AWG Đơn vị đo tiết điện dây dẫn điện của Mỹ

AWG từ viết tắt của “American Wire Gauge”, đây là một đơn vị đo lường tiết diện tiêu chuẩn theo bậc logarit nghịch đảo của Mỹ dùng để xác định kích thước của dây dẫn điện. AWG cũng là một thuật ngữ quan trọng trong ngành điện và điện tử. Chỉ số này được in trên dây dẫn điện để hỗ trợ người sử dụng và các thợ điện trong việc tính toán, chọn lựa và kết nối dây dẫn sao cho phù hợp và hiệu quả.

Xem thêm cách tính tải dây cáp điện

Lịch sử hình thành đơn vị đo AWG

Vào giữa thế kỷ XIX, ngành công nghiệp điện bắt đầu phát triển mạnh. Nhu cầu về một hệ thống tiêu chuẩn để đo lường và xác định kích thước dây dẫn điện ngày càng cấp thiết. Trước khi chỉ số AWG được chấp nhận rộng rãi, đã có nhiều hệ thống đo lường khác nhau cùng được sử dụng, gây khó khăn cho việc tính toán và thống nhất cách xác định diện tích mặt cắt ngang của dây dẫn (Tiết diện).

Năm 1857, hệ thống AWG được phát triển bởi Joseph Rogers Brown và Lucian Sharpe từ Brown & Sharpe. Đây là một công ty cơ khí nổi tiếng tại Providence, thủ phủ của tiểu bang Rhode Island, Mỹ. Thông qua chỉ số AWG, Brown & Sharpe đã tiêu chuẩn hóa kích thước dây dẫn, giúp ngành công nghiệp điện và điện tử có cơ sở chung để thiết kế và sản xuất các loại dây dẫn điện.

Giải thích đơn vị AWG

• AWG là viết tắt của American Wire Gauge
• AWG có ý nghĩa trực quan là số lần kéo dây đồng đỏ qua khuôn máy cán để làm cho sợi dây nhỏ đi. Mỗi lần kéo qua một khuôn, đường kính dây sẽ giảm đi và số AWG sẽ tăng lên. Theo đó, ta có thể thấy rằng số AWG tỷ lệ nghịch với kích cỡ dây dẫn, AWG càng nhỏ thì đường kính dây càng lớn và ngược lại. Khi nản xuất, bắt đầu từ dây đầu tiên đường kính 0.3249 inch tròn (trước đó có 4 lần cán tiêu chuẩn) để tạo ra dây AWG 0, người ta bắt đầu cán nhỏ, cứ mỗi một lần cán thì đường kính bị thu nhỏ đi chỉ còn cỡ 89% đường kính của lần trước, mỗi một lần cán thì AWG tăng lên 1.

• AWG là thang đo logarit nghịch đảo tiết diện dây dẫn tròn, AWG càng nhỏ thì tiết diện dây dẫn càng lớn. Số khuôn kéo càng ít (chỉ số AWG càng nhỏ) tương đương với cỡ dây càng lớn. Để có chất lượng âm thanh tốt, các chuyên gia khuyến cáo nên dùng dây có cỡ AWG 16 trở xuống, tương đương với đường kính sợi 1.29mm trở lên.
• Cách hiểu trong hệ thống chỉ số AWG, hai số liên tiếp tăng dần tương ứng với đường kính dây dẫn giảm khoảng 26%, cứ chênh nhau 3 đơn vị AWG thì tiết diện sẽ giảm đi 1 nửa. Nghĩa là khả năng dẫn điện cũng giảm di một nửa. Ví dụ dây AWG 4 có khả năng dẫn điện 60 Ampe, thì dây AWG 7  có khả năng dẫn điện 30 Ampe. Ý nghĩa thực tế là, nếu ta lấy 2 dây AWG 7 để đấu chập lại, thì sẽ có dây AWG 7 (tăng thêm 3 đơn vi AWG khi gộp 2 dây)
• AWG chỉ đo ở phần tiết diện dẫn điện, có nghĩa là bảng tra chỉ đúng khi là dây đơn đặc, với dây bện sẽ cần tính đến cả khe không khí giữa các sợi bện. Do đó, khi tra đường kính dây từ AWG ra milimét chẳng hạn, phải hiểu đó là đường kính dây đơn.
• Hệ thống chỉ số AWG được sử dụng rộng rãi trong ngành điện để thiết kế và lắp đặt hệ thống dây dẫn điện từ quy mô nhỏ (các thiết bị điện tử) đến lớn (hệ thống truyền tải điện)
  • Dây dẫn 12 AWG thường được sử dụng cho dây cáp điện ứng dụng truyền tải điện năng trong các mạch điện gia dụng như ổ cắm và các thiết bị chiếu sáng.
  • Dây dẫn 24 AWG thường được sử dụng cho cáp mạng Ethernet, cáp tín hiệu. Trên thực tế, AWG cũng là tiêu chuẩn mặc định đo lường kích thước dây dẫn với các loại cáp tín hiệu, do đó nói đến cáp AWG thường được hiểu là cáp tín hiệu. Ví dụ, cáp 16AWG, cáp 18AWG, cáp 23AWG, cáp 24AWG,… (Hoặc còn gọi là cáp AWG 16, AWG 18, AWG 23, AWG 24)

