10, 12 bzw. 14 Gauge Kabel. Diese Leistung heizt das Kabel auf und der Spannungsabfall reduziert die für die Last verfügbare Spannung. Ein Spannungsabfall von 3,6 bis 6 Volt ergibt einen akzeptablen Leistungsabfall für eine 120-Volt-Schaltung. Das Kabel AWG 14 ist grenzwertig, wie die Verlustleistung zeigt, die über der einer 40-Watt-Glühbirne liegt.