ตารางพิกัดกระแสไฟและแอมแปร์ของสายไฟ AWG ตามขนาดฉนวนและระยะทาง

การเลือกขนาดสายไฟเป็นปัญหาด้านความร้อนและแรงดันไฟฟ้า ไม่ใช่การคาดเดา — ข้อจำกัดสามประการกำหนด AWG ขั้นต่ำสำหรับตัวนำใดๆ:

ประเด็นสำคัญ

• ความสามารถในการนำกระแสของ AWG กำหนดโดยอุณหภูมิที่อนุญาตของตัวนำ ซึ่งถูกกำหนดโดยพิกัดฉนวน — สายไฟขนาดเดียวกันที่มีพิกัด 60 °C, 75 °C หรือ 90 °C สามารถนำกระแสไฟฟ้าได้มากขึ้นตามลำดับ
• ตารางความสามารถในการนำกระแสที่เผยแพร่เป็นขีดจำกัดสูงสุด ไม่ใช่เป้าหมาย: การรวมสายไฟที่มีกระแสไฟฟ้ามากกว่าสามเส้นจะลดความสามารถลง 20–55% และอุณหภูมิแวดล้อมที่สูงกว่า 30 °C จะลดความสามารถลงไปอีก
• NEC 310.16 ควบคุมความสามารถในการนำกระแสของสายไฟ (ทองแดง, ≤3 เส้น, อุณหภูมิแวดล้อม 30 °C); UL 1007 / UL 1015 / UL 1061 กำหนดรูปแบบสายไฟต่อพ่วงที่ใช้ในชุดสายเคเบิลส่วนใหญ่
• แรงดันตก ไม่ใช่ความร้อน มักจะเป็นตัวกำหนดขนาดสายไฟสำหรับระยะทางไกลในวงจรแรงดันต่ำ — วงจร 12 V หรือ 24 V มักต้องการตัวนำที่ใหญ่กว่าสำหรับเป้าหมายแรงดันตก ≤3% มากกว่าที่ความสามารถในการนำกระแสเพียงอย่างเดียวจะกำหนด
• ตัวเลขที่สูงกว่า = สายไฟที่บางกว่า: AWG เป็นมาตรวัดแบบผกผัน และทุกๆ การเปลี่ยนแปลง 3 เกจ จะลดทอน (หรือเพิ่ม) พื้นที่หน้าตัดและความต้านทานลงประมาณครึ่งหนึ่ง

กฎทั่วไปทางวิศวกรรม: กำหนดขนาดตัวนำตามข้อจำกัดที่แย่ที่สุดในสามประการ — พิกัดอุณหภูมิฉนวน, ความสามารถในการนำกระแสของกลุ่มสายไฟ/อุณหภูมิแวดล้อมที่ลดทอนลง, และแรงดันตก ≤3% ตลอดระยะทางไป-กลับเต็ม — จากนั้นเลือกขนาดเกจที่ใหญ่ที่สุดที่ทั้งสามข้อกำหนดต้องการ

เหตุใดขนาดสายไฟจึงเป็นปัญหาด้านความร้อนเป็นอันดับแรก

ตัวนำที่บางเกินไปสำหรับโหลดจะทำงานเหมือนตัวต้านทาน: มันจะกระจายความร้อน I²R โซ่แห่งความล้มเหลวสามารถคาดการณ์ได้ — ความร้อนจากความต้านทานจะเพิ่มอุณหภูมิของตัวนำ, ฉนวนจะเข้าใกล้ขีดจำกัดที่กำหนด, และในกรณีที่รุนแรงที่สุด ปลอกหุ้มจะอ่อนตัวหรือติดไฟ ดังนั้น การให้พิกัดความสามารถในการนำกระแสทุกค่าจึงเป็นการระบุอุณหภูมิสูงสุดของตัวนำที่ฉนวนสามารถทนได้

American Wire Gauge (AWG) เป็นมาตรฐานอเมริกาเหนือสำหรับเส้นผ่านศูนย์กลางของตัวนำทองแดงแบบตันและแบบเกลียว มาตราส่วนเป็นแบบผกผันและลอการิทึม: หมายเลข AWG ที่ใหญ่ขึ้นคือสายไฟที่บางกว่า และการเปลี่ยนแปลง 3 เกจ จะเพิ่มหรือลดพื้นที่หน้าตัดเป็นสองเท่าโดยประมาณ นั่นคือเหตุผลที่ตัวนำ 10 AWG สามารถนำกระแสได้มากกว่า 14 AWG อย่างมาก — ทองแดงมากขึ้น, ความต้านทานต่อฟุตต่ำลง, ความร้อนต่อแอมแปร์น้อยลง การระบุขนาดตัวนำอย่างถูกต้องเป็นการตัดสินใจครั้งแรกใน ชุดสายเคเบิลแบบกำหนดเอง ใดๆ

