Значение AWG

AWG (American Wire Gauge) – американская унифицированная система измерений, упорядочивающая размер диаметра или площадь поперечного сечения проводов.

Значение AWG выражается целыми числами (например, 1, 2 или 5), которые соответствуют конкретным размерам (приведены в мм или дюймах и в мм² или kcmil). В этой системе с увеличением нумерации уменьшается физический размер провода.
Например: 1 AWG = 42.40 мм², a 28 AWG = 0.32 мм².

Рис. 1. Приблизительные пропорции (в соответствующем масштабе) нескольких размеров проводов в системе AWG

Система измерения AWG была создана в первой половине ХIX века. Окончательная форма была надана ей в 1957г. Джозефом Роджерсом Брауном для нужд фабрики Brown & Sharpe производящей измерительные инструменты. Из нее он взял второе название, под которым он известен, то-есть Brown and Sharpe wire gauge (B&S).

Причиной "обратного" порядка в AWG является ход процесса образования проволоки при заданном диаметре в процессе формирования этой системы. Первоначально номер AWG соответствовал количеству перетаскивания проводов через штампы. Начиная от вальцовки с площадью поперечного сечения 106 kcmil, нужно было сделать 20 просадок через волоки с более меньшим размером отверстия, чтобы конечным продуктом был провод с поперечным сечением 1,02 kcmil (20 AWG). Размеры ниже первого (0 [1/0], 00 [2/0], 000 [3/0] и 0000 [4/0]) присоединили к этой системе позже, а провода соответствующего размера были сформированы из проволоки, брикета или из сплошных литых прутков размером более 106 kcmil площади поперечного сечения.

Рис. 2. Изменение размера AWG на 1 после прохождения провода через каждую из матриц: (а) первичный стержень, от (b) до (d) стержни последующих размеров AWG. Напримерo: (a) = 6 AWG → (e) = 10 AWG

В измерительной система AWG было включено 44 размера: от 0000 [4/0], где диаметр провода наибольший до 40 - наименьший диаметр. При увеличении нумерации площадь поперечного сечения уменьшается в каждом случае примерно на 20.5% (диаметр, около 10.25%). Это связано с тем, что штампы, используемые на заводе Brown & Sharpe позволили уменьшить диаметр провода каждый раз именно на 10.25%.

Из приведенного выше факта вытекают следующие зависимости:
– площадь поперечного сечения увеличивается вдвое, когда номер AWG уменьшается на 3 позиции, например, 2 провода 12 AWG имеют ту же площадь поперечного сечения, что и 9 AWG;
– диаметр провода увеличивается вдвое с уменьшением числа AWG на 6, напрмер, 9AWG имеет в два раза больше диаметр, чем 15 AWG;
– трехкратное увеличение диаметра с падением числа AWG на 10;
– пятикратное увеличение диаметра с падением числа AWG на 14;
– десятикратное увеличение диаметра с падением числа AWG на 20.

В дополнение от физических свойств материалов, из которых сделаны провода, также есть некоторая зависимость. Алюминий имеет линейную проводимость 61% проводимости меди. Алюминиевые провода имеют такое же сопротивление как и провода из меди, если выберем медный провод с числом AWG меньшим на 2 размеры.

Точный диаметр провода (в мм) с данным AWG можно рассчитат по следующим формулам:

и

или в дюймах:

и

где:
d – диаметр,
n – номер AWG.

Список размеров и основных физических свойств включен в таблицы номер 1.

Таблица 1. American Wire Gauge (AWG) – комбинация размеров сопротивления и максимальной грузоподъемности (для постоянного тока) и максимальной частоты, при которой скин-эффект не возникает ( для переменного тока). Все параметры указаны для медных проводов при 25°C

Диаметры проволоки и кабели с одинаковыми AWG различны. Это связано с тем, что диаметр/площадь сечения номер AWG провода. Сечение/диаметр линии состоит из отдельных жил и пустых пространств между ними. Эти "дыры" зависят от того, как жили упакованы по круговому плану. Номер AWG кабеля определяет не целую площадь поперечного сечения, а сумму площадей поперечного сечения отдельных жил, ближайших этому числу.

В таблице номер 2 zприведены параметры провода, состоящего из одного провода и кабелей в виде линий. Сравнивались структура, внешний диаметр и площадь поперечного сечения, (целого, а не суммы компонентов- измеренного без изоляции) и сопротивления провода (выраженное в Ω/km).

Табл. 2. Сравнение основных параметров проводов в виде провода и жил (n- количество жил, составляющих провод)

Таблица содержит список следующих номеров AWG от 4/0 [0000] до 2 и далее, даже элементы до 36 включительно. Провода с номером AWG более 36 не производятся в виде кабелей из-за слишком малого диаметра жил, которые были бы сделаны для такого кабеля.

AWG был создан и первоначально использовался в Соединенных Штатах. Однако в настоящее время он приобрел значение в глобальном масштабе, вытеснив другие системы и стандарты. Исторически сложилось так, что конкуренцией для него была британская система Birmingham Wire Gauge (BWG). После незначительных модификаций, в конце XIX века, BWG был изменен в Standard Wire Gauge (SWG), который стал обязательным стандартом в Соединенном Королевстве. SWG также известен как Imperial Wire Gauge или British Standard Gauge. Хотя измерительные приборы для SWG выглядят почти такими же как для AWG, отдельные номера из этих измерительных систем различаются по размерам.

