Co znamená zkratka AWG? Tabulka průměrů a AMP pro bateriové systémy. Zadali jste špičkový bateriový systém, ale jeho výkon zaostává a střídač se stále vypíná. Co se děje? V devíti případech z deseti je viníkem ta nejpřehlíženější součást: samotný kabel baterie.
Použití nesprávné velikosti drátu je receptem na katastrofu. Nejenže ztrácíte účinnost v důsledku poklesu napětí, ale také vytváříte vážné nebezpečí požáru v důsledku přehřátí. Viděli jsme projekty za miliony dolarů, které málem ztroskotaly na levné a poddimenzované mědi. Tento průvodce vám objasní americký rozměr drátu (AWG) a poskytne základní metody dimenzování kabelů pro dosažení špičkového výkonu a bezpečnosti.
Kamada Power 51,2V 200Ah 10kWh baterie Powerwall
20kWh 400V vysokonapěťová stohovatelná baterie
20kWh baterie pro serverové stojany
Co znamená zkratka AWG?
Její jádro, AWG je zkratka pro American Wire Gauge. Je to standardní systém, který se v Severní Americe používá pro měření průměru pevného, kulatého, elektricky vodivého drátu.
Nejdůležitější věcí, kterou si musíte zapamatovat, je její inverzní vztah, který na první pohled působí trochu zpátečnicky: čím menší je číslo AWG, tím silnější je drát..
Představte si to jako golfové skóre - nižší číslo je lepší. To vysvětluje, proč je vodič 4 AWG mnohem tenčí než masivní kabel 4/0 (vyslovte to "čtyřky") AWG, který se používá k propojení velkých baterií. Osvojení si tohoto kontraintuitivního pravidla je prvním a nejdůležitějším krokem.
Tato norma se samozřejmě neobjevila jen tak z ničeho nic. Vznikla ve společnosti Brown & Sharp již v 19. století. Dnes je standardizován organizací ASTM (American Society for Testing and Materials), a proto může inženýr v Texasu zadat kabel o průřezu 2 AWG a vědět, že bude odpovídat specifikacím součástky vyrobené v Německu.
Průměr AWG a ampérická kapacita (AMP) Graf Mistrovství
Dobrá, pojďme se podívat na praktickou stránku věci. Pochopení těchto grafů je to, co odlišuje dobrou instalaci od skvělé.
Převodní tabulka AWG na Průměr
Nejprve vám pomůže představit si, jak rozdílné jsou tyto měřicí přístroje. Zde je stručný přehled běžných velikostí, se kterými se v bateriových systémech setkáte.
| Velikost AWG | Průměr (palce) | Průměr (mm) |
|---|
| 4/0 | 0.460″ | 11,68 mm |
| 3/0 | 0.410″ | 10,40 mm |
| 2/0 | 0.365″ | 9,27 mm |
| 1/0 | 0.325″ | 8,25 mm |
| 2 | 0.258″ | 6,54 mm |
| 4 | 0.204″ | 5,19 mm |
| 6 | 0.162″ | 4,11 mm |
| 8 | 0.128″ | 3,26 mm |
Kritický koncept: Ampacita vs. úbytek napětí
V této oblasti se setkáváme s mnoha nejasnostmi, a to i u zkušených profesionálů. Správné dimenzování drátu je ve skutečnosti otázkou rovnováhy mezi dvěma klíčovými faktory: Ampacita a Pokles napětí.
Ampacita je bezpečnostní číslo. Představte si ho jako absolutní maximum proudu, které vodič snese, než se začne tavit izolace a vznikne nebezpečí požáru. Tyto hodnoty jsou stanoveny v národním elektrotechnickém předpisu (NEC) a nelze o nich diskutovat.
Pokles napětíje však především o výkonu. Každý metr drátu má odpor. Jak jím protéká proud, ztrácíte trochu napětí. Koho v systému 230 V AC zajímá, že ztratí jeden nebo dva volty? Ale ve stejnosměrném 48V bateriovém systému je stejný pokles napětí o 2 volty obrovskou ztrátou 4% vašeho výkonu dříve, než se vůbec dostane do zátěže. To je velký problém.
