Tel Kesiti Hesaplayıcı (AWG)

Tel kesiti hesaplayıcı nedir?

Bir tel kesiti hesaplayıcı, elektrikçinin pano başında gerçekten sorduğu soruyu yanıtlar: bu hat için hangi iletken kesitine ihtiyacım var? Yükü biliyorsunuz, mesafeyi biliyorsunuz, besleme gerilimini biliyorsunuz ve yolda ne kadar gerilim kaybetmeye razı olduğunuzu da biliyorsunuz. Bilmediğiniz şey kesit.

Gerilim düşümü araçlarının çoğu ters yönde çalışır. Sizden bir kesit önermenizi ister, sonra kaç volt kaybettiğini söyler; böylece doğru iletkeni bulmak bir tahmin oyununa döner: 12 AWG dene, %6,6 düşüm gör, 10 AWG dene, hâlâ fazla, 8 AWG dene, nihayet kabul edilebilir. Bu sayfa denklemi tersine çevirir. Tasarımınızın gerektirdiği iletken alanını doğrudan çözer, ardından AWG merdivenini tırmanır ve size sınırınızı karşılayan en küçük standart ölçüyü verir — deneme yanılma yok.

Sonuç, uzak uçta hâlâ kullanılabilir gerilim veren en ucuz, en ince ve çekmesi en kolay iletkendir.

Düşüme göre boyutlandırmak, akım taşıma kapasitesine göre boyutlandırmak değildir

Bir iletkenin kesitini tamamen ayrı iki soru belirler ve bunları karıştırmak uzun hatlardaki en yaygın hatadır:

• Akım taşıma kapasitesi, telin akımı aşırı ısınmadan taşıyıp taşıyamayacağını sorar. Bu bir güvenlik sorusudur; NEC Tablo 310.16, yalıtım sıcaklık sınıfları, ortam sıcaklığı ve demetleme ile yönetilir.
• Gerilim düşümü, yükü düzgün çalıştıracak kadar gerilimin yolculuktan sağ çıkıp çıkmadığını sorar. Bu bir performans sorusudur ve NEC bunu bağlayıcı kurallar yerine bilgilendirici notlarda ele alır.

Kısa bir hatta neredeyse her zaman akım taşıma kapasitesi belirleyicidir: bakır 12 AWG 20 A için uygundur ve 30 fitlik bir parçası ihmal edilebilir kayıp verir. Uzun bir hatta ise gerilim düşümü tamamen devreyi alır. Ayrık bir garaja 200 fit uzanan 20 A’lik bir devre ısınma açısından 12 AWG ile tamamen yasaldır, yine de uçtaki yük yalnızca 107 V görebilir. Bu hesaplayıcı gerilim düşümüne göre boyutlandırır. Akım taşıma kapasitesini her zaman ayrıca kontrol edin ve iki kesitten büyük olanı kullanın.

Düşümü göz ardı etmenin sonuçları gerçektir: gerilimi düşük kalan asenkron motorlar aynı momenti üretmek için daha fazla akım çeker ve sargılarını pişirir, akkor lambaların ışık akısı sert biçimde düşer, LED sürücüleri düzensiz davranır ve rezistanslı ısıtıcılar gücü gerilimin karesiyle kaybeder — %5’lik bir gerilim kaybı ısının neredeyse %10’una mal olur. Kaybettiğiniz voltlar duvarın içinde ısı olarak yanar.

Hesaplayıcı nasıl çalışır?

Araç, Ohm yasasının dairesel mil biçimini ve NEC Bölüm 9, Tablo 8’de yayımlanan iletken özelliklerini kullanır — klasik gerilim düşümü yaklaşımıyla aynı temel, ancak alanı çözecek şekilde yeniden düzenlenmiş.

Adım 1 — özdirenç sabiti. $K$, bir dairesel mil alana ve bir fit uzunluğa sahip bir iletkenin direncidir; birimi fit başına ohm-dairesel mil, sıcaklık 75 °C:

$$K_{\text{copper}} = 12.9 \qquad K_{\text{aluminum}} = 21.2$$

Alüminyumun sabiti yaklaşık %64 daha yüksektir; alüminyumun aynı iş için belirgin biçimde daha kalın bir iletken gerektirmesinin nedeni tam olarak budur.

Adım 2 — faz çarpanı. Akım tam bir devre tamamlamak zorundadır. Doğru akım ve tek fazlı alternatif akım bir iletkenden gidip diğerinden döner, dolayısıyla tek yön uzunluğu iki kez sayılır. Dengeli üç fazlı bir sistemde hat akımları 120° faz farklıdır ve kısmen birbirini götürür, bu yüzden çarpan $\sqrt{3}$ değerine iner:

$$n_{\text{DC}} = 2 \qquad n_{\text{single}} = 2 \qquad n_{\text{three}} = 1.732$$

Adım 3 — kaybetmeyi göze aldığınız gerilim. Yüzde sınırınız bir volt sayısına dönüşür:

$$V_{\text{allowed}} = V_{\text{source}} \times \frac{P_{\text{max}}}{100}$$

Varsayılan %3’tür; bu, NEC 210.19(A) ve 215.2(A) bilgilendirici notlarındaki linye devresi hedefidir (besleme artı linye için toplam %5).

