Mitä tarkoittaa AWG? Halkaisija & AMP-kaavio akkujärjestelmille. Olet määrittänyt huippuluokan akkujärjestelmän, mutta suorituskyky on heikko ja invertteri laukeaa jatkuvasti. Mistä on kyse? Yhdeksän kertaa kymmenestä syyllinen on useimmin unohdettu komponentti: itse akkukaapeli.
Väärän johtokoon käyttäminen on katastrofin resepti. Et ainoastaan menetä tehokkuutta jännitteen laskun vuoksi, vaan aiheutat vakavan palovaaran ylikuumenemisen vuoksi. Olemme nähneet miljoonien dollareiden projekteja, jotka ovat lähes epäonnistuneet halvan, liian pienen kuparin takia. Tässä oppaassa selvitetään AWG (American Wire Gauge) ja annetaan keskeiset menetelmät kaapeleiden koon määrittämiseksi huippusuorituskyvyn ja turvallisuuden varmistamiseksi.
Kamada Power 51.2v 200Ah 10kWh Powerwall-akku
20kWh 400V suurjännitteinen pinottava akku
20kWh palvelintelineakku
Mitä tarkoittaa AWG?
Sen ytimessä, AWG tarkoittaa American Wire Gauge. Se on standardijärjestelmä, jota kaikki Pohjois-Amerikassa käyttävät kiinteän, pyöreän, sähköä johtavan langan halkaisijan mittaamiseen.
Ensimmäinen asia, joka sinun on muistettava, on sen käänteinen suhde, joka tuntuu aluksi hieman takaperoiselta: mitä pienempi AWG-numero, sitä paksumpi lanka..
Ajattele sitä kuin golfpisteitä - pienempi numero on parempi. Tämä selittää, miksi 4 AWG:n johto on niin paljon ohuempi kuin massiivinen 4/0 (lausutaan "four-aught") AWG-kaapeli, jota käytetään suurten akkupankkien yhdistämiseen. Tämän intuition vastaisen säännön ymmärtäminen on ensimmäinen ja kriittisin vaihe.
Tämä standardi ei tietenkään tullut tyhjästä. Se on peräisin Brown & Sharpe -yhtiöltä jo 1800-luvulla. Nykyään ASTM (American Society for Testing and Materials) on standardoinut sen, minkä vuoksi Teksasissa asuva insinööri voi määrittää 2 AWG:n kaapelin ja tietää, että se vastaa Saksassa valmistetun komponentin vaatimuksia.
AWG halkaisija ja ampeerikapasiteetti (AMP) kaavio Mastery
No niin, siirrytäänpä käytännön asioihin. Näiden kaavioiden ymmärtäminen erottaa hyvän asennuksen loistavasta.
AWG:n ja halkaisijan muuntotaulukko
Ensinnäkin on helpompi hahmottaa, miten erilaisia nämä mittarit todella ovat. Tässä on pikaohje akkujärjestelmissä käytetyistä yleisistä mitoista.
| AWG-koko | Halkaisija (tuumaa) | Halkaisija (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 |
Kriittinen käsite: Ampeerisuus vs. jännitehäviö
Tässä on paljon hämmennystä, jopa kokeneiden ammattilaisten keskuudessa. Johdon oikea mitoitus on oikeastaan kahden avaintekijän välinen tasapainoilu: Ampeerisuus ja Jännitehäviö.
Ampeerisuus on turvallisuusnumero. Ajattele, että se on johdon absoluuttinen maksimivirta, jonka se kestää, ennen kuin eristys alkaa sulaa ja siitä tulee palovaara. Kansallinen sähkölainsäädäntö (National Electrical Code, NEC) asettaa nämä arvot, eikä niistä voi neuvotella.
JännitehäviöKyse on kuitenkin suorituskyvystä. Jokaisella langan metrillä on vastus. Kun virta kulkee sen läpi, menetät hieman jännitettä. Kuka välittää 230 voltin tai kahden voltin häviämisestä 230 voltin vaihtovirtajärjestelmässä? Mutta 48 voltin tasavirta-akkujärjestelmässä tuo sama 2 voltin pudotus on massiivinen 4% tehosta, joka on poissa ennen kuin se ehtii kuormaan. Se on iso asia.
Kokemuksemme mukaan, jännitehäviö on lähes aina tekijä, joka määrää johtojen koon pienjännitteisissä tasavirtajärjestelmissä. Invertterilläsi, moottorinohjaimellasi ja kaikilla näillä kalliilla laitteilla on vähimmäisjännite, joka niiden on nähtävä. Jos jännite laskee liian alhaiseksi, koska kaapelit ovat liian pitkiä tai liian ohuita, laitteet joko alisuorittavat tai sammuvat.