Cách đo chỉ số AWG

Chỉ số AWG được xác định bằng số lần dây được kéo qua các khuôn để giảm nhỏ đường kính. Mỗi lần kéo qua một khuôn, đường kính dây sẽ giảm đi và số AWG sẽ tăng lên. Theo đó, ta có thể thấy rằng số AWG tỷ lệ nghịch với kích cỡ dây dẫn, AWG càng nhỏ thì đường kính dây càng lớn và ngược lại.

Ngoài ra còn có thể sử dụng thước đo chuyên dụng được dùng để đo AWG hoặc đo trực tiếp milimet bằng cách sử dụng thước dây, caliper…

Quy đổi AWG qua mm, mm², inches

Việc đổi AWG sang mm, mm² là điều cần thiết bởi đây là đơn vị đo theo chuẩn quốc tế (International System of Units – SI), việc cũng này sẽ giúp chúng ta dễ dàng theo dõi và tính toán hơn bởi đây là một đơn vị đo rất quen thuộc.

Công thức quy đổi AWG sang đơn vị đo đường kính hệ SI – mm (d_n)

d_n (mm) = 0.127 mm x 92^{(36 – n)/39}

Trong đó:

• d: đường kính dây dẫn (mm)
• n: chỉ số AWG
• 0.127: đường kính cơ sở, tương đương với đường kính của dây có chỉ số bé nhất (dây AWG 36)
• 92: hệ số mở rộng được sử dụng trong công thức để tính toán chính xác đường kính dựa trên chỉ số AWG

Công thức quy đổi AWG sang đơn vị đo tiết điện hệ SI – mm² (A_n)

A_n (mm²) = π/4 x d_n² = 0.012668 mm² x 92^{(36 – n)/19.5}

Trong đó:

• A: tiết diện dây dẫn (mm²)
• n: chỉ số AWG
• π/4 x d_n²: công thức tính diện tích mặt cắt của một vòng tròn
• d : đường kính dây dẫn (mm)
• 0.012667: hệ số chuyển đổi
• 92: Đây là hệ số mở rộng, được sử dụng trong công thức để tính toán chính xác đường kính dựa trên chỉ số AWG.

Một số quy cách AWG dùng trong dây tín hiệu thông dụng

Cáp tín hiệu thường sử dụng đơn vị đo tiêu chuẩn là AWG, do đó nói đến cáp AWG thường được hiểu là cáp tín hiệu. Ví dụ, cáp 16AWG / AWG 16, cáp 18AWG / AWG 18, cáp 23AWG / AWG 23, cáp 24AWG / AWG 24,…

AWG – Đường kính (mm) ≈ Tiết diện (mm²) ≈ Tổng trở (Ohm/1Km)

