AWG в ампери: таблиця і калькулятор

Як читати цю таблицю AWG в ампери

Кожен рядок поєднує розмір за American Wire Gauge із номінальним перерізом міді, який він насправді містить, у мм², і з чотирма значеннями допустимого струму. Сам номер калібру не каже нічого про те, який струм витримає дріт — це визначає площа міді, і саме тому колонка мм² стоїть другою, одразу біля калібру.

Площа міді, а не зовнішній діаметр

Гнучкий силіконовий дріт значно частіше продають за зовнішнім діаметром, ніж за перерізом жили. Кабель, заявлений як 8 AWG, може мати 8 мм по оболонці й ледве 6 мм² міді. Рахуйте за кількістю жилок і діаметром жилки з даташита, а потім звіряйте отриману площу з таблицею. Калькулятор вище виконує саме цю арифметику.

Колонки 60 °C і 200 °C

Колонки 60 °C — консервативний щоденний орієнтир: провідник залишається холодним, клеми працюють у межах власних характеристик, а на спекотний день є запас. Колонки 200 °C — тепловий ліміт силіконової ізоляції, а не проєктна ціль. Провідник, який працює на межі 200 °C, розплавить термоусадку, змінить колір клем і обпече шкіру при дотику, тож використовуйте це число лише щоб розуміти наявний запас, а не як розрахункове.

Максимальна потужність — тут рід струму й видно

Колонки допустимого струму — в амперах, і ампер є ампер: провіднику байдуже, від постійного чи змінного струму він нагрівся. Повністю змінюється те, чого ці ампери варті. Та сама жила 0 AWG на своїх 109,7 А віддає 2,6 кВт у системі 24 В постійного струму, 25 кВт на 230 В однофазних і 76 кВт на 400 В трифазних — різниця у двадцять дев'ять разів, лише за рахунок напруги та √3.

У зворотний бік це саме те число, яке більшості й потрібне: для однакового навантаження струм, який доведеться нести, кардинально різний для постійного та змінного струму, а мідь добирається за струмом, а не за ватами. Навантаження 3 кВт — це 125 А за 24 В постійного струму і 4,3 А за 400 В трифазних.

Опір і максимальна траса

Дві останні колонки найсильніше залежать від перемикача роду струму. Опір — це ρ/A на метр, який для змінного струму перераховується на обрану частоту. Максимальна траса — це найбільша довжина в один бік, за якої падіння лишається в межах 3 %, коли жила несе свій струм для «≤3 жили» за 60 °C і напруги, заданої в калькуляторі.

На цю колонку варто подивитись уважно. Та сама жила 0 AWG придатна для 9,6 м у системі 24 В постійного струму і 185 м у трифазній 400 В — різниця в дев'ятнадцять разів, лише за рахунок напруги та √3, за абсолютно незмінної міді. Довгу трасу рідко обмежує допустимий струм; її обмежує падіння напруги.

Пучок проти вільного повітря

Одинарний провідник у нерухомому повітрі віддає тепло в усі боки. Той самий провідник усередині джгута ділить тепло із сусідами, і всі вони гріються сильніше. Колонки ≤3 жили передбачають звичайний кабель або невеликий пучок; колонки вільне повітря — один провідник без нічого навколо. Понад три струмопровідні жили потребують додаткових коефіцієнтів групування з калькулятора.

Як працює калькулятор перерізу дроту

Калькулятор відштовхується від фізичної конструкції дроту, а не від його маркування, і проходить ті самі чотири кроки, що й інженер.

1. Переріз за кількістю жилок

Площа мідіA = n × π × d² / 4

n — кількість жилок, d — діаметр однієї жилки в міліметрах. Типовий силіконовий провід «4 AWG» із 1650 жилок по 0,08 мм дає 8,29 мм² — істотно менше за 21,15 мм² справжнього 4 AWG, і саме такі розбіжності ця сторінка й покликана виявляти.

2. Еквівалентний калібр AWG

Калібр із площіAWG = 36 − 39 × log(d_eq / 0,127) / log(92)

Площа переводиться назад в еквівалентний суцільний діаметр, а потім у номер за шкалою AWG. Результат зазвичай дробовий, і це чесно: реальний багатожильний дріт рідко потрапляє точно в калібр.

