AWG-waarde

AWG (American Wire Gauge) - Amerikaans uniform meetsysteem dat de grootte van diameters of doorsnedeoppervlakken van draden regelt.

De AWG-waarde wordt uitgedrukt in gehele getallen (bijvoorbeeld 1, 2 of 15) die overeenkomen met specifieke dimensies (vermeld in mm of inches en in mm² of kcmil). In dit systeem neemt de fysieke afmeting van de draad af bij toenemende nummering.
Bijvoorbeeld: 1 AWG = 42,40 mm², en 28 AWG = 0,32 mm².

Afb. 1. Afmetingen bij benadering (op passende schaal) van verschillende draadafmetingen in het AWG-systeem

Het AWG-maatsysteem is in de eerste helft van de 19e eeuw ontstaan. Joseph Rogers Brown gaf het in 1957 zijn definitieve vorm – ten behoeve van de Brown & Sharpe-fabriek die meetgereedschappen produceerde. Aan die fabriek ontleent het systeem de tweede naam waaronder het bekend staat, namelijk Brown and Sharpe wire gauge (B&S).

De oorzaak van de "omgekeerde" volgorde in AWG komt door het productieproces van de draden in de tijd dat dit systeem is ontstaan. Oorspronkelijk stond de AWG-waarde voor het aantal malen dat een draad door een matrijs werd getrokken. Een draadstaaf van 106 kcmil moest 20 keer door de steeds kleiner wordende matrijzen worden getrokken om een draad met een doorsnedeoppervlak van 1,02 kcmil (20 AWG) als eindresultaat te krijgen. Maten onder de één (0 [1/0], 00 [2/0], 000 [3/0] en 0000 [4/0]) zijn later toegevoegd aan dit systeem en de draden van de betreffende afmetingen werden gemaakt op basis van walsdraad, persdraad of van ononderbroken gegoten staven met een doorsnedeoppervlak groter dan 106 kcmil.

Afb. 2. De AWG-waarde verandert steeds met 1 nadat de draad door ieder van de matrijzen is gevoerd: (a) primaire staaf, (b) tot (d) staven met opeenvolgende AWG-waarden. Voorbeeld: (a) = 6 AWG → (e) = 10 AWG

In het AWG-maatsysteem zijn 44 maten opgenomen: van 0000 [4/0] met de hoogste draaddiameter, tot 40 - de kleinste diameter. Naarmate de waarde stijgt, neemt het doorsnedeoppervlak af; steeds met ongeveer 20,5% (de diameter met ongeveer 10,25%). Dit komt omdat de trekmatrijzen die in de fabriek van Brown & Sharpe werden gebruikt steeds een reductie van de draaddiameter met exact 10,25% mogelijk maakten.

Dit leidt tot de volgende afhankelijkheden:
– het doorsnedeoppervlak wordt tweemaal groter als de waarde met 3 punten afneemt, bv. 2 draden van 12 AWG hebben hetzelfde doorsnedeoppervlak als 9 AWG;
– de diameter van de draad neemt tweemaal toe als de AWG-waarde met 6 afneemt, bv. 9 AWG heeft een 2 keer grotere diameter dan 15 AWG;
– een drievoudige toename van de diameter bij een daling van de AWG-waarde met 10;
– een vijfvoudige toename van de diameter bij een daling van de AWG-waarde met 14;
– een tienvoudige toename van de diameter bij een daling van de AWG-waarde met 20;

Daarnaast leveren de fysische eigenschappen van de materialen waarvan de draden zijn gemaakt ook bepaalde afhankelijkheden op. Het geleidingsvermogen van aluminium is 61% van dat van koper. Aluminiumdraden hebben dezelfde weerstand als koperdraden, als gekozen wordt voor een koperdraad met een AWG-waarde die 2 maten kleiner is.

De exacte diameter van de draad (in mm) met een gegeven AWG-waarde kan worden berekend met behulp van de volgende formules:

en

of in inches:

en

waarbij:
d – doorsnede,
n – AWG-waarde.

Een overzicht met afmetingen en fysische basiseigenschappen is te vinden in tabel nr. 1.

Tab. 1. American Wire Gauge (AWG) – overzicht van afmetingen, weerstand en maximale belastbaarheid (voor gelijkstroom) en maximale frequentie waarbij het skineffect niet optreedt (voor wisselstroom). Alle parameters betreffen koperdraden bij een temperatuur van 25°C.

