Kalkulator Saiz Wayar

Penentuan saiz wayar yang betul memastikan keselamatan dan kecekapan.

Wayar yang terlalu kecil boleh menjadi terlalu panas, manakala wayar yang terlalu besar membazirkan wang.

Pertimbangkan kedua-dua ampasiti dan kejatuhan voltan.

Saiz biasa:

• 14 AWG (15A)
• 12 AWG (20A)
• 10 AWG (30A)
• 8 AWG (40A)
• 6 AWG (55A)

Aluminium memerlukan 1-2 saiz lebih besar daripada kuprum untuk ampasiti yang sama.

Untuk mengira saiz wayar, anda mesti memenuhi dua keperluan bebas dan memilih keputusan yang lebih besar.

Pertama, saiz untuk ampasiti: konduktor mesti membawa arus beban secara berterusan tanpa menjadi terlalu panas, menggunakan Jadual NEC 310.16 (atau IEC 60364 di Eropah).

Kedua, saiz untuk kejatuhan voltan dengan formula Vdrop = (2 × L × I × R) / 1000, di mana L ialah panjang sehala dalam meter, I ialah arus dalam ampere, dan R ialah rintangan konduktor dalam Ω/km. Faktor 2 mengambil kira laluan arus pergi balik (keluar dan kembali) dalam litar fasa tunggal; litar tiga fasa menggunakan faktor √3 (≈1.732) sebagai ganti.

Sentiasa pilih tolok yang memenuhi mana-mana kriteria yang memerlukan konduktor yang lebih tebal, mengikut konvensyen reka bentuk IEEE dan IEC.

Saiz wayar dinyatakan dalam dua cara. Di Amerika Utara, skala American Wire Gauge (AWG) adalah tanpa dimensi dan songsang — nombor yang lebih rendah bermaksud konduktor yang lebih tebal — manakala kebanyakan negara di dunia menggunakan luas keratan rentas dalam milimeter persegi (mm²), unit terbitan SI yang ditakrifkan oleh BIPM.

Arus (ampasiti) diukur dalam ampere (A), unit asas SI untuk arus elektrik mengikut NIST. Rintangan konduktor diberikan dalam ohm (Ω) atau, untuk kabel, ohm per kilometer (Ω/km).

Kejatuhan voltan diukur dalam volt (V) dan sering dilaporkan sebagai peratusan voltan sistem. Kehilangan kuasa dipaparkan dalam watt (W).

Sebagai rujukan, 12 AWG ≈ 3.3 mm² dan 10 AWG ≈ 5.3 mm², mengikut saiz pilihan IEC 60228.

AWG ditukar kepada luas keratan rentas melalui diameter wayar. Diameter dalam milimeter ialah d = 0.127 × 92^((36 − n)/39), di mana n ialah nombor AWG; luasnya pula ialah A = π(d/2)².

Sebagai contoh, 12 AWG memberikan diameter kira-kira 2.05 mm dan luas hampir 3.31 mm². Disebabkan langkah AWG adalah geometri, setiap pengurangan 3 tolok menggandakan luas secara kasar, dan pengurangan 6 tolok menggandakan diameter.

Secara praktikal, jurutera akan membundarkan nilai yang dikira kepada saiz standard IEC 60228 yang terdekat (1.5, 2.5, 4, 6, 10, 16 mm² dan ke atas). Encyclopaedia Britannica notes the AWG system dates to 1857, standardising the drawn-wire ratios still used today.

Kejatuhan voltan meningkat secara linear dengan kedua-dua arus dan panjang konduktor, jadi laluan yang panjang adalah sebab utama untuk membesarkan saiz wayar melebihi tolok ampasiti minimum. Disebabkan rintangan adalah tetap bagi setiap unit panjang, menggandakan jarak akan menggandakan kejatuhan voltan.

NEC mengesyorkan (walaupun tidak mewajibkan) kejatuhan maksimum 3% pada litar cawangan dan 5% gabungan untuk penyuap ditambah cawangan, dan HyperPhysics (Georgia State University) menjelaskan ini hanya mengikut hukum Ohm, V = IR — hubungan yang sama yang digunakan oleh kalkulator hukum ohm kami untuk menyelesaikan sebarang nilai voltan, arus atau rintangan yang hilang.

Beban 20 A yang boleh diterima pada 12 AWG pada 15 m mungkin melebihi 3% pada 60 m, memaksa peningkatan kepada 10 atau 8 AWG. Inilah sebabnya mengapa bangunan luar, pam telaga, dan pengecas EV pada penyuap panjang kerap memerlukan konduktor satu atau dua tolok lebih besar daripada apa yang dicadangkan oleh jadual ampasiti sahaja.

Pertimbangkan beban fasa tunggal 20 A pada 240 V yang berjalan sejauh 30 meter sehala menggunakan kuprum dengan had kejatuhan voltan 3%.

Menggunakan kuprum 10 AWG (kira-kira 5.3 mm²), kalkulator mengembalikan kejatuhan voltan kira-kira 3.93 V, iaitu sekitar 1.64% daripada 240 V — jauh di dalam sasaran 3%. Kuasa rintangan yang hilang dalam konduktor adalah sekitar 78.7 W.

