Ce înseamnă AWG (unitate de măsură pentru diametru cabluri)

AWG (American Wire Gauge) – sistem american unificat de măsuri care ordonă dimensiunea diametrelor sau a secțiunii transversale ale firelor.

Valoarea AWG este exprimată în numere întregi (de exemplu 1, 2 sau 15), cărora le corespund dimensiunile specifice (date în mm sau țoli și în mm² sau kcmil). În acest sistem, odată cu creșterea numerației scade dimensiunea fizică a firelor.
De exemplu: 1 AWG = 42,40 mm², iar 28 AWG = 0,32 mm².

Figura 1. Proporții aproximative (la scara corespunzătoare) a mai multor mărimi de fire în sistemul AWG

Sistemul de măsurare AWG a fost creat în prima jumătate a secolului al XIX-lea. Forma finală i-a fost dată în 1957 de către Joseph Rogers Brown – pentru necesitățile fabricii Brown & Sharpe care producea instrumente de măsurare. De aici sistemul a luat și al doilea nume sub care este cunoscut, adică Brown and Sharpe wire gauge (B & S).

Motivul pentru ordinea „inversă” în AWG este cursul procesului de formare a firului la un diametru dat în timpul creării acestui sistem. Inițial, numărul AWG corespundea numărului de trecere a firelor de sârmă prin matrițe. Pornind de la o tijă de sârmă cu o arie de 106 kcmil, era necesar să se efectueze 20 de trageri prin matrițe cu o dimensiune din ce în ce mai mică a orificiului, pentru ca produsul final să fie de oferit la dimensiunea de 1,02 kcmil (20 AWG). Dimensiunile subunitare (0 [1/0], 00 [2/0], 000 [3/0] și 0000 [4/0]) s-au adăugat acestui sistem un pic mai târziu, iar firele de dimensiuni corespunzătoare au fost create din tije de sârmă, sau din bare de turnare continuă cu o dimensiune mai mare de 106 kcmil din secțiunea transversală.

Figura 2. Dimensiunea AWG se modifică cu o unitate după trecerea firului prin fiecare matriță: (a) bara primară, (b) până la (d) cu dimensiuni consecutive AWG. De exemplu: (a) = 6 AWG → (e) = 10 AWG

În sistemul de măsurare AWG au fost incluse 44 mărimi: de la 0000 [4/0], unde diametrul firului este cel mai mare, până la 40 – cel mai mic diametru. Odată cu creșterea numărului, zona secțiunii transversale scade; în fiecare caz cu aproximativ 20,5% (diametru aproximativ 10,25%). Acest lucru se datorează faptului că matrițele folosite în fabrica Brown & Sharpe au permis reducerea diametrului firului de fiecare dată cu doar 10,25%.

Din aceasta rezultă următoarele dependențe:
– zona secțiunii transversale crește de două ori atunci când numărul AWG scade cu 3 poziții, de exemplu 2 fire 12 AWG au aceeași arie ca firele 9 AWG;
– diametrul firului crește de două ori odată cu scăderea numărului AWG cu 6 unități, de exemplu, firul 9 AWG are de 2 ori diametrul firului de 15 AWG;
– o creștere de trei ori a diametrului odată cu scăderea numărului AWG cu 10;
– o creștere de cinci ori a diametrului odată cu scăderea numărului AWG cu 14;
– o creștere de 10 ori a diametrului odată cu o scăderea numărului AWG cu 20;

Adițional, în funcție de proprietățile fizice ale materialelor din care sunt fabricate firele, există și anumite dependențe. Aluminiu are o conductivitate de 61% în comparație cu conductivitatea cuprului. Firele din aluminiu au aceeași rezistență ca și cele din cupru cu un număr AWG mai mic cu 2 dimensiuni.

Diametrul exact al firului (în mm) cu un AWG dat poate fi calculat cu ajutorul următoarele formule: u>

și

sau în țoli:

și

unde:
d – diametrul firului,
n – numărul AWG.

O listă cu dimensiunile și proprietățile fizice de bază este prezentată în Tabelul 1 b>.

Tab. 1. American Wire Gauge (AWG) – lista de dimensiuni, rezistență și capacitate maximă de încărcare (pentru curentul continuu) și a frecvenței maxime la care efectul de piele nu se produce (pentru curent alternativ). Toți parametrii sunt indicați pentru firele de cupru la 25°C

Diametrele sârmei și a cablului cu același număr AWG sunt diferite. Acest lucru se datorează faptului că diametrul / suprafața secțiunii determină numărul AWG al sârmei. Secțiunea transversală / diametrul sârmei se compune atât din firele individuale, cât și din spațiile goale dintre acestea. Aceste „goluri” depind de modul în care firele sunt combinate pe planul cablului. Numărul AWG al cablului indică nu suprafața întregului, și suma suprafețelor tuturor firelor care sunt cele mai apropiate de acest număr.