Podle našich zkušeností, úbytek napětí je téměř vždy faktorem, který určuje velikost vodičů v nízkonapěťových stejnosměrných systémech. Váš střídač, řídicí jednotka motoru, všechna tato drahá zařízení mají minimální napětí, které musí vidět. Pokud je napětí příliš nízké, protože vaše kabely jsou příliš dlouhé nebo příliš tenké, zařízení bude buď nevýkonné, nebo se prostě vypne.
Stručná referenční tabulka pro ampérovou kapacitu AWG
V tomto grafu jsou uvedena hodnocení bezpečnosti, o kterých jsme právě hovořili. Nezapomeňte však, že se jedná o maximální bezpečnost, nikoli o optimální účinnost.
| Velikost AWG | Průřez (mm²) | Ampérová kapacita (ampéry)* |
|---|
| 4/0 | 107 | 380 A |
| 2/0 | 67.4 | 283 A |
| 1/0 | 53.5 | 245 A |
| 2 | 33.6 | 170 A |
| 4 | 21.2 | 128 A |
| 6 | 13.3 | 80 A |
| 8 | 8.37 | 55 A |
Na základě měděného vodiče o jmenovité teplotě 90 °C na volném prostranství podle tabulky 310.16 NEC. Jedná se o běžný referenční bod, ale vždy byste měli zkontrolovat místní předpisy a specifika použití.
Zapojení pro nízkonapěťové stejnosměrné bateriové systémy
Pozornost věnovaná klientům: Solární energie a skladování energie
Udělejme to skutečně. Běžným scénářem, se kterým se setkáváme, je připojení 48V LiFePO4 akumulátoru k 5 000wattovému měniči. Komerční systém skladování energie (ESS). Řekněme, že délka kabelu je 10 stop v jednom směru.
Nejdříve je třeba najít proud: Proud (I) = Výkon (P) / Napětí (V). Pro toto nastavení, 5000W / 48V vám dává asi 104 ampérů.
Nyní se podívejte na tabulku ampéráže. Vodič 6 AWG zvládne 80 A (málo) a 4 AWG zvládne 128 A (vypadá dobře). Takže si vyberete 4 AWG, že? Ne tak rychle. Musíte zkontrolovat úbytek napětí. Na 10 stopách kabelu 4 AWG při proudu 104 A je úbytek napětí asi 0,21 V, tedy 0,441 TP3T. To je výborné. Ale co kdyby ten kabel vedl 25 stop? Nyní je úbytek více než 1% a výkon by mohl začít trpět. Kdybyste se snažili vystačit s 6 AWG, byl by úbytek hrozný a kabel by se nebezpečně zahříval. To je ten kompromis: silnější kabel, jako je 2/0 AWG, stojí jistě víc na začátku, ale je to vaše pojistka pro dosažení očekávaného výkonu a bezpečnosti.
Význam uvíznutí
Pro kabely baterie byste měli používat splétaný drát, nikoliv s pevným jádrem. Konec příběhu. Dva hlavní důvody jsou flexibilita a trvanlivost. Splétaný vodič, zejména vysoce flexibilní typ třídy K, snese neustálé vibrace, které se vyskytují v průmyslových převodovkách - vysokozdvižných vozících, lodní baterie systémy, na co si vzpomenete - bez porušení. Také se s ním mnohem lépe pracuje v úzkých místech.
Alternativní norma: Metrický převod mm²
Pracujete s evropským vybavením? Pravděpodobně se setkáte s velikostí vodičů v milimetrech čtverečních (mm²). Neexistuje dokonalý převod, ale zde jsou některé blízké ekvivalenty, které je třeba mít na paměti:
- 1/0 AWG ≈ 50 mm² (technicky 53,5)
- 2 AWG ≈ 35 mm² (technicky 33,6)
- 4 AWG ≈ 25 mm² (technicky 21,2)
- 6 AWG ≈ 16 mm² (technicky 13,3)
Bezpečnost především: Expert na baterie: Výpočet velikosti ve 3 krocích
V případě pochybností používáme interně tento třístupňový postup.
