导线规格计算器（AWG）

什么是导线规格计算器？

导线规格计算器回答的正是电工站在配电箱前真正会问的那个问题：这条线路我该用多粗的导体？ 负载你知道，距离你知道，供电电压你知道，路上愿意损失多少电压你也心里有数。你唯一不知道的，就是导线规格。

大多数电压降工具的方向恰好相反。它们要你先指定一个规格，然后告诉你损失多少伏，于是寻找合适导体就成了猜谜游戏：试 12 AWG，看到 6.6% 的压降；试 10 AWG，还是太多；试 8 AWG，终于可以接受。本页面把方程反转过来。它直接求解设计所需的导体面积，再沿 AWG 阶梯向上，把满足你的限值的最小标准规格直接交给你——无需反复试算。

得到的结果，是在远端仍能送出可用电压的前提下最便宜、最细、最容易穿管的导体。

按电压降选型不同于按载流量选型

决定导体规格的是两个完全独立的问题，把二者混为一谈是长线路上最常见的错误：

• 载流量问的是导线能否在不过热的情况下承载电流。这是安全问题，由 NEC 表 310.16、绝缘温度等级、环境温度和成束敷设决定。
• 电压降问的是有没有足够的电压熬到线路末端把负载带好。这是性能问题，NEC 用资料性注释而非强制条文来讨论它。

短线路上几乎总是载流量说了算——铜芯 12 AWG 可用于 20 A，30 英尺这么长的损失微不足道。长线路上电压降则完全占据主导。一条延伸 200 英尺到独立车库的 20 A 回路，从发热角度看用 12 AWG 完全合规，但末端负载看到的可能只有 107 V。本计算器按电压降选型。 请务必单独校核载流量，并取二者中较大的规格。

忽视电压降的后果是实实在在的：欠压的感应电动机为输出同样的转矩会吸取更大电流，把绕组烤坏；白炽灯光输出急剧下滑；LED 驱动器行为紊乱；电阻式加热器的功率随电压的平方下降——损失 5% 的电压就要付出近 10% 的热量。你损失掉的伏特，都在墙里变成热烧掉了。

计算器如何工作？

本工具采用欧姆定律的圆密耳形式，以及 NEC 第 9 章表 8 公布的导体特性——与经典电压降近似同源，只是重新整理成求解面积的形式。

第 1 步——电阻率常数。 $K$ 是面积为 1 圆密耳、长度为 1 英尺的导体在 75 °C 时的电阻，单位是欧姆·圆密耳每英尺：

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

铝的常数约高出 64%，这正是同样的活儿铝需要明显更粗导体的原因。

第 2 步——相系数。 电流必须走完整个回路。直流和单相交流沿一根导体去、另一根回来，因此单程长度要算两次。在平衡三相系统中，各线电流相差 120° 而部分抵消，于是系数降到 $\sqrt{3}$：

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

第 3 步——你允许损失的电压。 百分比限值换算成伏特数：

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

默认值为 3%，即 NEC 210.19(A) 和 215.2(A) 资料性注释中的分支回路目标值（馈线加分支回路合计不超过 5%）。

第 4 步——解出面积。 这就是反转所在。把电压降公式对导体面积重新整理，可得：

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

其中 $I$ 为负载电流（安培），$L$ 为线路的单程长度（英尺）。

第 5 步——沿阶梯攀升。 计算器从小到大扫描标准 AWG 规格，停在第一个表列面积不小于 $CM_{\text{required}}$ 的规格上：

请注意编号是倒着走的：号码越小，导线越粗。

第 6 步——给出真实数字。 选中的导体几乎总是大于严格所需，因此实际压降会低于你的限值。计算器把面积换算为公制，并重新计算真实压降：

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

计算示例

示例 1——100 英尺外的 20 A 分支回路

一个单相 20 A 负载位于 120 V 配电箱外 100 英尺（30.48 米）处。铜导体，目标 3%。

允许损失：

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

所需面积：

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

表中第一个达到 14,333.33 圆密耳的规格是 8 AWG，面积 16,510 圆密耳。换算成公制：

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

它实际产生的压降：

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

即 8 AWG 铜导线，8.37 平方毫米，损失 3.13 V——占供电电压的 2.60%，宽裕地落在 3% 目标之内。仅就载流量而言 12 AWG 本已够用；把规格逼高两档的是距离。

