حاسبة سمك الأسلاك الكهربائية - أداة حجم AWG

حاسبة مقاس الأسلاك الكهربائية

توصي حاسبة مقاس الأسلاك الكهربائية بمقاس سلك آمن، يُقاس بنظام AWG (المقياس الأمريكي للأسلاك)، لدائرة كهربائية منزلية. وهي تعتمد على ثلاثة مدخلات: الحمل بالأمبير أو الواط، وطول السلك في اتجاه واحد بالقدم، وجهد النظام. ومن هذه المدخلات تختار أصغر سلك يستطيع حمل التيار دون أن يسخن زيادة عن الحد ودون فقدان قدر كبير من الجهد على امتداده.

قد يسخن السلك الأرق من اللازم لحمله، ويذيب عازله، وقد يشعل حريقًا. وقد يسبب السلك الأرق من اللازم لمسافة طويلة هبوطًا كبيرًا في الجهد، فتخفت المصابيح وتسخن المحركات. وتفحص هذه الأداة المشكلتين معًا وتعيد أصغر مقاس يجتاز الاختبارين.

كيفية استخدام حاسبة مقاس الأسلاك

1. اختر نوع المشروع (اختياري). تملأ الإعدادات المسبقة لمضخة بركة الحديقة أو أسلاك المستودع أو دائرة المنزل الصغير جدًا أو الورشة القيم المعتادة.
2. أدخل الحمل. اكتب الأمبير مباشرةً، أو انتقل إلى الواط ودع الحاسبة تقسم على الجهد لإيجاد الأمبير.
3. أدخل المسافة في اتجاه واحد من لوحة القواطع إلى الجهاز، بالقدم. وتضاعف الحاسبة هذه المسافة داخليًا لاحتساب الموصل الذاهب والعائد.
4. اختر 120 V أو 240 V، وهما الجهدان السكنيان القياسيان.
5. فعّل خيار "الحمل المستمر" إذا كانت الدائرة ستعمل 3 ساعات أو أكثر دون توقف، مثل شاحن السيارات الكهربائية أو المدفأة. وتشترط قاعدة NEC رقم 210.19(A)(1) أن يكون السلك مصنّفًا لتحمّل 125% من هذا النوع من الأحمال.
6. اقرأ النتيجة. تعرض المقاس الموصى به، والتيار المقنَّن لذلك المقاس، ونسبة هبوط الجهد، وتصنيف السلامة: آمن أو تحذير أو غير آمن.

كيفية حساب مقاس السلك

تجري الحاسبة فحصين لكل مقاس، بدءًا من 14 AWG وصعودًا إلى أسلاك أسمك حتى ينجح الفحصان معًا.

1. تحويل الواط إلى أمبير

إذا أُعطي الحمل بالواط، فيُحوَّل أولًا إلى أمبير:

$I = \frac{P}{V}$

حيث I هو التيار بالأمبير، وP القدرة بالواط، وV جهد النظام. فمضخة قدرتها 200 واط على دائرة 120 V تسحب 200 ÷ 120 = 1.67 أمبير.

2. إضافة هامش الحمل المستمر

في حالة الحمل المستمر، يُضرب التيار المطلوب في 1.25 قبل فحص السعة التيارية (أما فحص هبوط الجهد فيستخدم التيار الفعلي):

$I_{required} = I \times 1.25$

3. فحص السعة التيارية

السعة التيارية هي أقصى تيار يستطيع المقاس حمله. وتستخدم الحاسبة التصنيفات التالية، وهي من الجدول 310.16 في NEC، عمود 60 °م، للنحاس غير المطلي. وهذا هو العمود المنطبق على كابل NM-B ("Romex") وكابل UF، وهما النوعان المستخدمان في الإعدادات المسبقة للحاسبة، مع أن الموصلات المنفردة داخل هذا الكابل مصنّفة لدرجة 90 °م. ويمكن لكابل أسمك داخل أنبوب معدني ذي أطراف توصيل مصنّفة لدرجة 75 °م أن يحمل قانونيًا تيارًا أكبر في بعض هذه المقاسات، لكن هذه الحاسبة لا تفترض هذا الإعداد.

يجتاز المقاس هذه الخطوة إذا كان تياره المقنَّن مساويًا للتيار المطلوب من الخطوة 2 أو أعلى منه.