3. Поправки на температуру та групування

Знижений струмI = I_баз × k_темп × k_груп

Базовий струм рахується для вашого перерізу, а не береться з найближчого рядка: між двома табличними калібрами струм змінюється за степеневим законом від площі, I ∝ A^k, де k береться із самої пари рядків — тут це 0,5–0,7, бо тепло приходить через переріз, а йде через поверхню. Якщо переріз точно збігається з калібром, повертається опубліковане число. Температурний коефіцієнт інтерполюється між опублікованими точками корекції: провідники на 60 °C швидко втрачають запас вище 30 °C, тоді як провідники на 200 °C зберігають працездатність глибоко в зоні високих температур. Коефіцієнт групування береться з селектора прокладання, і обидва перемножуються.

4. Падіння напруги та втрати в дроті

Постійний і однофазний зміннийΔU = 2 × I × R × L × cos φТрифазний змінний, між лініямиΔU = √3 × I × R × L × cos φ

R — опір одного метра, ρ/A, де ρ = 0,0175 Ом·мм²/м для міді за 20 °C, а L — довжина траси в один бік. Постійний і однофазний змінний струм ідуть туди й назад, тому довжина враховується двічі. Трифазне коло — ні: у падінні між лініями замість двійки стоїть √3. Для постійного струму cos φ дорівнює одиниці, тому перша формула зводиться до звичного 2IRL.

Потужність, втрачена як тепло, дорівнює I²R на кожну жилу — дві жили для постійного та однофазного струму, три для трифазного. У низьковольтних системах саме це, а не допустимий струм, зазвичай змушує брати товщий провідник: коло 12 В допускає лише 0,36 В падіння за поширеної норми 3 %.

Реактивний опір не враховано. Для перерізів і довжин, про які йдеться на цій сторінці, він менший за невизначеність самого активного опору, але на довгих трифазних трасах у трубі він перестає бути знехтуваним — там рахуйте за published R і X конкретного кабелю.

5. Чому трифаза знижує струм, а частота — здебільшого ні

Тут діють дві різні причини, і за величиною вони незіставні.

Кількість жил — головна. Трифазне коло має в кабелі три струмопровідні жили там, де постійне й однофазне мають дві. Три жили, кожна з яких виділяє I²R, дають у півтора раза більше тепла в тому самому пучку, тож кожна має нести менше. IEC 60364-5-52 подає це окремими колонками 2 навантажені жили та 3 навантажені жили; по мідних таблицях це відношення в середньому дорівнює 0,915 — саме цей коефіцієнт застосовано тут до колонок «у кабелі». Він не залежить від частоти й дає зниження приблизно на 9 %: тому 0 AWG показує 109,7 А для постійного струму і 100,4 А для трифазного. Колонки вільного повітря описують одну ізольовану жилу — той самий об'єкт у будь-якому режимі, тож вони не змінюються.

Частота — другорядна, принаймні на мережевій. Змінний струм витісняється до поверхні жили, тож опір зростає, але в міді на 50 Гц глибина скін-шару становить близько 9,4 мм, тоді як навіть жила 0 AWG має радіус лише 4,1 мм.

Скін-ефект і ефект близькості, IEC 60287-1-1y_s = x_s⁴ / (192 + 0,8 x_s⁴)y_p = y_s (d/s)² [0,312 (d/s)² + 1,18 / (y_s + 0,27)]

Враховано обидва ефекти — скін-ефект і ефект близькості сусідніх жил, який переважає одразу поза мережевою частотою. Разом вони дають 0,28 % на 50 Гц для 0 AWG, 0,04 % для 4 AWG і нічого вимірного для тоншого. Це і є вся різниця між постійним і однофазним змінним струмом тут: обидва мають дві навантажені жили, а в неброньованого низьковольтного дроту немає ані втрат в оболонці, ані діелектричних. У таблиці показано десяткову частку, щоб цю різницю було видно там, де вона є — 0 AWG переходить зі 109,7 А на 109,6 А — і щоб рядки читались однаково там, де вона справді нульова. Допустимий струм масштабується як 1/√(1+y_s), тобто змінюється менш ніж на десяту частку відсотка — значно менше за розбіжність між даташитами двох виробників. Тож сама лише частота не виправдала б окремої колонки для змінного струму; її виправдовує кількість жил.

Вище за частотою це вже важить. На 400 Гц — авіація та деякі приводи — 0 AWG додає 17 %, і саме тому калькулятор питає частоту, а не припускає мережеву. Формула чинна до x_s ≤ 2,8, тобто приблизно до 1 кГц на найбільшому калібрі; вище калькулятор сам позначає результат як орієнтовний.

Матеріали жили

AWG — це геометричний розмір, тож переріз у таблиці однаковий для будь-якого металу. Змінюється те, який струм цей переріз витримає і скільки напруги на ньому впаде. Обидва випливають з одного числа — питомої провідності за шкалою IACS, де відпалена мідь дорівнює 100 %.