AWG-virrankestävyyden pikaohjeet
Tässä taulukossa esitetään juuri käsittelemämme turvallisuusluokitukset. Muista kuitenkin, että tämä on turvallisuuden maksimitilanne, ei tehokkuuden optimitilanne.
| AWG-koko | Poikkileikkaus (mm²) | Virrankestävyys (ampeeria)* |
|---|
| 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 |
Perustuu 90 °C:n kuparilangan nimellisarvoon ulkoilmassa NEC:n taulukon 310.16 mukaisesti. Tämä on yleinen vertailukohta, mutta sinun on aina tarkistettava paikalliset määräykset ja sovelluskohtaiset erityispiirteet.
Johdotus pienjännitteisiä tasavirta-akkujärjestelmiä varten
Asiakaskohde: Solar & Energy Storage
Tehdään tästä totta. Yleinen skenaario, jonka kanssa olemme tekemisissä, on 48V LiFePO4-akkupankin liittäminen 5000 watin invertteriin, joka on tarkoitettu käytettäväksi Kaupallinen energian varastointijärjestelmä (ESS). Oletetaan, että kaapelia on kuljettava 10 metriä yhteen suuntaan.
Ensimmäiseksi on löydettävä virta: Virta (I) = Teho (P) / Jännite (V). Tässä kokoonpanossa 5000W / 48V antaa sinulle noin 104 ampeeria.
Katso nyt ampeerikapasiteettitaulukkoa. 6 AWG:n johto kestää 80 A (ei riitä) ja 4 AWG:n johto kestää 128 A (näyttää hyvältä). Joten valitset 4 AWG:n, eikö niin? Ei niin nopeasti. Sinun on tarkistettava jännitehäviö. Kun 4 AWG:n kaapeli on 104A:n jännitteellä 10 metrin matkalla, jännitehäviö on noin 0,21V eli 0,44%. Se on erinomainen. Mutta entä jos kaapelin pituus olisi 25 jalkaa? Nyt pudotus on yli 1%, ja suorituskyky saattaa alkaa kärsiä. Jos olisit yrittänyt pärjätä 6 AWG:llä, pudotus olisi hirvittävä ja kaapeli kuumenisi vaarallisen kuumaksi. Tämä on kompromissi: paksumpi kaapeli, kuten 2/0 AWG, maksaa varmasti enemmän, mutta se on vakuutuksesi, jolla saat odotetun suorituskyvyn ja turvallisuuden.
Uimarannan merkitys
Akkukaapeleissa on käytettävä monisäikeinen johto, ei kiinteä ydin. Tarinan loppu. Kaksi suurta syytä ovat joustavuus ja kestävyys. Monisäikeinen johdin, erityisesti erittäin joustava K-luokan johdin, kestää jatkuvaa tärinää, jota esiintyy teollisuuden vaihteistoissa ja haarukkatrukeissa, meriparisto järjestelmät, kaikki mahdollinen - rikkoutumatta. Sen kanssa on myös paljon helpompi työskennellä ahtaissa paikoissa.
Vaihtoehtoinen standardi: Muunnos: Metrinen mm²-muunnos
Eurooppalaisten laitteiden kanssa tekemisissä? Näet todennäköisesti johtojen koot neliömillimetreinä (mm²). Täydellistä muunnosta ei ole olemassa, mutta tässä on muutamia vastaavia kokoja, jotka kannattaa pitää mielessä:
- 1/0 AWG ≈ 50 mm² (teknisesti 53,5)
- 2 AWG ≈ 35 mm² (teknisesti 33,6)
- 4 AWG ≈ 25 mm² (teknisesti 21.2)
- 6 AWG ≈ 16 mm² (teknisesti 13.3)
Turvallisuus etusijalla: Akkuasiantuntijan 3-vaiheinen mitoituslaskenta: Akkuasiantuntijan 3-vaiheinen mitoituslaskenta
Epäselvissä tapauksissa käytämme sisäisesti tätä kolmivaiheista prosessia.
Vaihe 1: Määritä jatkuva enimmäisvirta
Et voi mitoittaa huippukuormitusta varten. Jatkuvalle kuormitukselle (NEC:n mukaan tämä tarkoittaa kaikkea vähintään 3 tuntia kestävää kuormitusta) tarvitaan turvapuskuri. Sääntö 125% on ammattilaisstandardi. Vaadittu ampeeri = Max jatkuva ampeeri x 1,25
Käyttämällä 104A:n invertteriä: 104A x 1,25 = 130A. Tästä voidaan päätellä, että tarvitsemme vähintään 130A:lle mitoitetun johdon, mikä tarkoittaa, että 4 AWG:n johdin on heti poissa käytöstä ja meidän on käytettävä 2 AWG:tä tai suurempaa.
