O que significa AWG? Tabela de diâmetros e AMP para sistemas de baterias. Especificou um sistema de baterias topo de gama, mas o desempenho está a ficar aquém e o inversor está sempre a disparar. O que é que se passa? Nove em cada dez vezes, o culpado é o componente mais negligenciado: o próprio cabo da bateria.
Utilizar o tamanho errado do fio é uma receita para o desastre. Não está apenas a perder eficiência devido à queda de tensão; está a criar um sério risco de incêndio devido ao sobreaquecimento. Já vimos projectos de vários milhões de dólares quase descarrilarem devido a cobre barato e de tamanho inferior. Este guia irá desmistificar a bitola de fio americana (AWG), fornecendo os métodos essenciais para dimensionar os seus cabos para um desempenho e segurança máximos.
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O que é que AWG significa?
Na sua essência, AWG significa "American Wire Gauge. É o sistema padrão que todos na América do Norte utilizam para medir o diâmetro de um fio sólido, redondo e condutor de eletricidade.
A primeira coisa que tem de recordar é a sua relação inversa, o que parece um pouco retrógrado no início: quanto mais pequeno for o número AWG, mais grosso é o fio.
Pense nisso como uma pontuação de golfe - um número mais baixo é melhor. Isto explica porque é que um fio 4 AWG é muito mais fino do que um cabo 4/0 (pronuncia-se "four-aught") AWG maciço utilizado para ligar grandes bancos de baterias. O primeiro e mais importante passo é perceber esta regra contra-intuitiva.
Esta norma não surgiu do nada, como é óbvio. Teve origem na empresa Brown & Sharpe, no século XIX. Atualmente, é normalizada pela ASTM (American Society for Testing and Materials), razão pela qual um engenheiro no Texas pode especificar um cabo 2 AWG e saber que corresponderá às especificações de um componente construído na Alemanha.
Diâmetro AWG e Ampacidade (AMP) Domínio da tabela
Muito bem, vamos passar para o lado prático das coisas. A compreensão destes gráficos é o que separa uma boa instalação de uma óptima.
Tabela de conversão de AWG para diâmetro
Em primeiro lugar, ajuda a visualizar o quão diferentes são estes medidores. Aqui está uma referência rápida para os tamanhos mais comuns dos sistemas de bateria.
| Tamanho AWG | Diâmetro (polegadas) | Diâmetro (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 |
O conceito crítico: Ampacidade vs. Queda de Tensão
É aqui que vemos muita confusão, mesmo entre profissionais experientes. O dimensionamento correto de um fio é realmente um ato de equilíbrio entre dois factores-chave: Ampacidade e Queda de tensão.
Ampacidade é o número de segurança. Pense nele como a corrente máxima absoluta que um fio pode suportar antes que o isolamento comece a derreter e se torne um risco de incêndio. O Código Elétrico Nacional (NEC) define estas classificações e elas não são negociáveis.
Queda de tensãoNo entanto, o que importa é o desempenho. Cada metro de fio tem resistência. À medida que a corrente passa por ele, perde-se um pouco de tensão. Num sistema de 230V AC, quem se importa com a perda de um ou dois volts? Mas num sistema de baterias de 48V DC, essa mesma queda de 2 volts é um enorme 4% da sua potência - desaparece antes de chegar à carga. Isso é um grande problema.
Na nossa experiência, a queda de tensão é quase sempre o fator que dita o tamanho do fio em sistemas de baixa tensão DC. O seu inversor, o seu controlador de motor, todo esse equipamento dispendioso tem uma tensão mínima que precisa de ver. Se a tensão descer demasiado porque os cabos são demasiado longos ou demasiado finos, o equipamento terá um desempenho inferior ou desligar-se-á.
Gráfico de referência rápida de ampacidade AWG
Este gráfico dá-lhe as classificações de segurança de que acabámos de falar. Mas lembre-se, este é o máximo em termos de segurança, não o ótimo em termos de eficiência.
| Tamanho AWG | Secção transversal (mm²) | Ampacidade (Amperes)* |
|---|
| 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 |
Com base num fio de cobre com uma classificação de 90°C ao ar livre, de acordo com a Tabela 310.16 do NEC. Este é um ponto de referência comum, mas deve sempre verificar os códigos locais e as especificidades da aplicação.
Cablagem para sistemas de bateria CC de baixa tensão
Cliente em destaque: Energia solar e armazenamento de energia
Vamos tornar isto real. Um cenário comum com o qual lidamos é a ligação de um banco de baterias LiFePO4 de 48V a um inversor de 5.000 watts para um Sistema comercial de armazenamento de energia (ESS). Digamos que a extensão do cabo é de 3 metros num só sentido.
A primeira coisa a fazer é encontrar a corrente: Corrente (I) = Potência (P) / Tensão (V). Para esta configuração, 5000W / 48V dá-lhe cerca de 104 amperes.
Agora, olha-se para a tabela de ampacidade. Um fio 6 AWG suporta 80A (não é suficiente) e 4 AWG suporta 128A (parece bom). Então escolhe-se 4 AWG, certo? Não tão depressa. Tem de verificar a queda de tensão. Ao longo de 10 pés, um cabo 4 AWG com 104A dá-lhe uma queda de tensão de cerca de 0,21V, ou 0,44%. Isso é excelente. Mas e se a extensão do cabo fosse de 25 pés? Agora a queda é superior a 1% e o desempenho pode começar a ser afetado. Se você tivesse tentado sobreviver com 6 AWG, a queda seria terrível e o cabo ficaria perigosamente quente. Esta é a contrapartida: um cabo mais grosso, como o 2/0 AWG, custa mais no início, é certo, mas é a sua apólice de seguro para obter o desempenho e a segurança que espera.
