Ekran z owoju spiralnego a ekran z oplotu: porównanie konstrukcji z miedzi cynowanej

Ekran z owoju spiralnego a ekran z oplotu w skrócie

Większość tego, co internet ma do powiedzenia o owoju spiralnym i oplocie, napisano z myślą o kablach gitarowych i mikrofonowych, gdzie w najgorszym razie w drugim refrenie słychać przydźwięk. Te same dwie konstrukcje występują w odcinkach przyłączeniowych rozdzielnic średniego napięcia, kablach silnikowych do napędów VFD i górniczych kablach wleczonych, gdzie w najgorszym razie napęd wyłącza się awaryjnie albo ekran rozchodzi się na wysięgniku maszyny urabiającej. Fizyka jest ta sama; konsekwencje i specyfikacje – już nie. Poniższa tabela to wersja przemysłowa.

Żaden z nich nie jest lepszym ekranem w oderwaniu od zastosowania. Jeden jest lepszym ekranem dla kabla, który musi tysiąc razy zgiąć się na małym promieniu; drugi jest lepszym ekranem dla kabla, który przez dekadę musi utrzymać swoje pokrycie i odprowadzać zakłócenia wysokiej częstotliwości. Cała dalsza część dotyczy tego, jak rozpoznać, z którym kablem ma się do czynienia.

Czym jest ekran spiralny, czyli ekran z owoju spiralnego?

Ekran spiralny, nazywany też ekranem z owoju spiralnego, to warstwa drutów miedzianych ułożonych obok siebie w jednym kierunku śrubowym wokół żyły kabla, bez przeplatania. Ponieważ każdy drut biegnie w tę samą stronę, warstwa swobodnie się zgina i szybko się ją zakańcza, ale może się rozejść przy rozciągnięciu lub załamaniu kabla, a linia śrubowa zachowuje się jak cewka.

Poniższa próbka to jednożyłowy kabel TEBAOFLEX stopniowo rozebrany w fabryce: żyła przewodząca, izolacja, czarna warstwa półprzewodząca, na niej druty z miedzi cynowanej nałożone jako owój spiralny, a na końcu czerwona powłoka. Wystarczy spojrzeć na druty, by zobaczyć, co definiuje tę konstrukcję. Leżą równolegle, każdy pod tym samym kątem ułożenia, i żaden nie przechodzi nad sąsiednim ani pod nim. To jest właśnie owój spiralny. W hali produkcyjnej operację tę nazywa się owijaniem, a w niektórych chińskich zakładach “nawijaniem pionowym”; maszyna, która ją wykonuje, to głowica owijająca, a nie oplatarka.

Z tej geometrii wynikają dwie rzeczy. Po pierwsze, warstwa owoju spiralnego nie ma mechanicznej blokady między drutami, więc zgina się na małym promieniu bez umacniania zgniotowego miedzi, do którego dochodzi w zablokowanym splocie; to naturalny wybór tam, gdzie ekranowany kabel jednożyłowy trzeba ciasno poprowadzić wewnątrz rozdzielnicy lub zwinąć na maszynie. Po drugie, ta sama swoboda oznacza, że przy mocnym pociągnięciu lub załamaniu kabla druty mogą się rozsunąć i pozostawić szczelinę w ekranie. Odwrócona spirala, czyli dwie warstwy owoju nałożone w przeciwnych kierunkach bez przeplatania, zamyka większość szczelin i bywa na zdjęciach mylona z oplotem; różnica polega na tym, że warstwy leżą jedna na drugiej, zamiast przechodzić przez siebie nawzajem.

Z elektrycznego punktu widzenia linia śrubowa z drutów jest cewką. Przy częstotliwości sieciowej i niższych harmonicznych nie ma to znaczenia, dlatego ekrany z drutów miedzianych nałożonych jako owój spiralny są standardem w kablach elektroenergetycznych średniego napięcia; przy zboczach w zakresie megaherców, generowanych przez szybko przełączający napęd, indukcyjność cewki ujawnia się w impedancji przenoszenia ekranu, a owój spiralny przepuszcza więcej tej energii niż oplot o takim samym pokryciu. Na tym fizycznie opiera się praktyczna zasada, że owój spiralny to ekran niskoczęstotliwościowy.

Czym jest ekran z oplotu?

Ekran z oplotu to rurowy splot drutów miedzianych, w którym grupy drutów, zwane wiązkami, przechodzą nad sobą i pod sobą w dwóch przeciwnych kierunkach śrubowych. Przeplatanie spaja warstwę w całość, dzięki czemu pokrycie pozostaje stabilne podczas zginania kabla, a oplot przenosi obciążenia mechaniczne – kosztem sztywności, wolniejszej produkcji i trudniejszego zakończenia.

