Μέγεθος AWG

AWG (American Wire Gauge) – ένα αμερικανικό ενιαίο σύστημα μέτρησης για τον καθορισμό των διαμέτρων ή της διατομής των καλωδίων.

Το μέγεθος του AWG εκφράζεται ως ακέραιος αριθμός (π.χ. 1, 2 ή 15), στον οποίο αντιστοιχούν συγκεκριμένες διαστάσεις (που ορίζονται σε mm ή σε ίντσες και σε mm² ή kcmil). Σε αυτό το σύστημα, μαζί με την αύξηση της αρίθμησης, μειώνεται το φυσικό μέγεθος του καλωδίου.
Για παράδειγμα: 1 AWG = 42.40 mm², ενώ 28 AWG = 0.32 mm².

Εικ. 1. Κατά προσέγγιση αναλογίες (σε κατάλληλη κλίμακα) μερικών μεγεθών καλωδίων στο σύστημα AWG

Το σύστημα μέτρησης AWG δημιουργήθηκε κατά το πρώτο μισό του 19ου αιώνα. Το τελικό του σχήμα το πήρε το 1957 από τον Joseph Rogers Brown - για τις ανάγκες του εργοστασίου Brown & Sharpe που κατασκεύαζε όργανα μέτρησης. Από αυτό έλαβε και τη δεύτερη ονομασία του, με την οποία είναι γνωστό, δηλαδή την Brown and Sharpe wire gauge (B&S).

Η αιτία της «αντίστροφης» σειράς στην AWG είναι η πορεία της διαδικασίας σχηματισμού των συρμάτων μιας δεδομένης διαμέτρου, κατά τη διάρκεια σχηματισμού του συστήματος. Αρχικά, ο αριθμός AWG αντιστοιχούσε στον αριθμό έλξεως ενός σύρματος μέσω ενός μηχανήματος διέλασης συρμάτων. Ξεκινώντας από χονδροσύρμα με διατομή 106 kcmil, έπρεπε να γίνουν 20 έλξεις μέσω του μηχανήματος διέλασης σύρματος με όλο και μικρότερη οπή, ώστε το τελικό προϊόν να είναι ένα σύρμα με διατομή 1,02 kcmil (20 AWG). Μεγέθη κάτω του πρώτου (0 [1/0], 00 [2/0], 000 [3/0] και 0000 [4/0]) εντάχθηκαν σε αυτό το σύστημα αρκετά αργότερα, ενώ τα σύρματα αντίστοιχου μεγέθους, σχηματίζονταν από χονδρόσυρμα, σύρμα από εξώθηση, ή από ράβδους συνεχούς χύτευσης με μεγέθη μεγαλύτερα από 106 kcmil επιφάνειας διατομής.

Εικ. 2. Αλλαγές μεγέθους AWG κατά 1 μετά το πέρασμα του σύρματος από κάθε μήτρα: (a) αρχικό σύρμα, (b) έως (d) σύρματα σε διαδοχικά μεγέθη AWG. Για παράδειγμα: (a) = 6 AWG → (e) = 10 AWG

Στο σύστημα μέτρησης AWG υπάρχουν 44 μεγέθη: από 0000 [4/0], όπου η διάμετρος του σύρματος είναι η μεγαλύτερη, έως και 40 – με τη μικρότερη διάμετρο. Με την αύξηση της αρίθμησης, μειώνεται και η επιφάνεια διατομής· κάθε φορά περίπου κατά 20.5% (διάμετρος περίπου 10.25%). Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι οι μήτρες που χρησιμοποιούνταν στο εργοστάσιο Brown & Sharpe επέτρεπαν τη μείωση της διαμέτρου του σύρματος κάθε φορά κατά 10.25%.

Από το παραπάνω γεγονός προκύπτουν τα ακόλουθα:
– το εμβαδόν διατομής διπλασιάζεται κατά τη μείωση του μεγέθους AWG σε 3 θέσεις, π.χ. 2 αγωγοί 12 AWG έχουν το ίδιο εμβαδόν εγκάρσιας διατομής με 9 AWG·
– η διάμετρος του αγωγού διπλασιάζεται μαζί με τη μείωση του μεγέθους AWG σε 6, π.χ. 9 AWG έχει 2 φορές μεγαλύτερη διάμετρο από 15 AWG·
– τριπλάσια αύξηση της διαμέτρου σε μείωση του μεγέθους AWG σε 10·
– πενταπλάσια αύξηση της διαμέτρου σε μείωση του μεγέθους AWG σε 14·
– δεκαπλάσια αύξηση της διαμέτρου σε μείωση του μεγέθους AWG σε 20.