ความสามารถในการนำกระแสของ AWG: ตารางอ้างอิง

ตารางด้านล่างนี้คือค่าอ้างอิงในอากาศสำหรับตัวนำเดี่ยวหุ้มฉนวนที่อุณหภูมิแวดล้อม 30 °C "การเดินสายในแชสซี" สมมติว่าเป็นการเดินสายระยะสั้นในที่โล่ง (การเดินสายอุปกรณ์และแผงควบคุม); "การส่งกำลัง" คือค่าที่ปลอดภัยสำหรับการเดินสายแบบรวมกลุ่มระยะยาวที่ความร้อนสะสม

ใช้คอลัมน์การเดินสายในแชสซีสำหรับการเดินสายระยะสั้นที่มีการระบายอากาศเท่านั้น สำหรับการเดินสายแบบรวมกลุ่มหรือในท่อร้อยสายไฟ ให้เริ่มต้นจากคอลัมน์การส่งกำลังและใช้ปัจจัยลดทอนด้านล่าง

ความสามารถในการนำกระแสตามพิกัดอุณหภูมิของฉนวน

สำหรับตัวนำกำลังไฟฟ้า ความสามารถในการนำกระแสจะเพิ่มขึ้นตามพิกัดอุณหภูมิของฉนวน เนื่องจากปัจจัยจำกัดคืออุณหภูมิของตัวนำ ค่าด้านล่างนี้คือ NEC 310.16 สำหรับทองแดง โดยมีตัวนำที่นำกระแสไม่เกินสามเส้น ที่อุณหภูมิแวดล้อม 30 °C คอลัมน์ 60 °C สอดคล้องกับสไตล์สายไฟ เช่น TW; 75 °C ถึง THW/RHW; 90 °C ถึง THHN/XHHW

สายไฟประเภทที่ระบุอุณหภูมิสูงกว่า 90 °C — 105 °C MTW, 150 °C ซิลิโคน, และ 200 °C PTFE/FEP — ช่วยเพิ่มอุณหภูมิของตัวนำที่ยอมรับได้ ทำให้สายไฟขนาดเดียวกันสามารถนำกระแสได้มากขึ้นในการใช้งานที่อุณหภูมิสูง ข้อแลกเปลี่ยนคือต้นทุนวัสดุและการแปรรูป ดูการเปรียบเทียบของ ฉนวนสายไฟทนความร้อนสูง สำหรับการตัดสินใจเลือกระหว่างซิลิโคนกับ FEP กับ PTFE โปรดทราบกฎเกี่ยวกับตัวนำขนาดเล็กของ NEC (240.4(D)): การป้องกันกระแสเกินจะจำกัดทองแดงขนาด 14/12/10 AWG ไว้ที่ 15/20/30 A โดยไม่คำนึงถึงค่าในคอลัมน์ 90 °C.

การลดพิกัดกระแส: ทำไมตัวเลขในตารางจึงเป็นค่าสูงสุด

การแก้ไขสองประการต้องนำมาใช้ก่อนที่ค่าในตารางจะสามารถนำไปใช้ได้จริงในชุดสายไฟ ทั้งสองเป็นการคูณ — นำมาใช้ร่วมกัน

การลดพิกัดกระแสตามจำนวนสายไฟ (การรวมกลุ่ม) ตาม NEC 310.15(C)(1) สำหรับสายไฟที่มีกระแสไหลผ่านมากกว่าสามเส้นในกลุ่มหรือท่อร้อยสาย:

การลดพิกัดตามอุณหภูมิแวดล้อม สำหรับสายไฟพิกัด 90 °C (NEC 310.15(B)): 0.96 ที่ 35 °C, 0.91 ที่ 40 °C, 0.82 ที่ 50 °C, 0.71 ที่ 60 °C ตัวนำ 10 AWG พิกัด 90 °C ที่ 40 A จะลดลงเหลือ 40 × 0.50 (กลุ่ม 12 เส้น) × 0.91 (40 °C) ≈ 18 A ในชุดสายไฟแบบกำหนดเองที่หนาแน่นและอบอุ่น custom wire harness assembly ผู้ออกแบบที่ละเลยการลดพิกัดเป็นสาเหตุทั่วไปที่สุดของความล้มเหลวทางความร้อนในสนาม