În tabelul nr. 2 sunt prezentați parametrii cablului compus dintr-o singură sârmă și cabluri compuse din mai multe fire. S-au comparat structura, diametrul exterior și suprafața secțiunii transversale (în totalitate, nu suma elementelor componente – măsurate fără izolație) și rezistența conductorului (exprimată în Ω/km).

Tab. 2. Compararea parametrilor de bază a cablurilor sub formă de sârmă și fire (n – numărul de fire care sunt incluse în cablu)

Tabelul conține lista numerelor AWG de la 4/0 [0000] până la 2 și celelalte poziții pare, inclusiv 36. Cablurile cu numărul AWG mai mare de 36 nu sunt fabricate din cauza diametrelor prea mici ale firelor care ar intra în componența acestora.

Sistemul AWG a fost creat și utilizat pentru prima dată în Statele Unite ale Americii. La moment este considerat un standard mondial, care scoate din uz alte sisteme și standarde utilizate. Din punct de vedere istoric, sistemul a fost considerat concurent cu soluția britanică Birmingham Wire Gauge (BWG). După mici modificări, la sfârșitul secolului XIX, sistemul BWG a fost schimbat în Standard Wire Gauge (SWG), care a devenit standardul obligatoriu în Regatul Unit al Marii Britanii. SWG este cunoscut și sub denumirea de Imperial Wire Gauge sau British Standard Gauge. În ciuda faptului că echipamentele de măsurare ale sistemului SWG arată aproape identic ca și cele care sunt standardizate AWG, numerele din cadrul acestor sisteme pot să aibă dimensiuni diferite.

Figura 3. Compararea echipamentelor de măsurare pentru sistemul AWG (în partea stângă) cu cele ale standardului SWG (în partea dreaptă). Dimensiunea 14 AWG ≈ 16 SWG

Așa cum se indică în figura 3, dimensiunea 14 în cadrul sistemului AWG este aproximativ identică cu dimensiunea în cadrul standardului 16 din SWG.

Diferența de bază între sistemele AWG și SWG se referă totuși la materialul din care trebuie să fie fabricat cablul măsurat. Sistemul american a fost creat pentru catalogarea sârmelor și a firelor din metale și aliaje neferoase (nemagnetice) – în principal din cupru, dar și – de exemplu – din aluminium sau argint. În schimb, standardul britanic a apărut pentru a putea cataloga dimensiunile diametrelor firelor din fier. Adițional, sistemul AWG definește 44 de dimensiuni de bază, iar standardul SWG prevede până la 57 de dimensiuni.

La momentul actual Standardul Wire Gauge și-a pierdut din importanță și a fost înlocuit cu standardul BS 6722:1986.

În cadrul statelor care folosesc sistemul de unități imperiale, standardul AWG este folosit frecvent la fabricarea tuturor tipurilor de cabluri. În statele în care se utilizează sistemul de măsurare bazat pe metru, la momentul de față se folosește atât standardul BS 6722:1986, precum și sistemul AWG – alegerea este dependentă de destinația cablului.

Figura 4. Exemple de cabluri în conformitate cu sistemul AWG și standardul BS 6722:1986: (a) HDMI, (b) USB, (c) cabluri 5 V și 12 V de la alimentatorul pentru calculatorul staționar, (d) cablu electric cu mufe de conectare IEC-C5

În specificațiile tehnice ale standardelor pentru interfețele de transmisia a datelor sau a alimentării sunt indicate informațiile detaliate legate de conlucrarea adecvată cu cablurile utilizate. Luând în considerare faptul că majoritatea noilor tehnologii este dezvoltată în Statele Unite ale Americii (sau în cadrul unei colaborării cu firmele din această țară), cablurile folosite în electronică sunt fabricate în principal în conformitate cu standardul AWG.

În cadrul rețelelor informatice se utilizează cablurile UTP și FTP, iar diametrul unui singur fir nu poate fi mai mare de 22 AWG și mai mic decât 24 AWG. În cazul unor segmente mai scurte este posibilă utilizarea unor patchcorduri cu dimensiunea firului de 26 AWG.

În cazul interfeței HDMI – HDMI Working Group (creatorul standardului) recomandă ca produsele Standard HDMI Cable să fie fabricate din fire cu dimensiunea 28 AWG, iar High Speed HDMI Cable din fire cu dimensiunea 24 AWG. Aceste specificații nu sunt indicate pentru Premium High Speed HDMI Cable.