Рис. 3. Сравнение измерительных приборов для системы AWG (слева) со стандартом SWG (cправа). Размер 14 AWG ≈ 16 SWG

Как видно на рис.3, размер 14 в AWG почти равен размеру 16 в SWG. Однако основное различие между AWG и SWG зависит от материала из которого должен быть изготовлен измеряемый провод. Американская система была создана для измерения проводов и шнуров из металлав и цветных (немагнитных) сплавов - главным образом из меди, но также, например, из алюминия или серебра. Британский стандарт был создан с целью стандартизации размеров железных проволок. Кроме того, дополнительно система AWG определяет 44 базовых размера, стандарт SWG предусматривает этих размеров 57.

В настоящее время стандарт проволочный калибр потерял свою значимость и был заменен стандартом BS 6722:1986.

В странах, использующих имперскую систему измерений AWG, она широко используется в производстве всех видов проводов. В тех случаях, когда используется метрическая система, в настоящее время используется как стандарт BS 6722:1986, так и система AWG- это зависит от предполагаемого использования кабеля.

Рис. 4. Примеры кабелей, описанных в системе AWG и стандарте BS 6722:1986: (a) HDMI, (b) USB, (c) провода 5В и 12В от источника питания до стационарного компьютера, (d )электрический кабель с разъемами IEC-C5

В Технической спецификации стандартов для интерфейсов передачи данных или мощности, даны строгие рекомендации по производству соединительных проводов. Учитывая, что большинство новых технологий разрабатываются в США ( или в тесном сотрудничестве с местными компаниями), провода, используемые в электронике, обычно производятся в соответствии с системой AWG.

В компьютерных сетях используются провода UTP и FTP,диаметр одного провода которых не может превышать 22 AWG и менее 24 AWG. В случае коротких секций допускается использование патчкордов размером 26 AWG.

В случае интерфейса HDMI – HDMI Working Group (создатель стандарта) рекомендует, чтобы провода Standard HDMI Cable были выполнены из жил размером 28 AWG, a High Speed HDMI Cable с 24 AWG. Такие рекомендации не предоставляются для Premium High Speed HDMI Cable.

Однако на практике размер AWG зависит от длины кабеля:
– в диапазоне до 3 м рекомендуется использовать 30–28 AWG,
– между 3 м, а 10 м – 28–26 AWG,
– более 10 м- провода с номером 26AWG или ниже.

Кроме того, при подключении устройств, которые передают большие объемы данных ( напр. BluRay 3D czy karty graficzne o dużej wydajności) или высокопроизводительных видеокарт, с приемниками, работающими с разрешением 4 К или выше,, рекомендуется использовать самые короткие кабели с самым низким номером AWG.

В случае cтандарта USB производятся два типы кабелей:
– используются для передачи данных между периферийными устройствами ( фотоаппараты, массовое хранение с автономным источником питания и т.д.) и, например, с компьютером - провода этого типа имеют все жилы одного размера, обычно 28 AWG;
– питающие подключенные устройства- они имеют двойное обозначение AWG ( как на рис. 4b) - - отдельно для жил D- i D+ (28 AWG) и отдельно для мощности и GND - обычно 24 AWG.

В соответствии со стандартной спецификацией источник питания с порта USB должен иметь значение напряжения равное 5В с допуском ±5% (0.25 V). Устройства, работающие от USB-порта ( клавиатуры, портативные диски, веб-камеры и т.д.), должны нормально работать при падении напряжения от 0.55 В до 4.45 В (в случае стандарта USB 2,0) или от 0,6 до 4,4В (для USB 3,0).

Следующие таблицы (табл. 3a–3d) указывают на сколько падает напряжение 5В в зависимости от диаметра используемых проводов и длины проводов. Ниже приведены комбинированные токи самых популярных зарядных устройств USB для мобильных/портативных устройств: табл.3а - более старые типы телефонов, табл.3b, табл.3c и табл.3d - смартфоны, планшеты и т.д.

Табл. 3a. Электропитание – 500 mA

Табл. 3b. Электропитание – 1000 mA

Табл. 3c. Электропитание – 2000 mA

Табл. 3d. Электропитание – 2400 mA

Цвета означают падение напряжения: 

Вышеприведенный список был рассчитан на основе Закона Ома, учитывая сопротивление медных проводов и разъемов USB (при 30 mΩ).

В зеленых цветах есть такие комбинации размеров AWG и длины кабелей, которые позволяют получить стандарт напряжения, соответствующий спецификации на выходе шнура питания.

Желтым цветом (желто-красный для USB 3,0) были выделены комбинации размеров и длины кабелей AWG, позволяющие заряжать, например, смартфон. Напряжение падает ниже предела, разрешенного стандартом USB для зарядки зарядных устройств (для зарядного устройства), но попадает под пределы, требуемые для зарядных устройств (например, планшета).

Красным цветом обозначены те провода которые нельзя использовать для зарядки USB - устройств с заданным зарядным устройством.

Однако следует помнить, что провода с более высоким номером AWG, изготовленные из более качественных материалов (из неосложненной, незагрязненной меди) и с лучшими соединениями, будут генерировать меньшие потери, чем те, у которых более толстые жилы, но сделаны, например, с примесью алюминия.

Электрические провода в Европе, которые использовались в течениие длительного времени, производятся в соответствии с метрическим стандартом BS 6722:1986. Например, в строительной отрасли наиболее часто используются кабели с поперечным сечением 1,5 мм² и 2.5 мм² с допустимыми (по строительным нормам) нагрузками 10 А и 16 А. В странах, использующих систему AWG, в стенках размещены кабели размером (2.08 мм²) и 12 AWG (3.31 мм²) с максимальными нагрузками 15 А и 20 А.