Adım 4 — alanı çözmek. Tersine çevirme burada. Gerilim düşümü formülünü iletken alanı için yeniden düzenlemek şunu verir:

$$CM_{\text{required}} = \frac{n \times K \times I \times L}{V_{\text{allowed}}}$$

burada $I$ amper cinsinden yük akımı, $L$ ise fit cinsinden hattın tek yön uzunluğudur.

Adım 5 — merdiveni tırmanmak. Hesaplayıcı standart AWG ölçülerini küçükten büyüğe tarar ve tablodaki alanı en az $CM_{\text{required}}$ olan ilkinde durur:

Numaraların tersine ilerlediğine dikkat edin: küçük numara daha kalın tel demektir.

Adım 6 — gerçek sayıları bildirmek. Seçilen iletken neredeyse her zaman kesinlikle gerekenden büyüktür, dolayısıyla gerçek düşüm sınırınızın altında kalır. Hesaplayıcı alanı metrik sisteme çevirir ve gerçek düşümü yeniden hesaplar:

$$A_{\text{mm}^2} = CM \times 0.0005067$$ $$V_{\text{drop}} = \frac{n \times K \times I \times L}{CM_{\text{selected}}}$$

Çözümlü örnekler

Örnek 1 — 100 ft’te 20 A’lik bir linye devresi

Tek fazlı 20 A’lik bir yük, 120 V’luk bir panodan 100 ft (30,48 m) uzakta. Bakır iletken, hedef %3.

İzin verilen kayıp:

$$V_{\text{allowed}} = 120 \times \frac{3}{100} = 3.6$$

Gereken alan:

$$CM_{\text{required}} = \frac{2 \times 12.9 \times 20 \times 100}{3.6} = 14{,}333.33$$

14.333,33 dairesel milden itibaren tablodaki ilk ölçü, 16.510 dairesel mil ile 8 AWG’dir. Metrik olarak:

$$A_{\text{mm}^2} = 16{,}510 \times 0.0005067 = 8.37$$

Ve gerçekte oluşturduğu düşüm:

$$V_{\text{drop}} = \frac{2 \times 12.9 \times 20 \times 100}{16{,}510} = 3.13$$ $$P_{\text{actual}} = \frac{3.13}{120} \times 100 = 2.60$$

Yani 8 AWG bakır, 8,37 mm², 3,13 V kayıpla — beslemenin %2,60’ı, %3 hedefinin rahatça içinde. Yalnızca akım taşıma kapasitesi için 12 AWG yeterdi; iki ölçü yukarı çıkmayı zorlayan şey mesafe.

Örnek 2 — üç fazlı alüminyum besleme hattı

Üç fazlı 40 A’lik bir yük, 240 V’luk bir kaynaktan 250 ft boyunca alüminyum üzerinden gidiyor, hedef %3.

$$V_{\text{allowed}} = 240 \times \frac{3}{100} = 7.2$$ $$CM_{\text{required}} = \frac{1.732 \times 21.2 \times 40 \times 250}{7.2} = 50{,}997.78$$

50.997,78 dairesel mili aşan ilk ölçü, 52.620 dairesel mil ile 3 AWG — 26,66 mm². Gerçek düşüm:

$$V_{\text{drop}} = \frac{1.732 \times 21.2 \times 40 \times 250}{52{,}620} = 6.98$$ $$P_{\text{actual}} = \frac{6.98}{240} \times 100 = 2.91$$

3 AWG alüminyum, %2,91 düşüm. Burada iki zıt etki çalıştı: alüminyumun yüksek özdirenci ölçüyü yukarı itti, 2 yerine 1,732 olan üç faz çarpanı ise geri aşağı çekti.

Örnek 3 — tam olarak tablodaki bir ölçüye denk gelmek

Ara sıra gereksinim tam bir tablo satırına denk gelir. 120 V’ta %2,15 sınırıyla 100 ft bakır üzerinden 6,53 A’i ele alalım:

$$V_{\text{allowed}} = 120 \times \frac{2.15}{100} = 2.58$$ $$CM_{\text{required}} = \frac{2 \times 12.9 \times 6.53 \times 100}{2.58} = 6{,}530.00$$

Bu tam olarak 12 AWG’nin alanıdır. Karşılaştırma “en az bu kadar büyük” olduğundan hesaplayıcı 10 AWG’ye çıkmak yerine 12 AWG’yi seçer — 3,31 mm², ve gerçek düşüm tam olarak izin verilene eşittir:

$$V_{\text{drop}} = \frac{2 \times 12.9 \times 6.53 \times 100}{6{,}530} = 2.58$$

120 V’un %2,15’inde tasarım tam sınırının üzerinde oturur. Akımı 6,6 A’e çıkarın, gereksinim 6.600 dairesel mile yükselir ve 12 AWG bunu artık karşılayamaz — yanıt 10 AWG’ye atlar.