Druga próbka fabryczna przedstawia tę samą ideę w wersji z oplotem. Pod czerwoną powłoką i zieloną owijką tekstylną druty z miedzi cynowanej krzyżują się we wzór rombów, który rozpozna każdy elektryk: jedna wiązka przechodzi nad następną i pod kolejną, w obu kierunkach jednocześnie. Sama miedź niczym nie różni się od tej w owoju spiralnym; różnią się maszyna i geometria.

To splot zapewnia oplotowi jego reputację. Ponieważ każda wiązka jest przytrzymywana przez te, które ją krzyżują, warstwa zachowuje pokrycie przy zginaniu, skręcaniu lub rozciąganiu kabla i zapewnia wytrzymałość na rozciąganie i zgniatanie, której owój spiralny nie daje. Ponieważ prąd może przechodzić z drutu na drut w każdym punkcie skrzyżowania, oplot nie zachowuje się jak pojedyncza cewka, a jego impedancja przenoszenia pozostaje niska do znacznie wyższych częstotliwości niż w przypadku owoju spiralnego o takim samym pokryciu optycznym. Cenę płaci się trzykrotnie: oplatarka pracuje wolniej niż głowica owijająca, oplot zużywa więcej miedzi przy tym samym pokryciu, a instalator musi rozczesać splot, aby wykonać pigtail lub zamontować dławnicę, która go zaciska.

Ekran z owoju spiralnego a ekran z oplotu: czym naprawdę się różnią?

Obie konstrukcje różnią się sposobem utrzymania drutów. Owój spiralny pozostawia druty swobodne, więc lepiej się zgina, szybciej się go zakańcza i kosztuje mniej, ale może się rozejść pod obciążeniem i przepuszcza zakłócenia wysokiej częstotliwości. Oplot blokuje druty, więc utrzymuje pokrycie, zwiększa wytrzymałość i ekranuje do wyższych częstotliwości, ale jest sztywniejszy, wolniejszy w produkcji i trudniejszy do zakończenia.

Jeśli w ofercie jest tylko słowo “ekranowany” lub “z ekranem”, nie mówi ono nic o tym, o który wiersz chodzi. Należy poprosić o rysunek konstrukcyjny albo przesłać opis warunków pracy zespołowi inżynierów i pozwolić im dobrać konstrukcję.

Co oznacza pokrycie oplotu?

Pokrycie oplotu to procent powierzchni żyły optycznie pokrytej przez druty oplotu, obliczany na podstawie średnicy żyły, średnicy drutu, liczby wiązek, liczby drutów w wiązce i liczby skrzyżowań (picks) na jednostkę długości. Określa, jaka część powierzchni jest metalowa; samo w sobie nie mówi, jak skutecznie działa ekran, i nie da się go odczytać ze zdjęcia.

Metoda obliczeń jest dawna i znormalizowana. ANSI/SCTE 51 2018 (R2024), Metoda wyznaczania pokrycia oplotu w kablach abonenckich, definiuje pokrycie jako procent optycznego pokrycia żyły przez druty oplotu i wymienia dokładnie te pięć danych wejściowych. Typowa postać obliczeń składa się z dwóch kroków: najpierw współczynnik wypełnienia F = N · P · d / sin α, gdzie N to liczba drutów w wiązce, P – liczba skrzyżowań na jednostkę długości, d – średnica drutu, a α – kąt oplotu; następnie pokrycie = (2F − F²) × 100 %. Sam kąt oplotu wynika ze średnicy pod oplotem, liczby skrzyżowań i liczby wiązek. Dwa oploty mogą osiągnąć ten sam procent przy bardzo różnej liczbie drutów i kątach, dlatego wartość pokrycia bez stojącej za nią konstrukcji to tylko połowa specyfikacji.

Gdy karta katalogowa podaje pokrycie, trzeba pamiętać o trzech rzeczach. Po pierwsze, 100 % jest nieosiągalne w przypadku oplotu; poradniki techniczne dystrybutorów podają typowy zakres jako około 75 % do 85 %, przy czym 90 % do 96 % jest dostępne kosztem miedzi, szybkości i giętkości. Po drugie, TEBAOFLEX podaje pokrycie tam, gdzie pozwalają na to dane produktu: kabel festonowy (N)GRDGCGÖU-J ma oplot z drutów z miedzi cynowanej o pokryciu powyżej 80 %, a ekranowana wersja C-PUR-HF kabla dźwigowego Festoonflex wykorzystuje oplot z miedzi cynowanej o pokryciu około 85 % na powłoce wewnętrznej z PUR. Dla dwóch próbek sfotografowanych na potrzeby tego artykułu nie podaje się wartości pokrycia, ponieważ zdjęcie nie jest obliczeniem. Po trzecie, pokrycie jest wielkością geometryczną, podczas gdy parametry EMC się mierzy: powierzchniową impedancję przenoszenia według IEC 62153-4-3 (metoda triaksjalna) i tłumienność ekranowania według IEC 62153-4-4. Specyfikacja wymagająca określonej skuteczności ekranowania powinna żądać tych wartości; specyfikacja wymagająca ścieżki dla prądu zwarciowego powinna żądać przekroju miedzi ekranu. Samo pokrycie nie odpowiada na żadne z tych pytań.