De doorsneden van massieve draden en gevlochten draden met dezelfde AWG zijn verschillend. Dit komt doordat de diameter/oppervlakte van de doorsneden de AWG-waarde van de draad bepaalt. De doorsnede/diameter van de draad bestaan uit zowel de individuele aderen als de lege ruimte daartussen. Deze "gaten" zijn afhankelijk van de manier waarop de aderen op elkaar zijn gepakt in een cirkel. De AWG-waarde van de draad wordt niet bepaald door het doorsnedeoppervlak van het geheel, maar door de som van de doorsnedeoppervlakken van de individuele aders die zich het dichtst bij deze waarde bevinden.

In tabel nr. 2 vindt u een overzicht van de parameters van gevlochten draden en massieve draden. Vergeleken zijn de structuur, de buitendiameter en het doorsnedeoppervlak (totaal, niet de som van de componenten - gemeten zonder isolatie) en de weerstand van de draad (uitgedrukt in Ω/km).

Tab. 2. Vergelijking van de basisparameters van draden in de vorm van massieve draad en gevlochten draad (n - het aantal aderen waaruit de betreffende draad bestaat)

De tabel bevat een lijst van opeenvolgende AWG-waarden van 4/0 [0000] tot 2 en verder even waarden tot en met 36. Draden met een AWG-waarde die hoger is dan 36 worden niet geproduceerd in de vorm van gevlochten draden, vanwege de te kleine diameter van de aderen die voor een dergelijke kabel zouden moeten worden gebruikt.

De AWG is ontstaan en oorspronkelijk gebruikt in de Verenigde Staten. Op dit moment heeft het systeem echter op wereldschaal aan belang gewonnen en vervangt het andere systemen en standaarden. Historisch gezien was het Britse systeem Birmingham Wire Gauge (BWG) de concurrent. Na kleine aanpassingen werd de BWG aan het einde van de negentiende eeuw gewijzigd in Standard Wire Gauge (SWG) die de geldende standaard in het Verenigd Koninkrijk werd. De SWG is ook bekend als Imperial Wire Gauge of British Standard Gauge. Hoewel de meetinstrumenten voor SWG er vrijwel hetzelfde uitzien als voor AWG, verschillen de verschillende waarden van deze meetsystemen in afmetingen.

Afb. 3. Vergelijking van meetinstrumenten van het AWG-systeem (links) met de SWG-standaard (rechts). De maat 14 AWG ≈ 16 SWG

Zoals figuur 3 laat zien, is maat 14 in AWG vrijwel gelijk aan maat 16 in SWG.

Het fundamentele verschil tussen AWG en SWG heeft echter betrekking op het materiaal waarvan de te meten draad is gemaakt. Het Amerikaanse systeem is gemaakt voor het meten van massieve draden en gevlochten draden van metalen en non-ferrolegeringen (niet-magnetisch) - voornamelijk van koper, maar ook van bv. aluminium of zilver. De Britse norm is ontwikkeld met het oog op het standaardiseren van de afmetingen van ijzerdraden. Bovendien voorziet het AWG-systeem in 44 basisafmetingen, de SWG-standaard biedt 57 afmetingen.

Op dit moment verliest de Standard Wire Gauge aan betekenis en is hij vervangen door de standaard BS 6722:1986.

In landen die het imperiale stelsel gebruiken, wordt AWG algemeen toegepast bij de productie van allerlei soorten draden. Waar het metrische stelsel wordt toegepast, worden momenteel zowel de BS 6722:1986-norm als het AWG-systeem gebruikt - afhankelijk van het beoogde gebruik van de draad.

Afb. 4. Voorbeelden van kabels die zijn beschreven volgens het AWG-systeem en BS 6722:1986: (a) HDMI, (b) USB, (c) 5 V- en 12 V-kabels van de voeding naar de desktopcomputer, (d) elektrische kabel met IEC-C5-connectoren

In de technische specificaties van de normen voor interfaces voor data- of voedingstransmissie worden strikte richtlijnen gegeven voor de productie van kabels die hiermee samenwerken. Aangezien de meeste nieuwe technologieën in de VS worden ontwikkeld (of in nauwe samenwerking met bedrijven uit dit land), worden de draden die in elektronica worden gebruikt meestal geproduceerd volgens het AWG-systeem.

In computernetwerken worden UTP- en FTP-kabels gebruikt, waarvan de diameter van een enkele draad niet groter mag zijn dan 22 AWG en niet kleiner dan 24 AWG. In het geval van korte secties is de toepassing van patchcords met de adermaat 26 AWG toegestaan.

