Leidergrootte begrijpen

In de elektrotechniek wordt de gemak waarmee elektronen door een geleider stromen grotendeels bepaald door de dwarsdoorsnede van de geleider. Net als een dikkere riet meer vloeistof doorlaat dan een smalle, biedt een dikker draad een groter pad voor elektronen, wat de weerstand verlaagt en de stroomdraagcapaciteit verbetert.

Massief vs. gelaagd draad

Elektrische geleiders komen in twee primaire vormen:

• Massief koperen draad - een enkele, continue draad koper.
• Gelaagd draad - veel dunne draden samengedraaid tot één geleider.

Gelaagd draad biedt superieure flexibiliteit, ideaal voor toepassingen met herhaald buigen of trillingen. Massief draad, hoewel het lagere inductie biedt, is gevoeliger voor vermoeiding in de loop van de tijd.

Draadgrootte meten

Hoewel diameter vaak genoemd wordt, is de kritieke factor voor elektrische prestaties het oppervlak van de geleiders dwarsdoorsnede. Twee eenheden zijn gangbaar in de industrie:

• Mil - een duizendste van een inch; gebruikt om diameter uit te drukken.
• Vierkante mil - oppervlakte-eenheid afgeleid van de diameter (kwadraat van de diameter in mils).
• Circulaire mil (cmil) - een vereenvoudigde oppervlaktemaat die de noodzaak voor π in de berekening elimineert. Het is gedefinieerd als het oppervlak van een cirkel met een diameter van één mil, wat gelijk is aan 1000 π mils² ≈ 3 141,59 vierkante mils.

Voor een ronde draad met diameter 0,1019 inch, is het oppervlak:

Met de formule Oppervlak = πr² verkrijgen we 0,008155 in² (of 8 155 vierkante mils). Omrekenen naar circulaire mils is simpelweg d² = 101,9² = 10 380 cmil.

Waarom circulaire mils?

Omdat de circulaire mil π uit de vergelijking haalt, vereenvoudigt het berekeningen voor ingenieurs. Bijvoorbeeld:

De conversie tussen vierkante mils en circulaire mils is een vaste verhouding: 1 cmil = 4 π vierkante mils ≈ 12,566 vierkante mils.

Gauge - een handige schaal

Het American Wire Gauge (AWG) systeem wijst een integer toe aan elke draadgrootte. Grotere gauge-nummers betekenen dunner draad. De gaugeschaal volgt een logaritmische progressie: elke 3-stappen toename verdubbelt ongeveer de dwarsdoorsnede (en het gewicht per lengte-eenheid). Deze relatie is handig voor snelle schattingen:

• AWG 10 = 10 380 cmil
• AWG 12 = 6 530 cmil
• AWG 14 = 4 107 cmil

Draden groter dan 4/0 gauge worden vaak gemeten in duizenden circulaire mils (MCM) en zijn meestal gefabriceerd als gelaagde of staafgeleiders in plaats van massief ronde draad.

Massieve, ronde koperen geleiders - AWG Tabel

Grootte	Diameter (in)	Oppervlak (cmil)	Oppervlak (in²)	Gewicht (lb/1000 ft)
4/0	0.4600	211,600	0.1662	640.5
3/0	0.4096	167,800	0.1318	507.9
2/0	0.3648	133,100	0.1045	402.8
1/0	0.3249	105,500	0.08289	319.5
1	0.2893	83,690	0.06573	253.5
2	0.2576	66,370	0.05213	200.9
3	0.2294	52,630	0.04134	159.3
4	0.2043	41,740	0.03278	126.4
5	0.1819	33,100	0.02600	100.2
6	0.1620	26,250	0.02062	79.46
7	0.1443	20,820	0.01635	63.02
8	0.1285	16,510	0.01297	49.97
9	0.1144	13,090	0.01028	39.63
10	0.1019	10,380	0.008155	31.43
11	0.09074	8,234	0.006467	24.92
12	0.08081	6,530	0.005129	19.77
13	0.07196	5,178	0.004067	15.68
14	0.06408	4,107	0.003225	12.43
15	0.05707	3,257	0.002558	9.858
16	0.05082	2,583	0.002028	7.818
17	0.04526	2,048	0.001609	6.200
18	0.04030	1,624	0.001276	4.917
19	0.03589	1,288	0.001012	3.899
20	0.03196	1,022	0.0008023	3.092
21	0.02846	810.1	0.0006363	2.452
22	0.02535	642.5	0.0005046	1.945
23	0.02257	509.5	0.0004001	1.542
24	0.02010	404.0	0.0003173	1.233
25	0.01790	320.4	0.0002517	0.9699
26	0.01594	254.1	0.0001996	0.7692
27	0.01420	201.5	0.0001583	0.6100
28	0.01264	159.8	0.0001255	0.4837
29	0.01126	126.7	0.00009954	0.3836
30	0.01003	100.5	0.00007894	0.3042
31	0.008928	79.70	0.00006260	0.2413
32	0.007950	63.21	0.00004964	0.1913
33	0.007080	50.13	0.00003937	0.1517
34	0.006305	39.75	0.00003122	0.1203
35	0.005615	31.52	0.00002476	0.09542
36	0.005000	25.00	0.00001963	0.07567
37	0.004453	19.83	0.00001557	0.06001
38	0.003965	15.72	0.00001235	0.04759
39	0.003531	12.47	0.000009793	0.03774
40	0.003145	9.888	0.000007766	0.02993
41	0.002800	7.842	0.000006159	0.02374
42	0.002494	6.219	0.000004884	0.01882
43	0.002221	4.932	0.000003873	0.01493

Spoorstaven voor hoogstroomtoepassingen

Wanneer stromen de praktische grenzen van ronde geleiders overschrijden, worden massive metalen staven - bekend als spoorstaven - ingezet. Meestal gemaakt van koper of aluminium, zijn spoorstaven doorgaans ongeïsoleerd en gemonteerd op isolerende steunen. Hoewel een vierkante of rechthoekige dwarsdoorsnede typisch is, kunnen spoorstaven ook rond zijn. Hun oppervlak wordt nog steeds in circulaire mils uitgedrukt voor consistentie met draadmatiging.

Belangrijkste punten

• Grote-diameter geleiders verlagen weerstand omdat ze meer dwarsdoorsnede bieden voor elektronenstroom.
• Draaddiameters worden vaak in mils (1/1000 inch) aangegeven om decimale breuken te vermijden.
• Dwarsdoorsnede kan uitgedrukt worden in vierkante inches, vierkante mils of circulaire mils.
• De circulaire mil metriek vereenvoudigt berekeningen door π te elimineren.
• AWG gauge-nummers dalen naarmate de draaddiameter toeneemt; de schaal is logaritmisch, met elke 3 stappen ongeveer verdubbeling van het oppervlak.
• Zeer grote geleiders worden gewaardeerd in duizenden circulaire mils (MCM) en zijn meestal gelaagd of gefabriceerd als spoorstaven.
• Spoorstaven zijn massieve, hoogstroom-geleiders vaak gebruikt in industriële stroomverdeling.

Verder lezen

• Draadtypen en Matten Werkblad