Örnek 4 — tablonun sonunun ötesi

120 V’ta %3 hedefiyle 500 ft uzaklıktaki 200 A’lik bir yük:

$$CM_{\text{required}} = \frac{2 \times 12.9 \times 200 \times 500}{3.6} = 716{,}666.67$$

Bu, en büyük AWG ölçüsü olan 4/0’ın alanının üç katından fazla. Hesaplayıcı yanlış bir kesit vermek yerine hattın tablonun dışına çıktığını bildirir: kcmil iletkenlere, paralel hatlara ya da çok daha mantıklısı, daha yüksek bir besleme gerilimine ihtiyacınız var.

Pratik notlar

• Tek yön mesafesini girin. Çarpan, doğru akım ve tek fazlı devreler için bunu zaten ikiye katlar. Teli gerçekte döşendiği gibi ölçün — duvarlardan yukarı, kirişler boyunca, engellerin çevresinden — pano ile yük arasındaki düz çizgiyi değil.
• Gerilimi yükseltmek, teli kalınlaştırmayı yener. Güç, gerilim çarpı akımdır; dolayısıyla aynı vatı veren 240 V’luk bir devre yarı akım çeker ve harcayacak iki kat volta sahiptir. Bu, yüzde düşümde bedava dört kat iyileşmedir. Örnek 4, 240 V’ta bir 3/0 problemi, 480 V’ta ise çocuk oyuncağıdır.
• Alüminyum size yaklaşık iki ölçüye mal olur. Bakırın 12,9’una karşılık $K = 21.2$ ile alüminyum aynı düşüm için yaklaşık %64 daha fazla alan ister. Metre başına daha ucuz ve çekmesi daha hafiftir, bu yüzden besleme hatlarında takas çoğu zaman yine de kârlıdır — yalnızca daha büyük boruyu bütçeleyin.
• Daha sıkı bir yüzde hedefi pahalıdır. Gereken alan, izin verilen düşümle ters orantılıdır: sınırınızı %3’ten %1,5’e yarıya indirmek gereken dairesel mili ikiye katlar, tipik olarak üç ölçü. Sıkı sınırları hassas ekipmana ayırın.
• Bu, doğru akım direnci yaklaşımıdır. İletken reaktansını, 75 °C üzerindeki ısınmayı ve güç faktörünü yok sayar — linye devrelerinin ve kısa besleme hatlarının ezici çoğunluğu için yeterince doğrudur. Uzun hatlar, çok büyük iletkenler veya kötü güç faktörü için NEC Bölüm 9, Tablo 9’daki alternatif akım empedans değerlerini kullanın. Sonucu sağlam bir tasarım tahmini olarak görün, mühendislik etüdü olarak değil.
• Sonucu iki yönde de doğrulayın. Bir kesit elde ettiğinizde bunu bir gerilim düşümü hesaplayıcı ile teyit edin, akım taşıma kapasitesini bir Ohm yasası hesaplayıcı ile boyutlandırın ve yükünüzü vattan bir vat amper hesaplayıcı ile çevirin.

Sık sorulan sorular

%3 sınırı yasal bir zorunluluk mu? Hayır. NEC’te bilgilendirici not olarak geçer — yönlendirme, uygulanabilir bir kural değil. Bazı yerel değişiklikler, dağıtım şirketi koşulları veya ekipman şartnameleri bunu bağlayıcı kılar ve birkaçı daha sıkı sınırlar koyar. Linye devresinde %3, toplamda %5 hedefiyle tasarlamak neredeyse herkesi memnun eder.

Tel kalınlaştıkça numara neden küçülüyor? American Wire Gauge, bir çubuğun son çapına ulaşana dek kaç çekme hadidesinden geçtiğini sayar. Daha çok geçiş, daha ince tel ve daha yüksek numara demektir. Ölçek 1 AWG’de tükendiğinde 1/0, 2/0, 3/0, 4/0 olarak devam eder; her biri bir öncekinden kalındır.

Dairesel mil nedir? Çapı bir mil — inçin binde biri — olan bir dairenin alanıdır. İletken tabloları bunu kullanır, çünkü dairesel mil cinsinden alan basitçe mil cinsinden çapın karesidir, hiç $\pi$ gerekmez; bu da iletken karşılaştırmasını önemsiz kılar.

Metrik girebilir miyim? Evet. Uzunluk alanını metre veya kilometreye, akım alanını miliamper veya kiloampere geçirin; hesaplayıcı içeride NEC sabitinin beklediği fit ve ampere çevirir. Kesit alanı sonucu da mm², cm² ve in² arasında geçiş yapar.

Sonuç sigortamın gerektirdiğinden büyük — yanlış mı? Hayır, mesele tam olarak bu. Akım taşıma kapasitesi ile gerilim düşümü bağımsız kısıtlardır ve uzun hatta düşüm kazanır. 20 A’lik bir sigorta 12 AWG’yi gayet iyi korur, ama 100 ft’te yükün kullanılabilir gerilim alması için yine de 8 AWG istersiniz. Her zaman iki yanıttan büyük olanı tesis edin.