Oleh kerana kuprum 10 AWG dinilai hampir dengan ampasiti 30 A di bawah lajur NEC 75°C, ia juga melepasi keperluan ampasiti dengan selesa. Sekiranya kita memilih 12 AWG, rintangan yang lebih tinggi akan meningkatkan kedua-dua kejatuhan voltan dan pemanasan I²R, jadi konduktor 10 AWG yang lebih besar adalah pilihan yang betul untuk panjang laluan ini.

Penentuan saiz wayar merangkumi kerja kediaman, komersial dan industri.

• Juruelektrik menggunakannya untuk memilih konduktor litar cawangan bagi soket alur keluar, unit HVAC, dapur memasak dan subpanel di bawah NEC.
• Pemasang pengecas EV bergantung padanya untuk membekalkan kuasa kepada pengecas Tahap 2 berarus 32-48 A melalui laluan garaj atau laluan masuk kereta yang panjang.
• Pemasang sistem suria dan bateri menentukan saiz konduktor DC dan AC untuk penyongsang (inverter) dan kotak penggabung (combiner box), di mana kejatuhan voltan mengurangkan tenaga yang dijana secara langsung.
• Pembuat bot dan RV menentukan saiz pendawaian DC 12/24 V, di mana voltan rendah menjadikan kejatuhan voltan sangat ketara.
• Jurutera industri menggunakan panduan IEC 60364 dan IEEE untuk penyumpat motor (motor feeders) dan talam kabel yang panjang.

Dalam setiap kes, matlamatnya adalah sama: ampasiti (kapasiti membawa arus) yang selamat, kejatuhan voltan yang boleh diterima, dan pemilihan konduktor yang mematuhi kod.

Ampasiti yang diterbitkan mengandaikan keadaan ideal, jadi pemasangan sebenar mesti diturunkan kadarnya (derated).

Apabila lebih daripada tiga konduktor pembawa arus berkongsi satu konduit, Jadual NEC 310.15(C)(1) mengurangkan ampasiti yang dibenarkan (contohnya, 4-6 konduktor diturunkan kadar kepada 80%). Suhu ambien yang tinggi juga merendahkan ampasiti kerana konduktor mempunyai ruang legar terma yang lebih sedikit sebelum had penebatnya dicapai.

Beban berterusan — beban yang menarik arus selama tiga jam atau lebih — mesti bersaiz 125% daripada beban, bermakna konduktor dan pemutus litar hanya membawa 80% daripada kadarnya. Jenis penebat juga penting: THHN yang dinilai pada suhu 90°C bertoleransi terhadap haba yang lebih tinggi berbanding THW 60°C.

Mengabaikan faktor-faktor ini adalah punca utama kabel menjadi terlalu panas, jadi sentiasa turunkan kadar (derate) sebelum menetapkan tolok (gauge) wayar.

Kuprum dan aluminium mengimbangi antara kekonduksian dengan kos dan berat.

Kuprum mempunyai kerintangan yang lebih rendah (kira-kira 1.68 × 10⁻⁸ Ω·m mengikut NIST) jadi ia membawa lebih banyak arus bagi setiap unit kawasan, menjadikannya pilihan lalai untuk litar cawangan.

Kerintangan aluminium adalah kira-kira 1.6 kali lebih tinggi, jadi konduktor aluminium mestilah satu hingga dua saiz AWG lebih besar untuk ampasiti yang sama — tetapi aluminium jauh lebih ringan dan lebih murah, itulah sebabnya syarikat utiliti dan penyumpat masuk perkhidmatan (service-entrance feeders) lebih menyukainya. Pendawaian aluminium moden adalah selamat apabila dipasang dengan terminal berkadar AL dan sebatian antioksidan untuk mengelakkan kegagalan sambungan.

Padankan tetapan bahan kalkulator dengan konduktor anda, kerana nilai rintangan yang mendorong kejatuhan voltan berbeza dengan ketara antara kedua-dua logam tersebut.

Menentukan saiz wayar elektrik mempunyai beberapa kesilapan biasa yang perlu dielakkan:

• Kesilapan yang paling kerap berlaku ialah menentukan saiz berdasarkan ampasiti sahaja dan mengabaikan kejatuhan voltan pada laluan yang panjang, menyebabkan lampu menjadi malap dan motor beroperasi dengan sukar.
• Kesilapan kedua ialah menggunakan jarak sehala dalam formula yang memerlukan faktor perjalanan pergi balik sebanyak 2 — atau sebaliknya — yang mengurangkan separuh atau menggandakan kejatuhan voltan yang dikira.
• Yang lain pula terlupa untuk menurunkan kadar (derating) bagi pengisian konduit, haba ambien, atau peraturan beban berterusan 125%, kemudian tertanya-tanya mengapa kabel menjadi panas.
• Mengelirukan arah AWG (berfikir nombor yang lebih besar bermaksud wayar yang lebih tebal) membawa kepada konduktor bersaiz terlalu kecil yang berbahaya.
• Akhir sekali, mencampurkan nilai kuprum dan aluminium, atau mengabaikan penarafan suhu terminal yang boleh mengehadkan ampasiti kepada lajur 60°C, menghasilkan keputusan yang tidak mematuhi peraturan.

Sentiasa semak silang dengan jadual NEC atau IEC dan kod tempatan sebelum membuat pembelian.