Επιπλέον οι φυσικές ιδιότητες των υλικών από τα οποία είναι κατασκευασμένα τα σύρματα, έχουν και αυτές κάποιες αναλογίες. Το αλουμίνιο έχει το 61% της αγωγιμότητας του χαλκού. Οι αγωγοί αλουμινίου έχουν την ίδια ακριβώς αντίσταση με αυτούς που κατασκευάζονται από χαλκό, αν επιλέξουμε ένα χάλκινο αγωγό με νούμερο AWG μικρότερο κατά 2 μεγέθη.

Η ακριβής διάμετρος του σύρματος (σε mm) ενός ορισμένου AWG μπορεί να υπολογιστεί από τους ακόλουθους τύπους:

και

ή σε ίντσες:

και

όπου:
d – διάμετρος,
n – μέγεθος AWG.

Στον πίνακα αρ. 1 παρουσιάζονται οι διαστάσεις και οι βασικές φυσικές ιδιότητες.

Πιν. 1. American Wire Gauge (AWG) – παρουσίαση διαστάσεων, αντίστασης και μέγιστου φορτίου (για συνεχές ρεύμα DC) καθώς και μέγιστης συχνότητας, στην οποία δεν εμφανίζεται επιδερμικό φαινόμενο (για εναλλασσόμενο ρεύμα AC). Όλες οι παράμετροι ορίζονται για σύρματα χαλκού σε θερμοκρασία 25°C

Οι διάμετροι των μονόκλωνων και πολύκλωνων καλωδίων με το ίδιο AWG είναι διαφορετικές. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η διάμετρος / εγκάρσια διατομή καθορίζει το μέγεθος AWG του σύρματος. Η διατομή/διάμετρος του πολύκλωνου καλωδίου περιλαμβάνει επίσης μεμονωμένους αγωγούς όπως και κενούς χώρους μεταξύ τους. Αυτές οι «τρύπες» εξαρτώνται από τον τρόπο διάταξης των συρμάτων στο στρογγυλό σχήμα Το μέγεθος AWG του πολύκλωνου καλωδίου δεν προσδιορίζει την εγκάρσια διατομή εκ συνόλου, αλλά το άθροισμα της διατομής επιμέρους αγωγών που βρίσκονται πλησιέστερα σε αυτό το μέγεθος.

Στον πίνακα 2 ορίζονται οι παράμετροι ενός μονόκλωνου καλωδίου κι ενός πολύκλωνου. Συγκρίνονται η δομή, η εξωτερική διάμετρος και το εμβαδόν εγκάρσιας διατομής (συνολικά, όχι το άθροισμα των επιμέρους στοιχείων - μετρημένο χωρίς μόνωση) και η αντίσταση του καλωδίου (εκφρασμένη σε Ω/km).

Πιν. 2. Σύγκριση βασικών παραμέτρων των καλωδίων με τη μορφή μονόκλωνων και πολύκλωνων καλωδίων (n – αριθμός συρμάτων που αποτελείται κάθε καλώδιο)

Ο πίνακας περιέχει μια λίστα μεγεθών AWG από 4/0 [0000] έως 2 και διαδοχικά, ζυγά σημεία μέχρι και το μέγεθος 36. Τα καλώδια μεγέθους AWG μεγαλύτερου από 36 δεν κατασκευάζονται με τη μορφή πολύκλωνων καλωδίων λόγω της πολύ μικρής διαμέτρου των συρμάτων, τα οποία θα δημιουργούσαν ένα τέτοιο καλώδιο.

Το AWG δημιουργήθηκε και χρησιμοποιήθηκε αρχικά στις Ηνωμένες Πολιτείες της Αμερικής. Επί του παρόντος έχει αποκτήσει μεγάλο κύρος σε παγκόσμιο επίπεδο, αντικαθιστώντας άλλα συστήματα και πρότυπα. Ιστορικά, ανταγωνιστής ήταν για αυτό το βρετανικό σύστημα Birmingham Wire Gauge (BWG). Μετά από μικρές τροποποιήσεις, στα τέλη του 19ου αιώνα, το BWG άλλαξε σε Standard Wire Gauge (SWG), το οποίο έγινε το σημερινό πρότυπο που επικρατεί στο Ηνωμένο Βασίλειο. Το SWG είναι γνωστό επίσης υπό την ονομασία Imperial Wire Gauge ή British Standard Gauge. Παρόλο που τα όργανα μέτρησης για τον SWG μοιάζουν ακριβώς παρόμοια με αυτά για τον AWG, τα μεμονωμένα μεγέθη αυτών των συστημάτων μέτρησης διαφέρουν ως προς τις διαστάσεις.

