Таблиця струмових навантажень та потужності дроту AWG за калібром, ізоляцією та відстанню

Вибір калібру дроту — це проблема тепловиділення та напруги, а не здогадка — три обмеження визначають мінімальний AWG для будь-якого провідника:

Ключові висновки

• Сила струму AWG визначається допустимою температурою провідника, яка встановлюється номінальною температурою ізоляції — дріт однакового калібру з номіналом 60 °C, 75 °C або 90 °C пропускає відповідно більше струму.
• Опублікована таблиця сили струму — це стеля, а не ціль: групування більше трьох струмопровідних провідників знижує потужність на 20–55%, а температура навколишнього середовища вище 30 °C знижує її ще більше.
• NEC 310.16 регулює силу струму силових провідників (мідь, ≤3 провідники, температура навколишнього середовища 30 °C); UL 1007 / UL 1015 / UL 1061 визначають типи монтажних дротів, що використовуються в більшості кабельних збірок.
• Падіння напруги, а не тепло, зазвичай визначає калібр для довгих низьковольтних ліній — ланцюг 12 В або 24 В часто потребує більшого провідника для досягнення цільового падіння ≤3%, ніж вимагає лише сила струму.
• Вищий номер = тонший дріт: AWG є оберненою величиною, і кожен крок на 3 одиниці калібру приблизно вдвічі зменшує (або збільшує) площу поперечного перерізу та опір.

Інженерне емпіричне правило: вибирайте провідник за найгіршим із трьох показників — номінальна температура ізоляції, знижена потужність у пучку/температурі навколишнього середовища та падіння напруги ≤3% на повній двосторонній довжині — потім беріть найбільший калібр, який вимагають ці три показники.

Чому калібр дроту — це насамперед теплова проблема

Провідник, занадто тонкий для свого навантаження, поводиться як резистор: він розсіює тепло I²R. Ланцюг відмови передбачуваний — нагрівання опору підвищує температуру провідника, ізоляція наближається до свого номінального ліміту, а в крайньому випадку оболонка розм'якшується або займається. Тому кожен рейтинг сили струму насправді є твердженням про максимальну температуру провідника, яку може витримати ізоляція.

American Wire Gauge (AWG) — це північноамериканський стандарт діаметра суцільних і багатожильних мідних провідників. Шкала є оберненою та логарифмічною: більший номер AWG означає тонший дріт, а зміна на 3 одиниці калібру приблизно подвоює або зменшує вдвічі площу поперечного перерізу. Саме ця геометрія пояснює, чому провідник 10 AWG пропускає значно більше струму, ніж 14 AWG — більше міді, нижчий опір на фут, менше тепла на ампер. Правильне визначення розміру провідника є першим кроком у будь-якій кабельній збірці на замовлення.

Пропускна здатність AWG: Базова таблиця

Наведена нижче таблиця є еталонною для одного ізольованого провідника в повітрі при температурі навколишнього середовища 30 °C. "Проводка шасі" передбачає короткі ділянки на відкритому повітрі (проводка приладів та панелей); "передача електроенергії" — це консервативна оцінка для довших згрупованих ділянок, де накопичується тепло.

Використовуйте стовпець "Проводка шасі" лише для коротких вентильованих ділянок. Для джгутових або канальних ділянок починайте зі стовпця "Передача електроенергії" та застосовуйте коефіцієнти зниження, наведені нижче.

Пропускна здатність залежно від температури ізоляції

Для силових провідників пропускна здатність зростає зі збільшенням номінальної температури ізоляції, оскільки обмежуючим фактором є температура провідника. Наведені нижче значення відповідають стандарту NEC 310.16 для міді, з не більше ніж трьома провідниками, що несуть струм, при температурі навколишнього середовища 30 °C. Стовпець 60 °C відповідає стилям проводів, таким як TW; 75 °C — THW/RHW; 90 °C — THHN/XHHW.

Типи проводів, розраховані на температуру вище 90 °C — 105 °C MTW, 150 °C силікон та 200 °C PTFE/FEP — підвищують допустиму температуру провідника, тому той самий калібр несе більше струму при високотемпературних збірках. Компромісом є вартість матеріалу та обробка; дивіться порівняння високотемпературної ізоляції проводів для прийняття рішення щодо силікону проти FEP проти PTFE. Зверніть увагу на правило NEC щодо малих провідників (240.4(D)): захист від перевантаження обмежує мідні провідники 14/12/10 AWG до 15/20/30 А незалежно від стовпця 90 °C.

Зниження номінального струму: Чому число в таблиці є максимумом

Два коригування застосовуються перед тим, як значення з таблиці можна буде використовувати в реальному джгуті. Обидва є множниками — застосовуйте їх разом.

Зниження номінального струму для кількості провідників (в пучку) згідно з NEC 310.15(C)(1), для більш ніж трьох струмопровідних провідників у пучку або каналі:

Зниження номінальних характеристик при підвищеній температурі навколишнього середовища для дроту з номінальною температурою 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. Провідник 10 AWG з номінальною температурою 90 °C та номінальним струмом 40 А знижується до 40 × 0,50 (пучок з 12) × 0,91 (40 °C) ≈ 18 А у щільному, теплому індивідуальному джгуті проводів. Конструктори, які не враховують зниження номінальних характеристик, є найпоширенішою причиною відмов через перегрів у польових умовах.