In het geval van de HDMI – HDMI Working Group-interface (ontwikkelaar van de standaard) wordt aanbevolen dat de draden van de Standard HDMI Cable zijn gemaakt van aderen met de maat 28 AWG en van de High Speed HDMI Cable van 24 AWG. Dergelijke aanbevelingen worden niet gegeven voor Premium High Speed HDMI Cable.

In de praktijk is de AWG-waarde echter afhankelijk van de lengte van de draad:
– binnen het bereik tot 3 m wordt het gebruik van 30-28 AWG aanbevolen;
– tussen 3 m en 10 m – 28-26 AWG;
– meer dan 10 m - draden met een AWG-waarde van 26 of lager.

Als u apparaten aansluit die grote hoeveelheden data verzenden (bijvoorbeeld BluRay 3D of krachtige grafische kaarten) op ontvangers die werken met een resolutie van 4K of hoger, wordt het bovendien aanbevolen om zo kort mogelijke kabels met een zo laag mogelijke AWG-waarde te gebruiken.

In het geval van de USB-standaard worden twee soorten kabels geproduceerd:
– voor gegevensoverdracht tussen randapparatuur (fototoestellen, massaopslag met autonome voeding, etc.) en bv. een computer – dit soort draden heeft alle aderen in één maat, meestal 28 AWG;
– voor voeding – deze hebben een dubbele AWG-aanduiding (zie afb. 4b) – apart voor de aders D- en D+ (28 AWG) en apart voor de voeding en GND – meestal 24 AWG.

Volgens de standaardspecificatie moet de voeding van de USB-poort een spanningswaarde van 5 V hebben, met een tolerantie van ± 5% (0,25 V). Apparaten die via een USB-poort worden gevoed (toetsenborden, draagbare schijven, webcams, etc.) zullen goed werken bij spanningsdalingen van 0,55 V tot 4,45 V (voor USB 2.0) of met 0,6 V tot 4,4 V (voor USB 3.0).

De volgende tabellen (tabel 3a-3d) geven aan met hoeveel de spanning van 5 V daalt, afhankelijk van de diameter van de gebruikte draden en de lengte van de draden. Getoond wordt de stroomintensiteit van de populairste USB-laders voor mobiele/draagbare apparaten: tab. 3a - oudere typen telefoons, tab. 3b, 3c en 3d - smartphones, tablets, etc.

Tab. 3a. Voeding – 500 mA

Tab. 3b. Voeding – 1000 mA

Tab. 3c. Voeding – 2000 mA

Tab. 3d. Voeding – 2400 mA

De kleuren geven de daling van de voedingsspanning aan: 

Het bovenstaande overzicht is berekend op basis van de wet van Ohm, rekening houdend met de weerstand van de koperdraden en USB-aansluitingen (bij 30 mΩ).

Groen geeft de combinaties van AWG-waarden en kabellengtes aan die ervoor zorgen dat de uitgangsspanning van de voedingskabel voldoet aan de spanningsspecificatie.

Met geel (geel-rood voor USB 3.0) zijn de combinaties van AWG-waarde en kabellengte aangeduid waarmee u bijv. een smartphone kunt opladen. De spanning daalt onder het voltage dat is toegestaan door de USB-standaard voor laadapparaten (voor opladers), maar blijft binnen de grenzen die vereist zijn voor het op te laden apparaten (bv. tablets).

Met rood zijn de kabels gemarkeerd die niet mogen worden gebruikt om USB-apparaten op te laden met de betreffende lader.

Vergeet echter niet dat draden met een hogere AWG-waarde die zijn gemaakt van materialen van betere kwaliteit (van puur, niet-verontreinigd koper) en met betere verbindingen, lagere verliezen zullen genereren dan die met dikkere aderen, maar bijvoorbeeld gemaakt met toevoeging van aluminium.

Elektrische kabels die in Europa al langere tijd in gebruik zijn, worden geproduceerd volgens de metrische norm BS 6722:1986. De meest gebruikte kabels in de bouw zijn bijvoorbeeld kabels met een doorsnede van 1,5 mm² en 2,5 mm² met een (volgens de bouwvoorschriften) toelaatbare belasting van 10 A en 16 A. In landen die het AWG-systeem gebruiken, worden in muren kabels met de afmetingen 14 AWG (2,08 mm²) en 12 AWG (3,31 mm²) met een maximale belasting van 15 A en 20 A gebruikt.