Totuși, în practică s-a demonstrat că dimensiunea AWG depinde de lungimea cablului:
– în intervalele până la 3 m se recomandă utilizarea dimensiunilor 30–28 AWG,
– între 3 m și 10 m – a dimensiunilor 28–26 AWG,
– iar peste 10 m – a cablurilor cu un număr 26 AWG sau mic.

Adițional la interconectarea echipamentelor care transmit cantități mai mari de date (de exemplu BluRay 3D sau plăci grafice cu capacitate sporită) cu sistemele de recepție la o rezoluție de 4K sau mai mare, se recomandă utilizarea unor cabluri cât mai scurte și cu un număr AWG cât mai mic.

În cazul standardului USB sunt fabricate două tipuri de cabluri:
– folosite la transmiterea datelor între echipamentele periferice (aparate fotografice, sisteme de stocare a datelor cu alimentare autonomă ș.a.m.d..) și de exemplu un calculator – cablurile de acest tip au toate firele de aceeași dimensiune, în principiu 28 AWG;
– pentru alimentarea echipamentului conectat – acestea sunt prevăzute cu marcarea dublă AWG (așa cum se indică în figura 4b) – separat pentru firele D- și D+ (28 AWG) și separat pentru alimentare și GND – de obicei la dimensiunea 24 AWG.

În conformitate cu specificația standardului, alimentarea de la portul USB trebuie să aibă o tensiune de 5 V, cu o toleranță ±5% (0.25 V). Echipamentele alimentate de la portul USB (tastatură, discuri mobile, camere de Internet, ș.a.m.d.) trebuie să conlucreze adecvat în cazul unor căderi de tensiune cu 0.55 V până la valoarea 4.45 V (în cazul utilizării standardului USB 2.0) sau cu 0.6 V până la valoarea 4.4 V (în cazul utilizării standardului USB 3.0).

În tabelele de mai jos (tab. 3a–3d) se indică cu cât va scădea tensiunea de 5 V în funcție de diametrul firelor și cablurilor utilizate în instalație. În raport sunt listate tensiunile de curent utilizate în cadrul celor mai populare încărcătoare USB pentru echipamentele mobile: tab: 3a – modele mai vechi de telefoane, tab. 3b, tab. 3c și tab. 3d – smartpfone-uri, tablete ș.a.m.d.

Tab. 3a. Alimentare – 500 mA

Tab. 3b. Alimentare – 1000 mA

Tab. 3c. Alimentare – 2000 mA

Tab. 3d. Alimentare – 2400 mA

Culorile care indică căderea tensiunii de alimentare:

Aceste calculații au fost efectuate în baza legii lui Ohm, luând în considerare rezistența cablurilor din cupru și a conexiunilor (la nivelul de 30 mΩ).

În culoarea verde au fost indicate combinațiile de dimensiuni AWG și a lungimii cablurilor care permit obținerea standardului de tensiune la ieșirea cablului de alimentare.

În culoarea galbenă (galben-roșie pentru standardul USB 3.0) au fost indicate combinațiile de dimensiuni AWG și a lungimii cablurilor care permit încărcarea și reîncărcarea – de exemplu a unui smartphone. Tensiunea scade sub limita permisă de standardul USB pentru dispozitive de încărcare (pentru încărcător), dar se încadrează în limitele necesare pentru dispozitivele încărcate (de exemplu tablete).

În culoarea roșie au fost marcate acele cabluri care nu ar trebui utilizate pentru încărcarea dispozitivelor USB cu încărcătorul dat.

Cu toate acestea, trebuie reținut faptul că cablurile cu un număr mai mare AWG, realizate din materiale de calitate mai bună (din cupru fără adaosuri, nepoluat) și cu conexiuni mai bune, vor genera pierderi mai mici decât cele cu fire mai groase, dar realizate, de exemplu, cu un amestec de aluminiu.

Cablurile electrice din Europa care se folosesc de mult timp sunt produse în conformitate cu standardul metric BS 6722: 1986. De exemplu, în industria construcțiilor sunt utilizate cel mai frecvent cablurile cu o secțiune transversală de 1,5 mm ² sau 2.5 mm² cu sarcini admisibile (conform normelor de construcție) de 10 A și 16 A. În țările care utilizează sistemul AWG în pereți, sunt folosite fire de dimensiuni 14AWG (2,08 mm²) și 12 AWG (3.31 mm²) cu sarcini maxime de 15 A și 20 A.