Hodnota AWG

AWG (American Wire Gauge) – americký standardizovaný systém měr uspořádávající velikosti průměrů nebo polí příčného řezu kabelů.

Hodnota AWG se vyjadřuje v celých číslech (např. 1, 2 nebo 15), jimž odpovídají konkrétní rozměry (uváděné v mm nebo palcích a v mm² nebo kcmil). V tomto systému společně s růstem číslování klesá fyzická velikost kabelu.
Na příklad: 1 AWG = 42.40 mm², a 28 AWG = 0.32 mm².

Obr. 1. Přibližné poměry (v odpovídajícím měřítku) několika velikostí kabelů v systému AWG

Systém měr AWG vznikl v první polovině 19. století. Současný tvar mu v roce 1957 dal Joseph Rogers Brown – pro potřeby továrny Brown & Sharpe vyrábějící měřící nástroje. Od ní pochází druhý název, pod kterým je znám, tedy Brown and Sharpe wire gauge (B&S).

Příčinou „opačného” pořadí v AWG je průběh procesu vzniku drátů s daným průměrem v době tvorby tohoto systému. Původně číslo AWG odpovídalo počtu protáhnutí drátem průvlekem. Začínajíc s válcovaným drátem s plochou průřezu 106 kcmil bylo třeba provést 20 tažení přes průvlek s čím dál menší velikostí otvoru, aby byl koncovým produktem drát s průřezem 1,02 kcmil (20 AWG). Velikosti pod jedničkou (0 [1/0], 00 [2/0], 000 [3/0] oraz 0000 [4/0]) byly do tohoto systému přidány o něco později a dráty o jim odpovídajících velikostech vznikly z válcovaných drátů, vytlačovaných drátů nebo z tyčí ze stálého odlitku s velikostmi většími než 106 kcmil plochy příčného řezu.

Obr. 2. Změny velikosti AWG o 1 po průchodu drátu každým z průvleků: (a) původní tyč, (b) až (d) tyče s dalšími velikostmi AWG. Na příklad: (a) = 6 AWG → (e) = 10 AWG

Do systému měr AWG bylo zahrnuto 44 velikostí: od 0000 [4/0], kde je průměr kabelu největší, po 40 – s nejmenším průměrem. Společně s růstem číslování klesá pole povrchu průřezu; pokaždé o asi 20,5 % (průměr o asi 10,25 %). Vyplývá to ze skutečnosti, že průvlaky používané v továrně Brown & Sharpe umožňovaly redukci průměru drátu pokaždé právě o 10,25 %.

Z výše uvedené skutečnosti vyplývají následující závislosti:
– pole povrchu řezu dvojnásobně narůstá při poklesu čísla AWG o 3 pozice, např. 2 kabely 12 AWG mají stejnou plochu řezu jako 9 AWG;
– průměr kabelu narůstá dvojnásobně s poklesem čísla AWG o 6, např. 9 AWG má dvakrát větší průměr než 15 AWG;
– trojnásobný nárůst průměru při poklesu čísla AWG o 10;
– pětinásobný nárůst průměru při poklesu čísla AWG o 14;
– desetinásobný nárůst průměru při poklesu čísla AWG o 20.

Navíc jisté závislosti vyplývají i z fyzikálních vlastností materiálů, ze kterých jsou kabely vyrobeny. Hliník má konduktivitu v řádu 61 % konduktivity mědi. Hliníkové kabely mají stejný odpor jako kabely vyrobená z mědi, pokud vybereme měděný kabel s číslem AWG menším o 2 velikosti.

Přesný průměr kabelu (v mm) se zadaným AWG lze vypočítat s pomocí níže uvedených vzorců:

a

nebo v palcích:

a

kde:
d – průměr,
n – číslo AWG.

Přehled rozměrů a základních fyzických vlastností obsahuje tabulka č. 1.

Tab. 1. American Wire Gauge (AWG) – přehled velikostí, odporů a maximální zatížitelnosti (pro stejnosměrný proud) a maximální frekvenci, u které se nevyskytuje skin efekt (pro střídavý proud). Všechny parametry jsou uvedeny pro měděné kabely při teplotě 25°C.