Εικ. 3. Σύγκριση οργάνων μέτρησης για το σύστημα AWG (αριστερά) με το σύστημα SWG (δεξιά). Μέγεθος 14 AWG ≈ 16 SWG

Όπως φαίνεται στην εικόνα 3 το μέγεθος 14 στο AWG είναι σχεδόν ίσο με το μέγεθος 16 στο SWG.

Η βασική διαφορά μεταξύ του AWG και του SWG αναφέρεται ωστόσο στο υλικό από το οποίο πρέπει να είναι κατασκευασμένο το μετρημένο καλώδιο. Το αμερικανικό σύστημα έχει δημιουργηθεί για μετρήσεις μονόκλωνων και πολύκλωνων αγωγών από μέταλλα και μη σιδηρούχα κράματα (μη μαγνητικά) - κυρίως από χαλκό αλλά και από αλουμίνιο και ασήμι. Το βρετανικό πρότυπο δημιουργήθηκε με μέλημα την τυποποίηση των μεγεθών συρμάτων από σίδηρο. Επιπλέον, το σύστημα AWG ορίζει 44 βασικές διαστάσεις, το πρότυπο SWG καθορίζει αυτά τα μεγέθη σε 57.

Σήμερα το Standard Wire Gauge έχει αποσυρθεί σταδιακά και αντικατασταθεί από το πρότυπο BS 6722:1986.

Στις χώρες όπου χρησιμοποιείται το αυτοκρατορικό σύστημα μέτρησης AWG, χρησιμοποιείται ευρέως στην κατασκευή κάθε είδους καλωδίων. Εκεί όπου εφαρμόζεται το μετρικό σύστημα, χρησιμοποιούνται σήμερα τόσο το πρότυπο BS 6722:1986, όσο και το σύστημα AWG – αυτό εξαρτάται από την προβλεπόμενη χρήση του καλωδίου.

Εικ. 4. Παραδείγματα καλωδίων που περιγράφονται σύμφωνα με το σύστημα AWG και το πρότυπο BS 6722:1986: (a) HDMI, (b) USB, (c) καλώδια 5 V και 12 V από το τροφοδοτικό στον ηλεκτρονικό υπολογιστή, (d) καλώδιο με υποδοχές IEC-C5

Στις τεχνικές προδιαγραφές των προτύπων που αφορούν διεπαφές, για τη μετάδοση δεδομένων ή την τροφοδοσία, δίνονται αυστηρές κατευθυντήριες γραμμές σχετικά με την κατασκευή συνεργαζόμενων καλωδίων. Λαμβάνοντας υπόψη ότι η πλειοψηφία των νέων τεχνολογιών αναπτύσσεται στις ΗΠΑ (ή σε στενή συνεργασία με τοπικές από εκεί εταιρείες), τα καλώδια που χρησιμοποιούνται στην ηλεκτρονική, κατασκευάζονται κατά κύρια βάση σύμφωνα με το σύστημα AWG.

Σε δίκτυα υπολογιστών χρησιμοποιούνται καλώδια UTP και FTP, των οποίων η διάμετρος ενός μονού σύρματος δεν μπορεί να είναι μεγαλύτερη από 22 AWG και μικρότερη από 24 AWG. Στην περίπτωση μικρών τμημάτων είναι αποδεκτή η χρήση patchcord με μέγεθος σύρματος 26 AWG.

Στην περίπτωση διεπαφής HDMI – HDMI Working Group (ο δημιουργός του προτύπου) συνιστά, ώστε τα καλώδιαStandard HDMI Cable να είναι εκτελεσμένα με σύρματα μεγέθους 28 AWG, ενώ τα High Speed HDMI Cable με 24 AWG. Αυτές οι συστάσεις δεν παρέχονται στην περίπτωση του Premium High Speed HDMI Cable.

Στην πράξη το μέγεθος AWG εξαρτάται από το μήκος του καλωδίου:
– στο εύρος έως 3 m συνιστάται η χρήση 30–28 AWG,
– μεταξύ 3 m και 10 m – 28–26 AWG,
– άνω των 10 m – καλώδια μεγέθους 26 AWG ή μικρότερο.

Επιπλέον κατά τη σύνδεση συσκευών που μεταδίδουν μεγάλη ποσότητα δεδομένων (π.χ. BluRay 3D ή κάρτας γραφικών υψηλής απόδοσης) με δέκτες που λειτουργούν σε ανάλυση 4K ή υψηλότερη, συνιστάται η χρήση καλωδίων όσο το δυνατόν με πιο μικρό και χαμηλό μέγεθος AWG.