Падіння напруги: вибір перерізу за відстанню, а не лише за струмом

При низьковольтному постійному струмі падіння напруги зазвичай вимагає більшого перерізу, ніж номінальна амперажність. Падіння розраховується за формулою V = 2 × L × I × (R/1000), де L — довжина в один бік у футах, I — струм, а R — опір провідника на 1000 футів. Коефіцієнт 2 враховує зворотний провідник. Цільове значення становить ≤3% від напруги живлення на навантаженні.

Приклад розрахунку — допоміжне навантаження автомобіля 12 В, що споживає 10 А на відстані 15 футів в один бік: провідник 16 AWG (≈4,0 Ом/1000 футів) має падіння 2 × 15 × 10 × 0,004 = 1,2 В, або 10% — неприйнятно. Перехід на 12 AWG (≈1,6 Ом/1000 футів) дає падіння 0,48 В (4%); 10 AWG (≈1,0 Ом/1000 футів) дає падіння 0,30 В (2,5%), що відповідає цільовому показнику. Така ж арифметика керує падінням напруги на довгій лінії постійного струму 24 В до ПЛК та датчиків. Мінімальний переріз AWG у таблиці нижче націлений на падіння ≤3%:

Багатожильні проти одножильних та металургія провідника

Кабельні збірки та джгути майже виключно використовують багатожильні провідники — одножильний дріт твердне при роботі та ламається під дією вигинів та вібрацій прокладеної збірки. Багатожильність (наприклад, 7/32, 19/36 або 41/40 для 24 AWG) забезпечує трохи більший загальний діаметр в обмін на довговічність при згинанні та надійність обтиску. Одножильний провідник використовується для терміналів IDC та фіксованих перемичок на друкованих платах.

Металургія також змінює розрахунки амперної потужності. Алюміній з мідним покриттям (CCA) та чистий алюміній переносять менший струм на калібр, ніж мідь, через вищий опір, тому алюмінієвий провідник з еквівалентною амперною потужністю на один-два калібри більший. Повний компроміс між мідними, CCA та чисто алюмінієвими провідниками охоплює відмінності у вазі, вартості та підключенні. Для збірки кабелів введення/виведення та керування, що передають сигнали низької потужності, калібр зазвичай визначається механічною міцністю та сумісністю обтиску, а не амперною потужністю.

Поширені запитання про номінальний струм AWG

Чи слід використовувати номінальний струм для проводки шасі чи для передачі потужності?

Використовуйте стовпець для передачі потужності для будь-якого провідника, що зібраний у джгут або прокладений у трубі. Номінальний струм для проводки шасі передбачає один провідник у відкритому, вентильованому повітрі і є дійсним лише для коротких ліній приладів або панелей; застосування його до зібраного вузла завищує потужність у 3–5 разів.

Наскільки знижується амперна потужність AWG при згрупованих провідниках?

Згідно з NEC 310.15(C)(1), чотири-шість провідників, що несуть струм, знижуються до 80% амперної потужності одного провідника, 7–9 до 70%, а 10–20 до 50%. Застосовуйте коефіцієнт групи та коефіцієнт температури навколишнього середовища разом, мультиплікативно, перед порівнянням із навантаженням.

Чи дозволяє ізоляція з вищою температурою використовувати менший калібр?

Так — вищий температурний рейтинг ізоляції підвищує допустиму температуру провідника, тому той самий калібр переносить більше струму. Провідник THHN 90 °C має вищий рейтинг, ніж провідник TW 60 °C ідентичного калібру, а PTFE 200 °C — ще вищий. Обмеженням часто стає температура та номінальний струм роз'єму, а не дроту.

Як конвертувати AWG в мм² для метричної збірки за стандартом IEC 60228?

Розміри AWG та метричні не співвідносяться однозначно, тому вказуйте найближчий стандартний переріз IEC 60228. Поширені еквіваленти: 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. Завжди перевіряйте за специфікацією провідника, оскільки площа багатожильного дроту залежить від кількості жил.

Чи можу я отримати провідники зі спеціальною кількістю жил або нестандартний AWG у серійному виробництві?

Так. Індивідуальне плетіння, луджена або гола мідь, а також нестандартні AWG є звичайними для збірок, виготовлених на замовлення, а розмір провідника слід перевіряти відповідно до критеріїв сили обтиску та герметичності за стандартом IPC/WHMA-A-620 для вибраного калібру. Вкажіть навантаження, довжину лінії, температуру навколишнього середовища, кількість кабелів у пучку та номінальну температуру ізоляції, і калібр може бути визначений та задокументований для виготовлення.

Правильне визначення калібру дроту означає вибір найбільшого провідника, що вимагається трьома незалежними обмеженнями — номінальною температурою ізоляції, зниженою пропускною здатністю в пучку та навколишньому середовищі, а також цільовим показником падіння напруги ≤3% на повній двосторонній лінії. Розглядайте опубліковану таблицю пропускної здатності як початкову стелю, застосовуйте коефіцієнти зниження відповідно до NEC та перевіряйте падіння напруги перед тим, як внести провідник до креслення виготовлення.