Krok 1: Určení maximálního trvalého proudu
Nemůžete dimenzovat na špičkové zatížení. Pro jakoukoli trvalou zátěž (podle NEC se tak označuje cokoli, co běží 3 hodiny nebo déle) potřebujete bezpečnostní rezervu. Pravidlo 125% je profesionálním standardem. Požadovaná ampérická kapacita = maximální trvalý proud x 1,25
Při použití našeho 104A měniče: 104A x 1,25 = 130A. Z toho vyplývá, že potřebujeme vodič dimenzovaný alespoň na 130 A, což okamžitě vyřazuje 4 AWG a tlačí nás do 2 AWG nebo větších.
Krok 2: Výpočet úbytku napětí
U všech kritických stejnosměrných systémů chcete, aby pokles napětí pod 3%. Použijte online kalkulačku poklesu napětí. Zadejte napětí, proud z kroku 1 a vzdálenost vodiče. Kalkulačka vám vyplivne minimální AWG pro splnění vašeho cíle. Vaší konečnou volbou je ten vodič, který je silnější z kroku 1 nebo kroku 2.
Krok 3: Zkontrolujte, zda není snížena odolnost vůči vlivům prostředí
Vedete několik kabelů dohromady v jednom potrubí? Je systém v horkém prostředí, trvale nad 30 °C? Obě tyto věci znamenají více tepla, což snižuje skutečnou ampérickou kapacitu vodiče. V těchto případech je třeba kabel "snížit" - což je jen elegantní způsob, jak říci, že je třeba zvýšit jeho tloušťku, aby byl bezpečný.
Závěr
Závěr: systém drží pohromadě kabeláž. Pro nízkonapěťové baterie, dimenzování na úbytek napětí je stejně důležité jako dimenzování na ampérickou kapacitu.-Tak získáte plný výkon, za který jste zaplatili. Vždy správně pojistkujte svůj systém, protože záleží na každém detailu.
Toto systémové myšlení je jádrem naší práce. Pokud váš projekt vyžaduje víc než jen hotovou baterii, náš tým se specializuje na vytváření řešení baterií na zakázku. Navrhujeme balení přesně na míru vašim potřebám v oblasti napětí, proudu a výkonu a zajišťujeme, aby každá součástka fungovala v dokonalé harmonii. Kontaktujte nás navrhnout řešení napájení, a to hned od začátku.
ČASTO KLADENÉ DOTAZY
1. Jaký AWG vodič potřebuji pro 200 A bateriový systém?
Pro 200 ampérů začínáte na 2/0 nebo 3/0 AWG. Správná odpověď závisí na napětí a vzdálenosti. Pro 200A zátěž v 12V systému na vzdálenost pouhých 10 stop by byl potřeba masivní kabel 4/0, aby byl úbytek napětí rozumný. Při napětí 48 V si však pravděpodobně vystačíte s menším kabelem 2/0 pro stejnou trasu.
2. Mohu použít menší vodič, pokud je vzdálenost velmi krátká?
Můžete, ale musíte být opatrní. U opravdu krátkých úseků - mluvíme o několika centimetrech od přípojnice k pojistce - můžete často dimenzovat vodič pouze na základě jeho jmenovité proudové zatížitelnosti. Stále se však musíte ujistit, že úbytek napětí je pro vaše komponenty přijatelný a že dodržujete pravidlo NEC 125% pro trvalé zatížení.
3. Co se stane, když je můj kabel baterie příliš malý?
Setkáváte se se dvěma hlavními problémy. Zaprvé, výkonnost klesá. Pokles napětí způsobí, že vaše zařízení nebude mít dostatek energie, což způsobí, že nebude dostatečně výkonné nebo se prostě vypne. Je to obrovské úzké hrdlo. Za druhé, a mnohem závažnější, je riziko požáru. Všechen ten odpor se mění v teplo. Poddimenzovaný kabel se může zahřát natolik, že se roztaví jeho izolace, což může způsobit zkrat. Tak vznikají požáry.
4. Jaký je rozdíl mezi vodiči AWG a SAE?
Ve vozidlech se setkáte s dráty SAE (Society of Automotive Engineers). Hlavní rozdíl je ve způsobu měření. Specifikace SAE sledují pouze plochu samotného měděného vodiče. Norma AWG vychází z celkového průměru vodiče. Pro vás to znamená, že při stejném čísle průřezu je vodič SAE obvykle o něco menší a nezvládne tak velký proud jako jeho protějšek AWG. Rozhodně je nechtějte zaměňovat.