Στην περίπτωση του προτύπου USB κατασκευάζονται δυο τύποι καλωδίων
– που χρησιμοποιούνται για τη μετάδοση δεδομένων μεταξύ περιφερειακών συσκευών (φωτογραφικές μηχανές, μνήμες μαζικής αποθήκευσης με αυτόνομη τροφοδοσία κλπ.) και π.χ. ηλεκτρονικού υπολογιστή – τα καλώδια τέτοιου τύπου έχουν όλα τα σύρματα στο ίδιο μέγεθος, συνήθως 28 AWG;
– που τροφοδοτούν την συνδεδεμένη συσκευή – αυτά έχουν συνήθως διπλό ρόλο AWG (όπως στην εικ. 4b) – ξεχωριστά για σύρμα D- i D+ (28 AWG) και ξεχωριστά για τροφοδοσία και GND – συνήθως 24 AWG.

Σύμφωνα με τις προδιαγραφές του προτύπου, η τροφοδοσία από τη θύρα USB πρέπει να έχει τιμή τάσης ίση με 5 V, με ανοχή ±5% (0.25 V). Οι συσκευές που τροφοδοτούνται από τη θύρα USB (πληκτρολόγια, φορητοί δίσκοι, κάμερες διαδικτύου κλπ.) θα πρέπει να λειτουργούν σωστά σε πτώσεις της τάσης από 0.55 V σε τιμή 4.45 V (στην περίπτωση προτύπου USB 2.0) ή από 0.6 V στην τιμή 4.4 V (για USB 3.0).

Στους παρακάτω πίνακες (πιν. 3a–3d) ορίζεται, κατά πόσο πέφτει η τάση 5 V ανάλογα με τη διάμετρο των συρμάτων που εφαρμόζονται και το μήκος των καλωδίων. Παρουσιάζονται η ένταση του ρεύματος των πιο δημοφιλών φορτιστών USB για συσκευές κινητές/φορητές: πιν. 3a – παλιοί τύποι τηλεφώνων, πιν. 3b, πιν. 3c και πιν. 3d – smartphones, tablets κλπ.

Πιν. 3a. Τροφοδοσία – 500 mA

Πιν. 3b. Τροφοδοσία – 1000 mA

Πιν. 3c. Τροφοδοσία – 2000 mA

Πιν. 3d. Τροφοδοσία – 2400 mA

Τα χρώματα υποδεικνύουν τις πτώσεις της τάσης: 

Η ανωτέρω τιμές υπολογίστηκαν σύμφωνα με το νόμο του Ohm, λαμβάνοντας υπόψη την αντίσταση των χάλκινων καλωδίων και των υποδοχών USB (στο επίπεδο των 30 mΩ).

Σε πράσινο χρώμα σημειώνονται συνδυασμοί μεγεθών AWG και μήκους καλωδίων, που επιτρέπουν την απόκτηση τάσης σύμφωνα με τις προδιαγραφές του προτύπου, στην έξοδο του καλωδίου τροφοδοσίας.

Με κίτρινο χρώμα (κίτρινο-κόκκινο για USB 3.0) επισημαίνονται οι συνδυασμοί μεγεθών AWG και τα μήκη καλωδίων που επιτρέπουν τη φόρτιση π.χ. smartphone. Η τάση πέφτει κάτω από το επιτρεπόμενο όριο από το πρότυπο USB για συσκευές φόρτισης (για τον φορτιστή), ωστόσο βρίσκεται στα όρια που απαιτούνται για τις συσκευές που φορτίζονται (π.χ. tablet).

Με κόκκινο χρώμα επισημαίνομαι τα καλώδια που δεν θα πρέπει να χρησιμοποιούνται για τη φόρτιση συσκευών USB με το συγκεκριμένο φορτιστή.

Θα πρέπει ωστόσο να θυμάστε ότι τα καλώδια με υψηλότερο μέγεθος AWG, που κατασκευάζονται με υλικά καλύτερης ποιότητας (από χαλκό χωρίς προσμίξεις και ακαθαρσίες) και με βελτιωμένους συνδέσμους, θα παράγουν λιγότερες απώλειες από αυτά με πιο παχιά σύρματα, αλλά κατασκευασμένα π.χ. με προσμίξεις αλουμινίου.

Τα ηλεκτρικά καλώδια, που χρησιμοποιούνται στην Ευρώπη εδώ και καιρό, κατασκευάζονται σύμφωνα με το μετρικό πρότυπο BS 6722:1986. Για παράδειγμα, σε οικοδομικές κατασκευές συνήθως χρησιμοποιούνται καλώδια διατομής 1.5 mm² και 2.5 mm² με επιτρεπτά (σύμφωνα με τους οικοδομικούς κανονισμούς) φορτία 10 A και 16 A. Στις χώρες που χρησιμοποιούν το σύστημα AWG στους τοίχους είναι τοποθετημένα καλώδια μεγέθους 14 AWG (2.08 mm²) και 12 AWG (3.31 mm²) με μέγιστα φορτία 15 A και 20 A.