• • AWG 15 ≈ 1.45 mm ≈ 1.65 mm² ≈ 10.45 Ohm/km
  • AWG 16 ≈ 1.291 mm ≈ 1.31 mm² ≈ 13.18 Ohm/km
  • AWG 17 ≈ 1.15 mm ≈ 1.04 mm² ≈ 16.614 Ohm/km
  • AWG 18 ≈ 1.02362 mm ≈ 0.823 mm² ≈ 20.948 Ohm/km
  • AWG 19 ≈ 0.9116 mm ≈ 0.653 mm² ≈ 26.414 Ohm/km
  • AWG 20 ≈ 0.8128 mm ≈ 0.518 mm² ≈ 33.301 Ohm/km
  • AWG 21 ≈ 0.7229 mm ≈ 0.41 mm² ≈ 41.995 Ohm/km
  • AWG 22 ≈ 0.6438 mm ≈ 0.326 mm² ≈ 52.953 Ohm/km
  • AWG 23 ≈ 0.5733 mm ≈ 0.258 mm² ≈ 66.798 Ohm/km
  • AWG 24 ≈ 0.51054 mm ≈ 0.2047 mm² ≈ 84.1976 Ohm/km

Cáp AWG sử dụng trong hệ thống truyền tín hiệu phổ thông như: Cáp mạng dữ liệu LAN / cáp truyền số liệu, cáp cho hệ thống âm thanh, cáp báo cháy, cáp điều khiển. Cáp Cáp AWG có dạng chống nhiễu hoặc không chống nhiễu, cấu trúc lõi thẳng hoặc xoắn (Pair – cặp lõi dây. VD: 2P = 2 cặp – 4 lõi dây, 4P = 4 cặp – 8 lõi dây)

Trong hệ thống truyền tín hiệu âm thanh, để có chất lượng âm thanh tốt, chúng ta nên dùng dây kích thước AWG 16 trở xuống, tương đương lõi có tiết diện 1.3087mm² trở lên. Lựa chọn dây tín hiệu AWG sử dụng truyền tín hiệu phụ thuộc chủ yếu vào 3 hệ số sau: Trở kháng (Ω – Ohm), chiều dài dây dẫn, suy hao điện năng trên dây dẫn (dB – Decibel). Các yếu tố này đều có mối quan hệ giữa điện áp (V -Volt), trở kháng (Ω – Ohm), dòng điện (A – Ampe) và công suất (W – watt) được xác định theo định luật Ohm (Cường độ dòng điện đi qua 2 điểm của một vật dẫn điện luôn có tỷ lệ thuận với hiệu điện thế đi qua 2 điểm đó, và cường độ dòng điện tỷ lệ nghịch với điện trở của dây dẫn. I = U/R (Trong đó: I là cường độ dòng điện đi qua vật dẫn (A), U là điện áp trên vật dẫn (V), R là điện trở (Ω), Hiệu điện thế của dây dẫn là sự chênh lệch về điện thế giữa hai cực của 1 nguồn, Điện trở dây dẫn (R) chỉ đặc trưng tính chất cản trở dòng điện. Lưu ý: trong định luật Ohm, điện trở R không phụ thuộc vào cường độ dòng điện và R luôn luôn là hằng số))

Tuy nhiên, tại Việt Nam, theo kinh nghiệm của các kĩ sư thiết kế hệ thống âm thanh, dòng cáp âm thanh sử dụng phổ biến trong dân dụng là cáp AWG 18 đến AWG 22, với hệ thống loa sân khấu lớn dùng trong hội trường hoặc ngoài trời thường dùng cáp AWG 12 đến cáp AWG 16 để đảm bảo công suất cũng như chất lượng âm thanh

• Cáp 24AWG

Cáp mạng Cat5e có tiết diện lõi tiêu chuẩn Mỹ là 24AWG có tần số hoạt động là 100MHz, là loại cáp mạng được sử dụng phổ biến hiện nay, nó được nâng cấp vào năm 2001 để thay thế loại cáp mạng AMP khác nhưng vẫn không thay đổi về cấu tạo, thể chất bên trong cáp nhưng nó vẫn là cáp loại 5 theo tiêu chuẩn IEEE. Cáp Cat5 được hình thành bởi 4 cặp dây xoắn (4 pair) với nhau có tác dụng giảm độ nhiễu và bức xạ khi nằm cạnh những thiết bị điện tử khác và được bao bọc bởi lớp vỏ nhựa PVC.