แรงดันตก: การเลือกขนาดตามระยะทาง ไม่ใช่แค่กระแส

สำหรับ DC แรงดันต่ำ โดยทั่วไปแรงดันตกจะบังคับให้ใช้ขนาดสายที่ใหญ่กว่าที่กำหนดตามความจุแอมแปร์ แรงดันตกคือ V = 2 × L × I × (R/1000) โดยที่ L คือความยาวเที่ยวเดียวเป็นฟุต, I คือกระแส และ R คือความต้านทานตัวนำต่อ 1,000 ฟุต เลขสองเป็นการคำนวณสำหรับตัวนำขากลับ เป้าหมายคือ ≤3% ของแรงดันอุปทานที่โหลด

ตัวอย่างการคำนวณ — โหลดเสริมในรถยนต์ 12 V ที่ใช้กระแส 10 A ผ่านระยะทางวิ่งเที่ยวเดียว 15 ฟุต: ตัวนำ 16 AWG (≈4.0 Ω/1000 ฟุต) จะมีแรงดันตก 2 × 15 × 10 × 0.004 = 1.2 V หรือ 10% — ซึ่งยอมรับไม่ได้ เมื่อเปลี่ยนเป็น 12 AWG (≈1.6 Ω/1000 ฟุต) แรงดันตกจะเป็น 0.48 V (4%); 10 AWG (≈1.0 Ω/1000 ฟุต) แรงดันตกจะเป็น 0.30 V (2.5%) ซึ่งเป็นไปตามเป้าหมาย การคำนวณเดียวกันนี้ใช้กับ แรงดันตกบนระยะทางยาว 24 V DC ไปยัง PLC และเซ็นเซอร์ การค้นหา AWG ขั้นต่ำด้านล่างมีเป้าหมายที่แรงดันตก ≤3%:

สายตีเกลียวเทียบกับสายแกนเดี่ยว และโลหะตัวนำ

ชุดสายเคเบิลและชุดสายไฟใช้ตัวนำแบบตีเกลียวเป็นส่วนใหญ่ — สายแกนเดี่ยวจะแข็งตัวเมื่อใช้งานและแตกหักภายใต้การงอและการสั่นสะเทือนของชุดสายไฟที่ติดตั้ง สายตีเกลียว (เช่น 7/32, 19/36, หรือ 41/40 สำหรับ 24 AWG) จะแลกเปลี่ยนเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกที่ใหญ่ขึ้นเล็กน้อยกับอายุการใช้งานเมื่อดัดงอและความน่าเชื่อถือในการเข้าสาย ตัวนำแกนเดี่ยวสงวนไว้สำหรับการเชื่อมต่อ IDC และจัมเปอร์ PCB แบบถาวร

โลหะวิทยา (Metallurgy) ยังเปลี่ยนแปลงการคำนวณค่าแอมแปร์ด้วยเช่นกัน ตัวนำอะลูมิเนียมหุ้มทองแดง (CCA) และอะลูมิเนียมบริสุทธิ์ นำกระแสได้น้อยกว่าทองแดงต่อขนาดเกจ เนื่องจากมีความต้านทานสูงกว่า ดังนั้น ตัวนำอะลูมิเนียมที่มีความสามารถในการนำกระแสเทียบเท่าจึงต้องมีขนาดใหญ่กว่าหนึ่งถึงสองเกจ การเปรียบเทียบข้อดีข้อเสียระหว่าง ตัวนำทองแดง, CCA และอะลูมิเนียมบริสุทธิ์ ครอบคลุมถึงน้ำหนัก ต้นทุน และความแตกต่างในการเข้าหัวสาย สำหรับ ชุดสายไฟ I/O และสายควบคุม ที่ใช้สัญญาณกระแสต่ำ ขนาดเกจมักจะถูกกำหนดโดยความแข็งแรงทางกลและความเข้ากันได้ของการเข้าหัวสาย มากกว่าความสามารถในการนำกระแส

คำถามที่พบบ่อยเกี่ยวกับพิกัดกระแส AWG

ฉันควรถือตามพิกัดการเดินสายแชสซี (chassis-wiring) หรือพิกัดการส่งกำลัง (power-transmission) ดี?