A importância do encalhe
Para os cabos da bateria, deve utilizar fio entrançadonão é um núcleo sólido. Fim da história. As duas grandes razões são a flexibilidade e a durabilidade. O fio entrançado, especialmente o tipo altamente flexível da Classe K, pode suportar a vibração constante que se vê nos empilhadores industriais, bateria marítima sistemas, etc. - sem se partir. É também muito mais fácil de trabalhar em locais apertados.
Norma alternativa: A conversão métrica de mm²
Trabalha com equipamento europeu? Provavelmente, verá as dimensões dos fios em milímetros quadrados (mm²). Não existe uma conversão perfeita, mas aqui estão alguns equivalentes próximos a ter em conta:
- 1/0 AWG ≈ 50 mm² (tecnicamente 53,5)
- 2 AWG ≈ 35 mm² (tecnicamente 33,6)
- 4 AWG ≈ 25 mm² (tecnicamente 21,2)
- 6 AWG ≈ 16 mm² (tecnicamente 13,3)
Segurança em primeiro lugar: O cálculo de dimensionamento em 3 etapas do especialista em baterias
Em caso de dúvida, este é o processo de três passos que utilizamos internamente.
Passo 1: Determinar a corrente contínua máxima
Não se pode dimensionar para o pico de carga. Para qualquer carga contínua (o NEC chama-lhe qualquer coisa que funcione durante 3 horas ou mais), é necessário um amortecedor de segurança. A regra 125% é a norma profissional. Ampacidade necessária = Amperes contínuos máximos x 1,25
Usando o nosso inversor de 104A: 104A x 1,25 = 130A. A conclusão aqui é que precisamos de um fio classificado para pelo menos 130A, o que imediatamente coloca 4 AWG fora e nos empurra para 2 AWG ou maior.
Passo 2: Calcular a queda de tensão
Para qualquer sistema DC crítico, é necessário manter a queda de tensão em 3%. Utilize uma calculadora de queda de tensão online. Introduza a sua tensão, a amperagem do Passo 1 e a distância de ida e volta do fio. A calculadora indicará o AWG mínimo para atingir o seu objetivo. A sua escolha final é o fio mais grosso do Passo 1 ou do Passo 2.
Passo 3: Verificar se há desativação ambiental
Está a passar uma série de cabos juntos numa única conduta? O sistema está num ambiente quente, consistentemente acima de 30°C (86°F)? Ambas as situações significam mais calor, o que reduz a ampacidade de um cabo no mundo real. Nesses casos, é necessário "desclassificar" o cabo - o que é apenas uma forma elegante de dizer que é necessário passar para a bitola mais grossa seguinte para ser seguro.
Conclusão
Em suma: a cablagem mantém o sistema unido. Para pilhas de baixa tensão, o dimensionamento da queda de tensão é tão crítico como o dimensionamento da ampacidade-É assim que obtém o desempenho total pelo qual pagou. Fundir sempre corretamente o seu sistema, pois todos os pormenores são importantes.
Este pensamento a nível de sistema está no centro do que fazemos. Se o seu projeto exige mais do que uma bateria pronta a usar, a nossa equipa é especializada na criação de soluções personalizadas para baterias. Concebemos pacotes adaptados às suas necessidades exactas de tensão, corrente e desempenho, assegurando que todos os componentes funcionam em perfeita harmonia. Contactar-nos para conceber a sua solução de energia, desde o início.
FAQ
1. De que fio AWG necessito para um sistema de bateria de 200 amperes?
Para 200 amperes, está a começar com 2/0 ou 3/0 AWG. A resposta correta depende realmente da tensão e da distância. Uma carga de 200 A num sistema de 12 V ao longo de apenas 3 metros necessitaria de um cabo 4/0 de grandes dimensões para manter a queda de tensão razoável. Mas a 48V, é provável que se consiga safar com um cabo 2/0 mais pequeno para esse mesmo percurso.
2. Posso utilizar um fio mais pequeno se a distância for muito curta?
Pode, mas tem de ter cuidado. Para um percurso realmente curto - estamos a falar de alguns centímetros de um barramento até um fusível - pode muitas vezes dimensionar o fio com base apenas na sua classificação de ampacidade. Mas ainda tem de confirmar que a queda de tensão é aceitável para os seus componentes e que está a seguir a regra 125% do NEC para cargas contínuas.
3. O que acontece se o meu cabo da bateria for demasiado pequeno?
Há dois problemas principais. Primeiro, o desempenho morre. A queda de tensão vai privar o seu equipamento de energia, fazendo com que ele tenha um desempenho inferior ou simplesmente se desligue. É um enorme estrangulamento. O segundo, e muito mais grave, é o risco de incêndio. Toda essa resistência se transforma em calor. Um cabo subdimensionado pode aquecer o suficiente para derreter o seu isolamento, o que pode causar um curto-circuito. É assim que os incêndios começam.
4. Qual é a diferença entre fio AWG e SAE?
Verá fios SAE (Society of Automotive Engineers) nos veículos. A principal diferença é a forma como são medidos. As especificações SAE apenas consideram a área do próprio condutor de cobre. A norma AWG baseia-se no diâmetro total do fio. O que isto significa para si é que, para o mesmo número de calibre, um fio SAE é normalmente um pouco mais pequeno e não consegue suportar tanta corrente como o seu equivalente AWG. Não deve de forma alguma misturá-los.