Таблица допустимого тока и сечения провода AWG по калибру, изоляции и расстоянию

Выбор сечения провода — это задача, связанная с температурой и напряжением, а не угадывание — три ограничения определяют минимальный AWG для любого проводника:

Ключевые выводы

• Пропускная способность AWG определяется допустимой температурой проводника, которая зависит от номинальной температуры изоляции — провод сечением 60 °C, 75 °C или 90 °C одинакового калибра пропускает соответственно больше тока.
• Опубликованная таблица пропускной способности — это максимум, а не цель: группировка более трех токонесущих проводников снижает пропускную способность на 20–55%, а температура окружающей среды выше 30 °C снижает ее еще больше.
• NEC 310.16 регулирует пропускную способность силовых проводников (медь, ≤3 проводника, температура окружающей среды 30 °C); UL 1007 / UL 1015 / UL 1061 определяют типы монтажных проводов, используемых в большинстве кабельных сборок.
• Падение напряжения, а не тепло, обычно определяет сечение для длинных низковольтных линий — цепь на 12 В или 24 В часто требует проводника большего сечения для достижения целевого показателя падения ≤3%, чем это потребовалось бы только исходя из пропускной способности.
• Более высокий номер = более тонкий провод: AWG является обратной величиной, и каждое изменение на 3 пункта примерно удваивает (или уменьшает вдвое) площадь поперечного сечения и сопротивление.

Инженерное эмпирическое правило: выбирайте сечение проводника исходя из наихудшего из трех пределов — номинальной температуры изоляции, сниженной пропускной способности в пучке/окружающей среде и падения напряжения ≤3% на всем двустороннем пути — затем выбирайте наибольшее сечение, требуемое этими тремя условиями.

Почему сечение провода — это в первую очередь тепловая проблема

Проводник, слишком тонкий для своей нагрузки, ведет себя как резистор: он рассеивает тепло I²R. Цепь отказа предсказуема — нагрев от сопротивления повышает температуру проводника, изоляция приближается к своему номинальному пределу, а в крайнем случае оболочка размягчается или воспламеняется. Поэтому каждая номинальная пропускная способность фактически является показателем максимальной температуры проводника, которую может выдержать изоляция.

American Wire Gauge (AWG) — это североамериканский стандарт диаметра сплошных и многожильных медных проводников. Шкала является обратной и логарифмической: больший номер AWG соответствует более тонкому проводу, а изменение на 3 пункта примерно удваивает или уменьшает вдвое площадь поперечного сечения. Именно эта геометрия объясняет, почему проводник 10 AWG пропускает гораздо больший ток, чем проводник 14 AWG — больше меди, ниже сопротивление на фут, меньше тепла на ампер. Правильное определение размера проводника — это первое решение при создании любой кастомной кабельной сборки.

Номинальная токопроводимость по AWG: Базовая таблица

Приведенная ниже таблица является эталоном для одного изолированного проводника в свободном пространстве при температуре окружающей среды 30 °C. "Проводка в корпусе" предполагает короткие участки на открытом воздухе (проводка приборов и панелей); "передача энергии" — это консервативное значение для более длинных пучков проводов, где накапливается тепло.

Используйте столбец "Проводка в корпусе" только для коротких вентилируемых участков. Для прокладки в жгутах или трубах начинайте со столбца "Передача энергии" и применяйте коэффициенты снижения, указанные ниже.

Номинальная токопроводимость в зависимости от номинальной температуры изоляции

Для силовых проводников номинальная токопроводимость увеличивается с повышением номинальной температуры изоляции, поскольку ограничивающим фактором является температура проводника. Приведенные ниже значения соответствуют стандарту NEC 310.16 для меди, с не более чем тремя токонесущими проводниками, при температуре окружающей среды 30 °C. Столбец 60 °C соответствует таким типам проводов, как TW; 75 °C — THW/RHW; 90 °C — THHN/XHHW.

Типы проводов с номинальной температурой выше 90 °C — 105 °C MTW, 150 °C силикон и 200 °C PTFE/FEP — повышают допустимую температуру проводника, поэтому тот же калибр несет больший ток при сборках с высокой температурой. Компромисс заключается в стоимости материалов и обработке; см. сравнение высокотемпературной изоляции проводов для принятия решения о силиконе против FEP против PTFE. Обратите внимание на правило NEC для малых проводников (240.4(D)): защита от перегрузки по току ограничивает медные проводники 14/12/10 AWG до 15/20/30 А независимо от колонки 90 °C.

Снижение номинальных характеристик: почему число в таблице — это предел

Перед использованием значения из таблицы в реальной жгутовой сборке применяются два корректирующих коэффициента. Оба являются мультипликативными — применяйте их вместе.

Снижение номинальных характеристик для количества проводников (в пучке) согласно NEC 310.15(C)(1), для более чем трех токонесущих проводников в пучке или канале:

Снижение номинальных характеристик при повышенной температуре окружающей среды для провода с номинальной температурой 90 °C (NEC 310.15(B)): 0,96 при 35 °C, 0,91 при 40 °C, 0,82 при 50 °C, 0,71 при 60 °C. Проводник сечением 10 AWG с номинальной температурой 90 °C и номинальным током 40 А снижается до 40 × 0,50 (пучок из 12) × 0,91 (40 °C) ≈ 18 А в плотной, теплой сборке заказных жгутов проводов. Конструкторы, игнорирующие снижение номинальных характеристик, являются наиболее частой причиной отказов оборудования в эксплуатации из-за перегрева.