• • Lõi kim loại: Được làm bằng đồng, bằng hợp kim lõi đặc có kích thước lõi tiêu chuẩn là 24AWG có đường kính 0.511mm hoặc thông dụng hơn dao động trong khoảng 0.4 – 0.5mm.
  • Lớp nhựa: Bao bọc lõi đồng bên trong
  • Lớp vỏ bọc: Thường làm bằng vỏ nhựa PVC
  • Tốc độ truyền dữ liệu: 100BASE-TX (fast Ethernet).
• Cáp 23AWG

Cáp mạng Cat6 có tiết diện lõi tiêu chuẩn Mỹ là 23AWG có tần số hoạt động là 250MHz, được sản xuất từ năm 2002 và cho tới thời điểm hiện tại có rất nhiều loại khác nhau. So với sản phẩm đi trước Cat5 thì Cat6 là loại cáp mạng cao cấp hơn có tần số truyền cao hơn loại bỏ nhiễu xuyên âm xa lạ (AXT) cho tầm bắn xa hơn tại 10 Gb/s.

Cấu tạo của cáp truyền dữ liệu Cat6: Toàn bộ cáp gồm bốn đôi dây đồng (4P – 4 pair) và mỗi đôi dây được xoắn với nhau cô lập hoàn toàn có tác dụng giảm nhiễu chéo, cho phép truyền dữ liệu xa hơn. Lõi được đặt ở phần trung tâm có hình chữ thập theo dọc chiều dài dây được phân chia 4 cặp dây và chống nhiễu chéo, giúp cố định dây, giúp dây chịu được sức căng tốt hơn.

Cáp mang LAN Cat 6 có băng thông 250 MHz hỗ trợ ứng dụng 10 Gigabit Ethernet, Cat6 được thiết kế dùng cho ứng dụng Gigabit Ethernet. Kích thước của Cat6 là 23 AWG với tần số hoạt động 250 MHz. Hoạt động chủ yếu chống nhiễu chéo tốt với khoảng cách làm việc từ 70-90m, có thể chạy xa 150m với cáp UTP (UTP – Unshielded Twisted Pair là một loại dây cáp mạng không chống nhiễu, được tạo thành bởi hai sợi dây dẫn xoắn chặt vào nhau để tạo thành các cặp xoắn đôi. Đặc điểm nổi bật của cáp UTP là không có vỏ bọc bên ngoài chống nhiễu, giúp tăng tính linh hoạt và giảm chi phí. Tuy nhiên, điều này cũng đồng nghĩa với việc cáp UTP có thể dễ dàng bị nhiễu sóng và không đảm bảo độ ổn định của tín hiệu truyền. Cáp STP- Shielded Twisted Pair là loại cáp xoắn đôi thường được sử dụng để bảo vệ, ngăn chặn tình trạng nhiễu điện từ và được che chắn bởi vỏ chống nhiễu được gọi là cáp xoắn được bảo vệ)

• Cáp 18 AWG

Theo bảng chỉ số AWG, dây AWG 18 có đường kính khoảng 1.02 mm (hoặc 0.0403 inch). Đây là kích thước đường kính của dây đồng (số liệu này có thể có sự khác biệt tuỳ thuộc vào nhà sản xuất). Dây AWG 18 thường được ứng dụng trong các thiết bị nhỏ như điện tử, mạch điện và các thiết bị điện gia dụng. Nguyên nhân là vì dòng dây này có đường kính nhỏ hơn so với các loại dây khác, phù hợp với những không gian lắp đặt tương đối hẹp. Bên cạnh đó, dây awg 18 còn có khả năng chịu được cường độ dòng điện lớn và có khả năng cách điện tốt, tránh tình trạng gây nhiễu khi truyền tải tín hiệu.

• Cáp 16 AWG

Theo bảng chỉ số awg, dây điện awg 16 có đường kính khoảng 1.29 mm (hoặc 0.0508 inch). Cáp 16AWG có thể được thiết kế với các cấu trúc lõi khác nhau, đa dạng về số lõi và sản xuất theo các tiêu chuẩn riêng biệt như cáp chống cháy, cáp chậm cháy hoặc cáp điều khiển tín hiệu âm thanh thông thường.

Kích thước và khả năng chịu tải của dây cáp điện thông dụng

Bảng quy đổi kích thước AWG qua mm, mm², inches, Ω, Ampe

Ứng dụng thực tế của chỉ số AWG