示例 2——三相铝质馈线

一个三相 40 A 负载从 240 V 电源沿铝导体延伸 250 英尺，目标 3%。

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

第一个超过 50,997.78 圆密耳的规格是 3 AWG，面积 52,620 圆密耳，即 26.66 平方毫米。真实压降：

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

3 AWG 铝导线，压降 2.91%。这里有两种相反的效应在起作用：铝更高的电阻率把规格往上推，而 1.732 而非 2 的三相系数又把它拉了回来。

示例 3——恰好落在表列规格上

偶尔需求会不偏不倚地落在表格的某一行上。取 120 V 下限值 2.15%、铜导体 100 英尺、电流 6.53 A：

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

这恰好就是 12 AWG 的面积。由于比较条件是”不小于”，计算器选择 12 AWG 而不会跳到 10 AWG——3.31 平方毫米，且实际压降与允许值恰好相等：

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

在 120 V 的 2.15% 处，设计正好压在限值上。把电流提到 6.6 A，需求变为 6,600 圆密耳，12 AWG 再也无法满足——答案跳到 10 AWG。

示例 4——超出表格末端

120 V 下目标 3%、距离 500 英尺 的 200 A 负载：

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

这是最大 AWG 规格 4/0 面积的三倍还多。计算器不会给出一个错误的规格，而是告诉你这条线路已经超出表格范围：你需要 kcmil 导体、并联敷设，或者更明智的做法——提高供电电压。

实用要点

• 输入单程距离。 对于直流和单相回路，系数已经把它加倍了。请按导线实际走向测量——顺墙上行、沿梁敷设、绕过障碍——而不是配电箱到负载的直线距离。
• 升高电压胜过加粗导线。 功率等于电压乘电流，因此输送同样瓦数的 240 V 回路电流减半，而且可供损失的伏特翻倍。这相当于百分比压降上白得的四倍改善。示例 4 在 240 V 下是个 3/0 的问题，在 480 V 下则轻而易举。
• 铝大约要多付两档规格。 $K = 21.2$ 对铜的 12.9，铝要达到相同压降需要约多 64% 的面积。它每米更便宜、穿管更轻省，因此在馈线上这笔交换往往仍然划算——只要把更大的管径算进预算。
• 更严的百分比目标代价高昂。 所需面积与允许压降成反比：把限值从 3% 减半到 1.5%，所需圆密耳就翻倍，通常是三档规格。请把严格限值留给敏感设备。
• 这是直流电阻近似。 它忽略导体电抗、超过 75 °C 的温升以及功率因数——对绝大多数分支回路和短馈线已足够准确。对于长线路、超大导体或功率因数很差的场合，请改用 NEC 第 9 章表 9 的交流阻抗数值。请把本结果视为可靠的设计估算，而非工程计算书。
• 两个方向都要核对。 定下规格后，用电压降计算器复核，用欧姆定律计算器校核载流量，并用瓦特转安培计算器把负载从瓦数换算过来。

常见问题

3% 的限值是法律要求吗？ 不是。它在 NEC 中以资料性注释出现——是指导而非强制条文。不过某些地方修订、供电公司要求或设备规格书会使其具有约束力，也有少数规定了更严的限值。按分支回路 3%、总计 5% 设计，几乎可以满足所有各方。

导线越粗为什么号数反而越小？ American Wire Gauge 统计的是坯料达到最终直径所需通过的拉丝模数量。通过次数越多，线越细，号数越大。刻度在 1 AWG 用尽后，继续以 1/0、2/0、3/0、4/0 延伸，一个比一个粗。

什么是圆密耳？ 它是直径为 1 密耳（千分之一英寸）的圆的面积。导线表采用它，是因为以圆密耳表示的面积就等于以密耳表示的直径的平方，完全不需要 $\pi$，这让导体之间的比较变得非常简单。

可以输入公制单位吗？ 可以。把长度字段切换为米或千米，把电流字段切换为毫安或千安；计算器会在内部换算成 NEC 常数所要求的英尺和安培。横截面积结果也可在平方毫米、平方厘米和平方英寸之间切换。

结果比我的断路器所需的更粗，是不是算错了？ 没错，这正是重点所在。载流量与电压降是两个互相独立的约束，长线路上电压降胜出。20 A 断路器保护 12 AWG 绰绰有余，但在 100 英尺处你仍然需要 8 AWG，好让负载真正拿到可用电压。请始终安装两个答案中较大的那个。