4. فحص هبوط الجهد

قد يفقد حتى المقاس ذو السعة التيارية الكافية قدرًا كبيرًا من الجهد على مسافة طويلة. وتستخدم الحاسبة قيم المقاومة الواردة أعلاه، وهي للنحاس عند 75 °م. وفي المقاسات من 14 إلى 8 AWG تطابق جدول NIST للأسلاك النحاسية عند 75 °م، مثل 3.07 Ω لكل 1000 قدم (300 متر) للمقاس 14 AWG. أما قيم المقاسات من 6 إلى 2 AWG فهي أعلى بنحو 2% من أرقام NIST للأسلاك المصمتة، كما هو متوقع في الأسلاك المجدولة.

$V_{drop} = \frac{2 \times R \times I \times L}{1000}$

$V_{drop\%} = \frac{V_{drop}}{V_{source}} \times 100$

هنا R هي مقاومة السلك بالأوم لكل 1000 قدم (300 متر)، وI هو التيار الفعلي بالأمبير (لا القيمة المعدَّلة للحمل المستمر)، وL هي المسافة في اتجاه واحد بالقدم، ويمثل الرقم 2 مرور التيار ذهابًا في موصل وعودة في الآخر.

تصنّف الحاسبة النتيجة كما يلي:

• آمن: هبوط الجهد أقل من 3%
• تحذير: هبوط الجهد من 3% إلى 5%
• مرفوض: هبوط الجهد أكثر من 5%؛ وتجرّب الحاسبة المقاس الأسمك التالي بدلًا منه

إذا لم يستوفِ أي مقاس حتى 2 AWG الفحصين معًا، تعيد الحاسبة "2 AWG أو أكبر" مع تصنيف غير آمن، وتوصي بالاستعانة بكهربائي مرخّص.

مثال محلول

لنفترض حملًا قدره 15 أمبيرًا على مسافة 100 قدم في اتجاه واحد عند 120 V، وهو حمل غير مستمر (الإعداد المسبق لأسلاك المستودع في الحاسبة).

جرّب 14 AWG. سعته التيارية 15 A، وهي تفي بحمل 15 A بالكاد. وهبوط الجهد فيه هو:

$V_{drop} = \frac{2 \times 3.07 \times 15 \times 100}{1000} = 9.21\text{ V}$

$V_{drop\%} = \frac{9.21}{120} \times 100 = 7.68\%$

وهذا أعلى من حد 5%، ولذلك يُرفض 14 AWG مع أنه اجتاز فحص السعة التيارية.

جرّب 12 AWG. سعته التيارية 20 A، وهي تغطي حمل 15 A. وهبوط الجهد فيه هو:

$V_{drop} = \frac{2 \times 1.93 \times 15 \times 100}{1000} = 5.79\text{ V}$

$V_{drop\%} = \frac{5.79}{120} \times 100 = 4.83\%$

وهذا أقل من حد 5%، ولذلك يُقبل 12 AWG. ولأن 4.83% أعلى من 3%، يُصنَّف الناتج "تحذيرًا" لا "آمنًا". وتوصي الحاسبة بسلك 12 AWG مع علامة تحذير في هذه المسافة.

أنواع المشاريع الشائعة

• مضخة بركة الحديقة: تبلغ قدرتها عادةً بضع مئات من الواطات، وتبعد غالبًا 50–200 قدم عن المنزل، على دائرة خارجية 120 V محمية بقاطع GFCI.
• أسلاك المستودع: دوائر بتيار 15–20 أمبير، وتبعد عادةً 50–150 قدم عن اللوحة الرئيسية.
• دوائر المنزل الصغير جدًا: مزيج من دوائر 120 V و240 V على مسافات داخلية قصيرة.
• أدوات الورشة الكهربائية: دوائر بتيار 20 أمبير أو أكثر، وغالبًا 240 V للمعدات الثقيلة، على مسافات تبلغ 20–100 قدم.

ملاحظات السلامة

ينبغي أن يتولى كهربائي مرخّص أعمال لوحة الخدمة وأي عمل يتطلب تصريحًا وأي تركيب لا يثق المستخدم بقدرته على تنفيذه بأمان. ويجب أن يطابق مقاس السلك دائمًا تصنيف قاطع الدائرة، ويجب مراجعة الكود الكهربائي المحلي قبل بدء أي مشروع. وهذه الحاسبة أداة تخطيط، وليست بديلًا عن مراجعة الامتثال للكود.