Падение напряжения: выбор сечения по расстоянию, а не только по току

При низковольтном постоянном токе падение напряжения обычно требует большего сечения, чем допустимый ток. Падение напряжения рассчитывается по формуле V = 2 × L × I × (R/1000), где L — длина в одну сторону в футах, I — ток, а R — сопротивление проводника на 1000 футов. Коэффициент 2 учитывает обратный проводник. Целевое значение составляет ≤3% от напряжения питания на нагрузке.

Пример расчета: автомобильная вспомогательная нагрузка 12 В, потребляющая 10 А на расстоянии 15 футов в одну сторону: проводник сечением 16 AWG (≈4,0 Ом/1000 футов) дает падение напряжения 2 × 15 × 10 × 0,004 = 1,2 В, или 10% — недопустимо. При переходе на сечение 12 AWG (≈1,6 Ом/1000 футов) падение составляет 0,48 В (4%); при сечении 10 AWG (≈1,0 Ом/1000 футов) падение составляет 0,30 В (2,5%), что соответствует целевому значению. Та же арифметика применима к падению напряжения на длинной линии постоянного тока 24 В к ПЛК и датчикам. Минимальное сечение AWG в таблице ниже нацелено на падение ≤3%:

Многожильные против моножильных проводников и металлургия проводника

Сборки кабелей и жгуты проводов почти исключительно используют многожильные проводники — моножильный провод упрочняется при работе и ломается при изгибах и вибрациях проложенной сборки. Многожильность (например, 7/32, 19/36 или 41/40 для 24 AWG) обеспечивает немного больший общий диаметр в обмен на срок службы при изгибе и надежность обжима. Моножильный провод используется для IDC-соединений и фиксированных перемычек на печатных платах.

Металлургия также влияет на расчет допустимого тока. Алюминиевые проводники с медным покрытием (CCA) и чистый алюминий имеют более высокое удельное сопротивление, чем медь, поэтому алюминиевый проводник с эквивалентной допустимой токовой нагрузкой должен быть на один-два калибра больше. Полное сравнение медных проводников, CCA и чистых алюминиевых проводников охватывает различия в весе, стоимости и способах подключения. Для сборки кабелей ввода-вывода и управления, передающих сигналы малого тока, калибр обычно определяется механической прочностью и совместимостью с обжимом, а не допустимой токовой нагрузкой.

Часто задаваемые вопросы о допустимой токовой нагрузке AWG

Следует ли использовать рейтинг для проводки шасси или рейтинг для передачи энергии?

Используйте столбец для передачи энергии для любого проводника, уложенного в жгут или проложенного в трубе. Рейтинг для проводки шасси предполагает одиночный проводник в открытом, вентилируемом пространстве и действителен только для коротких участков приборов или панелей; применение его к сборному жгуту завышает допустимую нагрузку в 3–5 раз.

Насколько снижается допустимая токовая нагрузка AWG при группировке проводников?

Согласно NEC 310.15(C)(1), для четырех-шести токонесущих проводников допустимая токовая нагрузка снижается до 80% от допустимой токовой нагрузки одиночного проводника, для 7–9 проводников — до 70%, а для 10–20 проводников — до 50%. Применяйте коэффициент группировки и коэффициент температуры окружающей среды вместе, путем умножения, перед сравнением с нагрузкой.

Позволяет ли изоляция с более высокой температурой использовать меньший калибр?

Да — более высокий температурный рейтинг изоляции повышает допустимую температуру проводника, поэтому проводник того же калибра несет больший ток. Проводник THHN с температурой 90 °C имеет более высокий рейтинг, чем проводник TW с температурой 60 °C того же калибра, а PTFE с температурой 200 °C — еще выше. Пределом часто является не провод, а температурный и токовый рейтинг разъема.

Как преобразовать AWG в мм² для сборки по стандарту IEC 60228?

Размеры AWG и метрические размеры не соответствуют друг другу напрямую, поэтому указывайте ближайшее стандартное поперечное сечение по стандарту IEC 60228. Распространенные эквиваленты: 24 AWG ≈ 0,25 мм², 22 AWG ≈ 0,34 мм², 20 AWG ≈ 0,5 мм², 18 AWG ≈ 0,75 мм², 16 AWG ≈ 1,5 мм², 14 AWG ≈ 2,5 мм², 12 AWG ≈ 4,0 мм². Всегда проверяйте данные в спецификации проводника, так как площадь сечения многожильного провода зависит от количества жил.

Могу ли я получить проводники с нестандартным количеством жил или нестандартный AWG при серийном производстве?

Да. Индивидуальная конструкция жил, луженая или нелуженая медь, а также нестандартные калибры AWG являются стандартными для заказных сборок. Размер проводника должен быть проверен на соответствие критериям усилия обжима и герметичности по стандарту IPC/WHMA-A-620 для выбранного калибра. Укажите нагрузку, длину линии, температуру окружающей среды, количество проводов в пучке и номинальную температуру изоляции, и калибр может быть указан и задокументирован для сборки.

Правильное указание калибра провода означает выбор самого большого проводника, определяемого тремя независимыми ограничениями: номинальная температура изоляции, допустимая сила тока пучка с учетом снижения и целевое падение напряжения ≤3% на всей двусторонней линии. Используйте опубликованную таблицу допустимой силы тока в качестве начального максимума, примените коэффициенты снижения согласно NEC и проверьте падение напряжения перед внесением проводника в чертеж сборки.