概要
電気設計で用いる電線には、太さを表す単位がある。
日本ではSQという単位を用いており、アメリカではAWGという単位が用いられている。
ここでは、AWGとSQの一覧やAWGとSQの違い等、電線の単位に関することを記載する。
電線の導体部分の太さ・AWG・SQの一覧表
まず、最初にAWGとSQの一覧表を下に示す。(後ほどAWGとSQについて詳しく記載する)
例えば、下表の24行目の箇所にある20AWGは、電線の導体部分の太さが0.0320[inch](=0.8118[mm])であり、断面積が0.5176[mm2](≒0.5[SQ])ということを示している。
AWGの導体の太さの単位
AWGとは、アメリカで用いられる電線部分の導体の太さの単位である。(ゲージとも呼ばれる)
American Wire Gauge(米国標準ワイヤゲージ)の頭文字を取って、AWGと呼ばれている。
AWGは電線の導体部分の直径を特定の割合で刻んで、番号を付けている。(例えば、24AWG等)
電線の導体部分の直径とAWGの番号の関係は、導体部分の直径が0.4600[inch](=11.68[mm])のものを4/0AWG(0000AWG)、導体部分の直径が0.0050[inch](=0.1270[mm])のものを36AWGとし、その間を等比数列的に分割している。
等比数列の倍率は、各番号間は約1.12倍となっている。
また、AWGは数字が小さいほど電線の導体部分が太くなる。20AWGは0.0320[inch](=0.8118[mm])であり、1AWGは0.2893[inch](=7.343[mm])となる。
1AWGより太い電線については、0の個数で番号を示している。
例えば、3/0AWG(000AWG)は0.4096[inch](=10.40[mm])、4/0AWG(0000AWG)は0.4600[inch](=11.68[mm])となる。
なお、AWGはUL規格(Underwriters Laboratories Inc.)として認定されている。
※補足
数字が小さいほど電線の導体部分が太くなる理由は、導体部分(銅線)の製造工程では穴から銅線を引き出して細くしていくこの工程は、ステップ数を表しており、
AWGの番号が大きいほど、このステップを多く繰り返しているので、銅線が細くなる。
SQの導体の太さの単位
SQとは、日本で用いられる電線部分の導体の太さの単位である。
SQは、電線の断面積(mm2)の単位を意味している。
一般的に、0.2[SQ]と0.5[SQ]の2種類が定番となっている。
AWGとSQの関係において、例えば、24AWGは導体部分の直径が0.201[inch](=0.5106[mm])となるので、断面積は0.205[mm2](≒0.2SQ)となるため、24AWGは0.2[SQ]に対応している。
また、20AWGは、導体部分の直径が0.320[inch](=0.8118[mm])となるので、断面積は0.5174[mm2](≒0.5SQ)となるため、20AWGは0.5[SQ]に対応している。
SQは、断面積を表すので数字が大きいほど太くなり、太くなるほど流せる電流の量が大きくなる。
AWGからinch / mmの変換方法
AWGをinchやmmに変換するには、以下の式を使用する。
例えば、20AWGをinchやmmに変換する場合は、上式のAWGに20を代入すると求めることができ、約0.320[inch]となる。
なお、AWGをinchに変換するときの式の乗数が0.005で、mmに変換するときの式の乗数が0.127になっているのは、1[inch]が25.4[mm]だからである。(0.05[inch]に25.4を乗算すると0.127[mm]となる)
2/0(00)、3/0(000)、4/0(0000)を変換する場合は、2/0では"-1"、3/0では"-2"、4/0では"-3"を代入することで変換できる。
![{\displaystyle inch=0.005\times 92^{\frac {36-20}{39}}=0.3196[inch]}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/521500a0d84dcdb0f7dcd6ef41f61d700edd2ecf)
電線の太さと抵抗の関係式
次に、電線の導体抵抗を求める。
- ρ: 抵抗率
- l: 導体の長さ(m)
- S: 導体断面積(mm2)
標準軟銅は20[℃]において体積抵抗率(体積固有抵抗)は1/58と決まっているので、上式を変形すると以下の式となる。
- R：20℃における導体抵抗(Ω)
- d：電線の導体部分の直径(mm)
- σ：導体の導電率 (軟銅の場合は、1.0)
ここで、20AWGの1m当たりの抵抗値[Ω/m]を求めてみる。
20AWGの直径は0.8118[mm]なので、使用している導体部分の材料が軟銅(導電率σ:1.0)の場合、抵抗値[Ω/m]は以下のようになる。
[Ω/m]
概要セクションに示した表の抵抗値[Ω/m]を見ると、20AWGの抵抗値は0.3331[Ω/m]になっていることが確認できる。
また、電線の導体部分の多くは軟銅となっているため、電線の導体抵抗を計算する際においては、軟銅の導電率を1.0として考えるのが一般的である。
その他の材料に対する導電率は軟銅の導電率を1.0とすると、下表のようになる。
| 材料 | 導電率 |
|---|---|
| 軟銅 | 1.0 |
| 硬銅 | 0.97 |
| スズ | 0.15 |
| 鉛 | 0.078 |
| 銅 | 1.05 |
| アルミニウム | 0.61 |
| 鉄 | 0.17 |
電線で生じる電圧降下
回路設計において、電線の導体抵抗による電圧降下を考慮して設計することが重要である。
例えば、5[V]を出力する電源と負荷の間に20AWGの電線が1[m]あるとする。
この条件において、負荷に流れる電流が5Aの場合、下式のように電圧降下が電線の導体抵抗で生じるため、負荷にかかる電圧は4.834[V]となってしまう。
電源が安定した電圧を出力しているのに、導線の長さと負荷に流れる電流量によって、負荷にかかる電圧が変化するのである。
そのため、この電圧降下を考慮して、回路を設計する必要性がある。
![{\displaystyle 5\times 0.3331=0.166[V]}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/71a11e8034370e7823ea35d1f4461871566b121c)