Průměry kabelu a lanka se stejným AWG jsou různé. Je to způsobeno tím, že průměr/pole průřezu determinuje číslo AWG drátu. Průřez/průměr lanka se skládá jak z jednotlivých vodičů, tak i prázdného prostoru mezi nimi. Tyto „díry“ záleží na způsobu balení vodičů na plánu kruhu. Číslo AWG lanka neurčuje pole průřezu celku, ale součet polí průřezu jednotlivých vodičů nejbližší tomuto číslu.

V tabulce č. 2 se nachází přehled parametrů kabelu složeného z jednoho drátu a vodičů v podobě lanek. Byla porovnána stavba, vnější průměr a pole povrchu příčného řezu (celku, ne součtu součástí - měřeno bez izolace) a odpor kabelu (vyjádřený v Ω/km).

Tab. 2. Srovnání základních parametrů kabelů v podobě drátu a lanek (n - počet vodičů tvořících daný kabel)

Tabulka obsahuje přehled dalších čísel AWG od 4/0 [0000] do 2 a další, sudé položky do 36 včetně. Kabely s číslováním AWG větším než 36 se v podobě lanek nevyrábějí z důvodu příliš malých průměrů vodičů, které by měly takové lanko tvořit.

AWG vznikl a byl původně používaný ve Spojených státech. V současnosti ale nabyl na významu ve světovém měřítku, vytlačuje jiné systémy a standardy. Historickou konkurencí pro něj byl britský systém Birmingham Wire Gauge (BWG). Po drobných úpravách se na konci 19. století BWG změnil na Standard Wire Gauge (SWG), který se stal platným standardem ve Spojeném království. SWG je znám také pod názvem Imperial Wire Gauge nebo British Standard Gauge. Přestože měřící přístroje pro SWG vypadají skoro stejně jako pro AWG, liší se jednotlivá čísla z těchto systémů rozměry.

Obr. 3. Srovnání měřících přístrojů pro systém AWG (vlevo) se standardem SWG (vpravo). Velikost 14 AWG ≈ 16 SWG

Jak je vidět na obrázku 3 velikost 14 v AWG je téměř identická s velikostí 16 v SWG.

Základní rozdíl mezi AWG a SWG se ale vztahuje k materiálu, ze kterého by měl být vyroben měřený kabel. Americký systém byl vytvořen k měření drátů a lanek z kovů a neželezných (nemagnetických) slitin - především z mědi, ale také např. z hliníku nebo ze stříbra. Britský systém vznikl s ohledem na sjednocení velikostí drátů ze železa. Navíc systém AWG určuje 44 základních velikostí, standard SWG počítá s 57 těmito velikostmi.

V současnosti Standard Wire Gauge ztratil na významu a byl nahrazen standardem BS 6722:1986.

V zemích používající imperiální měrný systém AWG se všeobecně používá při výrobě kabelů všeho druhu. Tam, kde se používá metrický systém, se v současnosti využívá jak standard BS 6722:1986, tak i systém AWG - záleží to na určení kabelu.

Obr. 4. Příklady kabelů popsaných podle systému AWG a standardu BS 6722:1986: (a) HDMI, (b) USB, (c) kabely 5 V a 12 V z adaptéru do stolního počítače, (d) elektrický kabel s konektory IEC-C5

V technických specifikacích standardů týkajících se rozhraní k přenosu dat nebo napájení jsou uvedeny přesné pokyny ohledně výroby s nimi spolupracujících kabelů. Pokud zohledníme, že většina nových technologií se vyvíjí v USA (nebo v úzké spolupráci s tamními firmami), jsou kabely používané v elektronice vyráběny převážně podle systému AWG.

V počítačových sítích se používají kabely UTP a FTP, jejichž průměr jednotlivého vodiče nemůže být větší než 22 AWG a menší než 24 AWG. V případě krátkých úseků se připouští používání patchcordů s velikostí vodiče 26 AWG.