الأسئلة الشائعة

ما مقاس السلك الذي أحتاجه لتيار 20 أمبيرًا؟

سلك النحاس 12 AWG هو الحد الأدنى لدائرة تيارها 20 أمبيرًا؛ فسعته التيارية تساوي 20 A تمامًا. وعلى مسافة عند 120 V يظل هبوط الجهد أقل من 3% (آمن) حتى نحو 47 قدمًا وأقل من 5% حتى نحو 78 قدمًا (23.8 متر). وبعد نحو 78 قدمًا (23.8 متر) تحوّل هذه الحاسبة توصيتها إلى 10 AWG.

ما أقصى مسافة أمدّ بها سلك 12 AWG عند 20 أمبيرًا؟

عند 20 أمبيرًا و120 V، يبقى 12 AWG ضمن نطاق هبوط الجهد "الآمن" (أقل من 3%) لمسافة نحو 47 قدمًا (14.3 متر). وبين نحو 47 و78 قدمًا (23.8 متر) يظل صالحًا للاستخدام لكنه يُصنَّف "تحذيرًا" (هبوط 3–5%). وبعد نحو 78 قدمًا (23.8 متر) يتجاوز الهبوط 5%، وتوصي الحاسبة بـ10 AWG بدلًا منه.

ماذا يعني AWG؟

يرمز AWG إلى المقياس الأمريكي للأسلاك (American Wire Gauge)، وهو النظام القياسي لقطر الأسلاك المستخدم في أمريكا الشمالية. والرقم الأصغر في AWG يعني سلكًا أسمك: فالسلك 10 AWG أسمك من 14 AWG ويستطيع حمل تيار أكبر.

ما الفرق بين سلك 12 AWG وسلك 14 AWG؟

12 AWG أسمك ومصنّف لتيار يصل إلى 20 أمبيرًا. أما 14 AWG فهو أرق ومصنّف لتيار يصل إلى 15 أمبيرًا. ويُعد 12 AWG قياسيًا لدوائر مخارج المطبخ والحمام وغيرها من دوائر 20 أمبيرًا؛ ويُعد 14 AWG قياسيًا لدوائر الإضاءة والمخارج بتيار 15 أمبيرًا.

ماذا يحدث إذا استخدمت سلكًا أرق من اللازم للحمل؟

قد يسخن السلك الصغير المقاس أكثر من اللازم، ويذيب عازله، ويشكّل خطر حريق. وقد يسبب أيضًا هبوطًا مفرطًا في الجهد، فتخفت المصابيح وقد تتلف المحركات، وقد يفصل القاطع مرارًا. كما أنه لا يجتاز الفحص وفق معظم الأكواد الكهربائية.

هل يصلح سلك 10 AWG لتيار 30 أمبيرًا؟

نعم. سلك النحاس 10 AWG مصنّف لتيار 30 أمبيرًا في عمود 60 °م المستخدم لكابلي NM-B وUF، وهو المقاس القياسي لكثير من دوائر 30 أمبيرًا، مثل سخانات المياه الكهربائية ومكيفات النوافذ. ولا يزال يجب أن يطابق القاطع مقاس السلك، وينبغي فحص هبوط الجهد في المسافات الطويلة.

حول هذه الأرقام

تستخدم هذه الحاسبة عمود السعة التيارية من الجدول 310.16 في NEC عند 60 °م، وقيم المقاومة الواردة في الفصل 9 من NEC، الجدول 8، للموصلات النحاسية غير المطلية، مع حد تحذير قدره 3% وحد رفض قدره 5% لهبوط الجهد في الدوائر الفرعية. وقد يختلف الكود المحلي عن الكود الكهربائي الوطني (NEC)، ولا يستطيع تأكيد ما يتطلبه تركيب بعينه إلا كهربائي مرخّص أو مفتش محلي.

المراجع

1. National Bureau of Standards (now NIST). Copper Wire Tables, Handbook 100. NBS Handbook 100 — الجدول 6، مقاومة السلك النحاسي الملدَّن بالأوم لكل 1,000 قدم عند 75 °م (14 AWG 3.07، 12 AWG 1.93، 10 AWG 1.215، 8 AWG 0.7639)؛ والموصلات المجدولة أعلى من المصمتة بنسبة 2 إلى 5 بالمئة.