ใช้คอลัมน์การส่งกำลังสำหรับตัวนำใดๆ ที่รวมอยู่ในชุดสายไฟหรือเดินในท่อร้อยสาย พิกัดการเดินสายแชสซีจะสมมติว่ามีตัวนำเดี่ยวอยู่ในอากาศที่เปิดโล่งและมีการระบายอากาศ ซึ่งใช้ได้กับการเดินสายอุปกรณ์หรือแผงควบคุมระยะสั้นเท่านั้น การนำไปใช้กับชุดสายไฟที่รวมกันจะประเมินความจุเกินจริงถึง 3–5 เท่า

ฉันต้องลดพิกัดแอมแปร์ AWG ลงเท่าใดเมื่อตัวนำถูกรวมอยู่ในชุดสายไฟ?

ตามมาตรฐาน NEC 310.15(C)(1) ตัวนำที่นำกระแส 4 ถึง 6 เส้น จะลดลงเหลือ 80% ของพิกัดตัวนำเดี่ยว, 7–9 เส้น ลดลงเหลือ 70%, และ 10–20 เส้น ลดลงเหลือ 50% ให้ใช้ปัจจัยการรวมกลุ่มและปัจจัยอุณหภูมิแวดล้อมร่วมกัน โดยคูณกันก่อนที่จะนำไปเปรียบเทียบกับโหลด

ฉนวนอุณหภูมิสูงขึ้นช่วยให้ฉันใช้เกจเล็กลงได้หรือไม่?

ได้ — พิกัดอุณหภูมิฉนวนที่สูงขึ้นจะเพิ่มอุณหภูมิที่ยอมรับได้ของตัวนำ ดังนั้น เกจเดียวกันจึงสามารถนำกระแสได้มากขึ้น ตัวนำ THHN 90 °C มีพิกัดสูงกว่า TW 60 °C ที่มีเกจเท่ากัน และ PTFE 200 °C ก็สูงขึ้นไปอีก ขีดจำกัดมักจะเป็นพิกัดอุณหภูมิและกระแสของคอนเนคเตอร์ ไม่ใช่ของสายไฟ

ฉันจะแปลง AWG เป็น mm² สำหรับการสร้างตามมาตรฐาน IEC 60228 แบบเมตริกได้อย่างไร?

การกำหนดขนาด AWG และเมตริกไม่สามารถจับคู่กันได้อย่างลงตัว ดังนั้น ให้ระบุภาคตัดขวางมาตรฐานที่ใกล้เคียงที่สุดตาม IEC 60228 ค่าเทียบเท่าทั่วไป: 24 AWG ≈ 0.25 mm², 22 AWG ≈ 0.34 mm², 20 AWG ≈ 0.5 mm², 18 AWG ≈ 0.75 mm², 16 AWG ≈ 1.5 mm², 14 AWG ≈ 2.5 mm², 12 AWG ≈ 4.0 mm² ควรตรวจสอบกับเอกสารข้อมูลตัวนำเสมอ เนื่องจากพื้นที่หน้าตัดของสายฝอยจะแตกต่างกันไปตามจำนวนเส้นฝอย

ฉันสามารถสั่งทำตัวนำแบบฝอยพิเศษหรือ AWG ที่ไม่ได้มาตรฐานในการผลิตได้หรือไม่?

ใช่ การตีเกลียวแบบกำหนดเอง ทองแดงเคลือบดีบุกเทียบกับทองแดงเปลือย และ AWG ที่ไม่ได้มาตรฐาน เป็นเรื่องปกติในชุดประกอบที่ผลิตตามสั่ง และควรตรวจสอบขนาดตัวนำกับแรงดึงของการเข้าสายและเกณฑ์ก๊าซแน่นของ IPC/WHMA-A-620 สำหรับเกจที่เลือก จัดเตรียมโหลด ความยาวสายไฟ สภาพแวดล้อม จำนวนสายในมัด และพิกัดอุณหภูมิฉนวน แล้วเกจสามารถระบุและจัดทำเอกสารสำหรับการผลิตได้

การระบุขนาดสายไฟอย่างถูกต้อง หมายถึงการเลือกตัวนำที่ใหญ่ที่สุดตามที่กำหนดโดยสามขีดจำกัดอิสระ ได้แก่ พิกัดอุณหภูมิฉนวน ความสามารถในการรับกระแสของมัดและสภาพแวดล้อมที่ลดทอนลง และเป้าหมายแรงดันไฟฟ้าตก ≤3% ตลอดระยะทางไป-กลับเต็ม ให้ใช้ตารางความสามารถในการรับกระแสที่เผยแพร่เป็นเพดานเริ่มต้น ใช้ปัจจัยการลดทอนของ NEC และตรวจสอบแรงดันไฟฟ้าตกก่อนที่จะยืนยันตัวนำในแบบพิมพ์การผลิต