V případě rozhraní HDMI – HDMI Working Group (autor standardu) se doporučuje, aby kabely Standard HDMI Cable byly vyrobeny z vodičů s velikostí 28 AWG, a High Speed HDMI Cable z 24 AWG. Takovéto pokyny nebyly uvedeny ve vztahu k Premium High Speed HDMI Cable.

V praxi ale velikost AWG závisí na délce kabelu:
– v rozsahu do 3 m se doporučuje používání 30–28 AWG,
– mezi 3 m a 10 m – 28–26 AWG,
– nad 10 m – kabely s číslem 26 AWG nebo nižším.

Navíc při spojování zařízení přenášejících velké množství dat (např. BluRay 3D nebo grafické karty s vysokým výkonem) s přijímači pracujícími v rozlišení 4K nebo vyšší se doporučuje používání co nejkratších kabelů s co nejnižším číslem AWG.

V případě standardu USB se vyrábějí dva typy kabelů:
– sloužící k přenosu dat mezi periferními zařízeními (fotoaparáty, velkokapacitní paměťová zařízení s autonomním napájením apod.) a např. počítačem - kabely tohoto typu mají všechny vodiče v jedné velikosti, převážně 28 AWG;
– napájející připojené zařízení - mají dvojité označení AWG (jako na obr. 4b) – samostatně pro vodiče D- a D+ (28 AWG) a samostatně pro napájení a GND - obvykle 24 AWG.

V souladu se specifikací standardu by napájení z portu USB mělo mít hodnotu napětí rovnou 5 V s tolerancí ±5 % (0.25 V). Zařízení napájení z USB portu (klávesnice, přenosné disky, webkamery apod.) by měly správně pracovat při poklesech napětí o 0.55 V po hodnotu 4.45 V (v případě standardu USB 2.0) nebo o 0.6 V po hodnotu 4.4 V (pro USB 3.0).

V níže umístěných tabulkách (tab. 3a–3d) je uvedeno, o kolik klesne napětí 5 V v závislosti na průměru použitých vodičů a na délce kabelů. Byl vytvořen přehled intenzity proudu nejoblíbenějších USB nabíječek pro mobilní/přenosná zařízení: tab. 3a – starší typy telefonů, tab. 3b, tab. 3c a tab. 3d – smartphony, tablety apod.

Tab. 3a. Napájení – 500 mA

Tab. 3b. Napájení – 1000 mA

Tab. 3c. Napájení – 2000 mA

Tab. 3d. Napájení – 2400 mA

Barvy označují poklesy napájecího napětí: 

Výše uvedené přehledy byly vypočteny na základě Ohmova zákona za zohlednění odporů měděných kabelů a USB konektorů (na úrovni 30 mΩ).

Zeleně byly označeny takové kombinace velikostí AWG a délky kabelů, které umožňují získání standardu napětí na výstupu napájecího kabelu shodného se specifikací.

Žlutou barvou (žluto-červenou pro USB 3.0) byly odlišeny kombinace velikostí AWG a délce kabelu umožňující nabíjet a nabít např. smartphone. Napětí klesá pod přípustné standardem USB pro nabíjecí zařízení (pro nabíječky), pohybuje se ale v hranicích požadovaných pro nabíjená zařízení (např. tablet).

Červeně jsou označeny ty kabely, které by neměly být používané k nabíjení USB zařízení danou nabíječkou.

Nezapomínejte ale, že kabely s vyšším číslem AWG, vyrobené z kvalitnějších materiálů (z mědi bez příměsí, neznečištěné) a s lepšími konektory, budou generovat menší ztráty než ty se silnými vodiči, ale vyrobenými např. s příměsí hliníku.

Elektrické kabely, které se v Evropě dávno používají, se vyrábějí podle metrického standardu BS 6722:1986. Na příklad ve stavebnictví se nejčastěji používají kabely s průřezem 1.5 mm² a 2.5 mm² s přípustnou (stavebními předpisy) zátěží 10 A a 16 A. V zemích používajících systém AWG se do zdí umisťují kabely s velikostí 14 AWG (2.08 mm²) a 12 AWG (3.31 mm²) s maximální zátěží 15 A a 20 A.