Струм відносно мідіI / I_Cu = √(σ / σ_Cu)Опір відносно мідіR / R_Cu = σ_Cu / σ

Однакова геометрія й однаковий допустимий перегрів означають, що I²R фіксоване, тож струм змінюється як обернений корінь із питомого опору. Це не емпіричне правило: за NEC 310.16 відношення алюмінію до міді в середньому становить 0,774 від 6 AWG до 4/0, тоді як √0,612 передбачає 0,782.

Що пропонує селектор

Мідь

100% IACS · ×1,000

Срібло

105% IACS · ×1,025

Луджена мідь

96% IACS · ×0,980

Нікельована

95% IACS · ×0,975

Алюміній 1350

61,2% IACS · ×0,782

Сплав 8000

61% IACS · ×0,781

Мідно-алюмінієвий

61,5% IACS · ×0,784

Мідно-сталевий

30% IACS · ×0,548

Усе інше вводиться як власний відсоток IACS — це чесний спосіб врахувати даташит, який подає власну цифру.

Покриття міді

Покриття потрібне заради середовища, а не заради провідності. Олово захищає від корозії й зберігає змочуваність припоєм; нікель витримує понад 200 °C, де олово давно розплавилось би; срібло — для високих частот, де струм іде поверхнею. Втрата невелика й залежить від товщини шару відносно жилки: на жилці 0,08 мм мікрон олова займає близько 5 % площі й проводить на рівні 15 % від міді — звідси й береться 96 %. На товщих жилках менше. Срібне покриття на опорі постійному струму практично не позначається, бо основа лишається мідною.

Алюміній і чого він коштує

Алюміній несе близько 78 % струму міді того самого розміру, тож щоб зрівнятися з мідною жилою, потрібно у 1,64 раза більше площі — приблизно два кроки AWG угору. На довгих трасах він однаково вигідний: за однакової провідності важить близько третини й коштує значно менше.

Проблема ніколи не в металі — вона в з'єднанні. Алюміній тече під тиском затиску, тож клема, затягнута торік, сьогодні може бути слабкою; він миттєво вкривається ізолювальним оксидом на повітрі; і розширюється від нагріву приблизно на 40 % сильніше за мідь, розхитуючи себе кожним циклом нагрівання. Алюмінієва проводка в житлових колах заробила свою репутацію в 1960–70-х саме через це. Використовуйте клеми, сертифіковані для алюмінію, наносьте антиоксидну пасту, затягуйте моментом, зазначеним на з'єднувачі, і ніколи не з'єднуйте голий алюміній з голою міддю у вологому місці — гальванічна пара з'їдає алюміній.

Тонкожильний силіконовий дріт, про який ця сторінка здебільшого й розповідає, з алюмінію не роблять: він не витримує циклів згинання.

Біметалеві жили

Мідно-алюмінієвий провід (CCA) — це алюміній у мідній оболонці, зазвичай 10 % за об'ємом. Він з'єднується як мідь, а проводить як алюміній, і це прийнятний компроміс — біда в тому, що його часто продають як мідь. Зачистіть зразок: осердя буде сріблястим. Мідно-сталевий (CCS) — зовсім інша річ, 30 % IACS, зроблений заради механічної міцності та поверхневої провідності на високих частотах, а не заради потужності; магніт визначає його миттєво.

Одне застереження щодо температури

Усі числа тут наведено для 20 °C. Жила, що реально працює за 60 °C, має приблизно на 16 % більший опір, а температурний коефіцієнт алюмінію (0,00403/K) трохи гірший за мідний (0,00393/K). Для падіння напруги в гарячому колі додайте цей запас самостійно — калькулятор цього не робить, бо для цього потрібна температура жили, а не довкілля.

Ізоляція

Ізоляція додає до допустимого струму одну річ: наскільки гарячою вона дозволить стати жилі. Міді байдуже — їй комфортно і за 400 °C. Межу визначає пластик навколо, і саме це число рухає високотемпературну колонку таблиці.

Струм за іншої робочої температуриI / I₂₀₀ = √( (T−30) / (1 + α(T−20)) ) ÷ √( 170 / (1 + α·180) )

Тепло відводиться пропорційно ΔT, а надходить як I²R, причому сам R зростає з температурою — тому виграш від вищої робочої температури менший, ніж здається спершу. За NEC 310.16 формула передбачає відношення 90 °C до 60 °C як 1,347, тоді як опубліковані колонки дають 1,333–1,360 для 10 AWG і товщих. Силікон 200 °C — еталон із коефіцієнтом рівно 1,000, тож його вибір відтворює опубліковані дані без змін.