Vaihe 2: Laske jännitehäviön laskeminen
Kaikissa kriittisissä tasajännitejärjestelmissä jännitehäviö on pidettävä alle 3%. Käytä verkossa olevaa jännitehäviölaskuria. Syötät jännitteesi, vaiheesta 1 saadun ampeerimäärän ja johtojen välisen etäisyyden. Laskin antaa sinulle minimi AWG:n, joka vastaa tavoitettasi. Lopullinen valintasi on se, kumpi johto on paksumpi vaiheen 1 tai vaiheen 2 perusteella.
Vaihe 3: Tarkista ympäristöllinen derating
Aiotko johtaa useita kaapeleita yhdessä putkessa? Onko järjestelmä kuumassa ympäristössä, joka on jatkuvasti yli 30 °C (86 °F)? Molemmat näistä asioista merkitsevät suurempaa lämpöä, mikä vähentää johtimen todellista ampeerikapasiteettia. Näissä tapauksissa kaapelia on vähennettävä, mikä on vain hieno tapa sanoa, että kaapelia on lisättävä seuraavaksi paksumpaan kaapelimittaan, jotta se on turvallinen.
Päätelmä
Lopputulos: johdotukset pitävät järjestelmän kasassa. Osoitteessa pienjänniteakut, jännitehäviön mitoitus on yhtä kriittinen kuin ampeerikapasiteetin mitoitus.-Näin saat maksamasi suorituksen täysimääräisenä. Sulje järjestelmäsi aina oikein, sillä jokainen yksityiskohta on tärkeä.
Tämä järjestelmätason ajattelu on toimintamme ydin. Jos projektisi vaatii enemmän kuin valmiin akun, tiimimme on erikoistunut luomaan seuraavia ratkaisuja räätälöidyt akkuratkaisut. Suunnittelemme pakkauksia, jotka on räätälöity juuri sinun jännite-, virta- ja suorituskykytarpeidesi mukaan, ja varmistamme, että jokainen komponentti toimii täydellisessä sopusoinnussa. Ota yhteyttä suunnittelemaan virtaratkaisusi alusta alkaen.
FAQ
1. Mitä AWG-johtoa tarvitsen 200 ampeerin akkujärjestelmään?
200 ampeeria varten käytät 2/0 tai 3/0 AWG:tä. Oikea vastaus riippuu jännitteestä ja etäisyydestä. 200 A:n kuormitus 12 V:n järjestelmässä vain 10 metrin matkalla tarvitsisi massiivisen 4/0-kaapelin, jotta jännitehäviö pysyisi kohtuullisena. Mutta 48 V:n jännitteellä voisit todennäköisesti selvitä pienemmällä 2/0-kaapelilla samalla matkalla.
2. Voinko käyttää pienempää johtoa, jos etäisyys on hyvin lyhyt?
Voit, mutta sinun on oltava varovainen. Todella lyhyellä matkalla - puhutaan muutamasta tuumasta virtakiskosta sulakkeeseen - voit usein mitoittaa johdon pelkästään sen ampeerilukeman perusteella. Sinun on kuitenkin varmistettava, että jännitehäviö on komponenttien kannalta hyväksyttävä ja että noudatat NEC:n 125%-sääntöä jatkuville kuormille.
3. Mitä tapahtuu, jos akkukaapelini on liian pieni?
Ongelmia on kaksi. Ensinnäkin suorituskyky heikkenee. Jännitteen lasku heikentää laitteiden tehoa, jolloin ne eivät toimi kunnolla tai sammuvat. Se on valtava pullonkaula. Toinen ja paljon vakavampi ongelma on palovaara. Kaikki tuo vastus muuttuu lämmöksi. Alimitoitettu kaapeli voi kuumentua niin kuumaksi, että sen eristys sulaa, mikä voi aiheuttaa oikosulun. Näin tulipalot alkavat.
4. Mitä eroa on AWG- ja SAE-langoilla?
Ajoneuvoissa käytetään SAE (Society of Automotive Engineers) -johtoa. Tärkein ero on niiden mittaustapa. SAE-vaatimuksissa tarkastellaan vain itse kuparijohtimen pinta-alaa. AWG-standardi perustuu johdon kokonaishalkaisijaan. Tämä tarkoittaa sinulle sitä, että samalla mitoitusluvulla SAE-johto on yleensä hieman pienempi eikä se kestä yhtä paljon virtaa kuin AWG-vastineensa. Et missään nimessä halua sekoittaa niitä keskenään.