Що пропонує селектор

ПВХ

70 °C · ×0,579

ПВХ/нейлон THHN

90 °C · ×0,687

Зшитий ПЕ / EPR

90 °C · ×0,687

ПВХ термостійкий

105 °C · ×0,751

ETFE (Tefzel)

150 °C · ×0,893

Силікон

180 °C · ×0,962

Силікон, FEP

200 °C · ×1,000

PTFE / PFA

260 °C · ×1,090

Правило, на якому найчастіше помиляються

Усе коло працює за температурою свого найслабшого місця, і це майже ніколи не дріт. Клема автомата, сертифікована на 75 °C, обмежує всю трасу 75 °C незалежно від того, що написано на ізоляції — NEC 110.14(C) прямо це фіксує, а більшість апаратів до 100 А сертифіковані взагалі на 60 °C. Купити силікон на 200 °C, порахувати за його колонкою 200 °C, а потім затиснути в наконечник на 75 °C — це типовий шлях до згорілого з'єднання. Саме тому консервативна колонка 60 °C у цій таблиці лишається незмінною, що б ви не обрали: для більшості реальних установок керує саме вона.

Висока робоча температура дає запас у гарячому корпусі, живучість поруч із випуском чи нагрівачем і можливість нести повний струм, коли довкола вже 80 °C. Вона не дає права проганяти більший струм через ті самі клеми.

Як обирати

ПВХ дешевий, стійкий до стирання й дубіє на морозі; розм'якшується там, де гаряче, і виділяє хлористий водень під час пожежі — тому в тунелях і на суднах його заміняють безгалогенні компаунди. Зшитий поліетилен — це той самий клас ціни, але краще тримає температуру й не тече. Силікон — найгнучкіший у списку з великим відривом і витримує 200 °C, але легко ріжеться й протирається, тож потребує захисної трубки скрізь, де може тертися. PTFE і PFA найкращі електрично й термічно і байдужі майже до всіх розчинників — за кілька разів більшу ціну й помітно меншу гнучкість. ETFE — компроміс, на якому зупинилась авіація: тонка стінка, міцний, 150 °C.

Дві речі, яких тут не враховано

Товщина стінки. Товста оболонка — це тепловкривало, тож два кабелі на 90 °C різної конструкції несуть різний струм. Даташити рідко подають товщину в порівнюваному вигляді, тож тут використано лише робочу температуру.

Номінальна напруга — зовсім окрема властивість. Версії однієї ізоляції на 600 В, 1 кВ і 3 кВ мають однакову робочу температуру й різняться лише стінкою. Перевіряйте її окремо — ніщо на цій сторінці не каже, чи витримає ізоляція вашу напругу.

AWG у мм² — коротко

Номінальні перерізи міді за ASTM B258 і найближчий метричний розмір кабелю, який ринок реально продає під кожним із них.

0 AWG

53,49 мм² · ≈ 50 мм²

2 AWG

33,62 мм² · ≈ 35 мм²

4 AWG

21,15 мм² · ≈ 25 мм²

6 AWG

13,30 мм² · ≈ 16 мм²

8 AWG

8,37 мм² · ≈ 10 мм²

10 AWG

5,26 мм² · ≈ 6 мм²

12 AWG

3,31 мм² · ≈ 4 мм²

14 AWG

2,08 мм² · ≈ 2,5 мм²

16 AWG

1,31 мм² · ≈ 1,5 мм²

18 AWG

0,823 мм² · ≈ 1 мм²

20 AWG

0,518 мм² · ≈ 0,5 мм²

22 AWG

0,326 мм² · ≈ 0,35 мм²

Число праворуч — це розмір, який зазвичай називає постачальник. Воно майже завжди більше за справжню площу AWG, тож метричний кабель під виглядом AWG-еквівалента безпечний за струмом і оманливий за ціною міді.

Часті запитання

Подивитися код або виправити його

Ця сторінка з відкритим кодом. Дані таблиці, обидва переклади, калькулятор і цей текст створює один генератор — саме тому англійська та українська версії не можуть розійтися.

• src/build.php — таблиця струмів, тексти, FAQ і розмітка JSON-LD
• src/template.html — каркас сторінки та калькулятор
• src/test.js — тести, що ганяють калькулятор на зібраних сторінках

Помітили хибне число або хочете додати калібр? Створіть issue чи надішліть pull request на github.com/66Ton99/homepage. Особливо вітаються виправлення з посиланням на даташит або стандарт — найменш надійні рядки AWG 24–30, бо вони орієнтовні для тонкожильного силіконового дроту, а не взяті з однієї авторитетної таблиці.