Miedź cynowana: wybór materiału a konstrukcja ekranu

Miedź cynowana to opis materiału, a nie konstrukcji: oznacza wyżarzony drut miedziany z cienką warstwą cyny, zgodnie z ASTM B33 dla cynowanego drutu z miedzi miękkiej, i równie dobrze nadaje się do nałożenia jako owój spiralny, jak i jako oplot. Cyna chroni drut przed korozją i utlenianiem oraz zachowuje jego lutowność, co ma znaczenie na zakończeniu; nie zmienia sposobu ułożenia drutów.

To zamieszanie jest zrozumiałe, ponieważ zarówno korespondencja z dostawcami, jak i karty katalogowe zwykle zaczynają od materiału. “Oplot z miedzi cynowanej” i “owój spiralny z miedzi cynowanej” mają wspólne określenie materiału, a różnią się członem, który ma znaczenie dla zginania i częstotliwości. Należy traktować je jako dwie odrębne informacje. Materiał odpowiada na pytanie: czy po pięciu latach w wilgotnym szybie lub w porcie o zasolonym powietrzu ekran nadal da się czysto zakończyć? Cyna mówi, że tak; goła miedź mówi, że to zależy. Konstrukcja odpowiada na pytanie: czy po pięciu latach zginania ekran nadal będzie zamknięty? To jest pytanie o owój spiralny czy oplot, a cyna nie ma w tej sprawie nic do powiedzenia. Istnieją owoje i oploty z gołej miedzi, które są tańsze; do ekranów wysokotemperaturowych istnieją druty posrebrzane i niklowane. Wybór powłoki metalicznej zależy od środowiska i metody zakończenia, a dokonuje się go niezależnie od wyboru między owojem spiralnym a oplotem.

Od linii owijania do gotowego kabla

Ekran z owoju spiralnego nakłada się na linii owijania: izolowana żyła przechodzi przez obrotową głowicę, która odwija druty miedziane ze szpul i układa je pod ustalonym kątem w miarę przesuwania się żyły, więc długość skoku i liczba drutów określają pokrycie. Oplot nakłada się na oplatarce, której nośniki szpul poruszają się po dwóch przeplatających się torach wokół żyły, dzięki czemu grupy drutów przechodzą na przemian nad sobą i pod sobą. Gotowe warstwy wyglądają inaczej, ponieważ maszyny poruszają się inaczej.

Poniższy kadr pochodzi z linii TEBAOFLEX, z krótkiego filmu przedstawiającego żyły pojedyncze z owojem spiralnym nawijane na bęben przed nałożeniem powłoki. Śrubowe ułożenie jest widoczne na każdej żyle, wszędzie pod tym samym kątem i w tym samym kierunku; równoległe jasne linie to druty cynowane, a skrzyżowań nie ma. Po owijaniu żyła trafia do wytłaczarki, która nałoży powłokę ukrywającą to wszystko przed wszystkimi – z wyjątkiem osoby, która rozetnie kabel.

Ten sam klip pokazuje, gdzie ustawia się kąt ułożenia. Żyła przechodzi przez środek obrotowej głowicy owijającej; druty cynowane są odwijane ze szpul umieszczonych za nią i zbiegają się na żyle w matrycy, a stosunek prędkości głowicy do prędkości linii określa długość skoku, a wraz z nią pokrycie.

Po co w ogóle to pokazywać? Ponieważ “ekranowany” w ofercie to deklaracja dotycząca procesu, którego kupujący nigdy nie widzi. Głowica owijająca nie wykona oplotu, a oplatarka nie wykona owoju spiralnego, więc to maszyna na linii rozstrzyga, jaka konstrukcja jest w kablu, i to pewniej niż przymiotnik w karcie katalogowej. Gdy specyfikacja ma znaczenie, warto zapytać, z której linii zszedł ekran.

Gdzie każda z konstrukcji występuje w kablach przemysłowych

W kablach przemysłowych i elektroenergetycznych obie konstrukcje zajęły różne role. Druty miedziane nałożone jako owój spiralny tworzą koncentryczne ekrany i druty ochronne giętkich żył średniego napięcia, gdzie zadaniem ekranu jest przewodzenie prądu ładowania i prądu zwarciowego o częstotliwości sieciowej, a żyła musi się zginać. Oploty tworzą wspólne ekrany EMC kabli do napędów i kabli festonowych, a jako kompozytowe oploty miedziano-tekstylne – indywidualne ekrany żył górniczych kabli wleczonych, gdzie pokrycie musi przetrwać wleczenie. Normy konstrukcyjne celowo pozostawiają wybór otwarty: IEC 60502 dopuszcza, aby ekran metalowy kabla elektroenergetycznego składał się z jednej lub kilku taśm, oplotu, koncentrycznej warstwy drutów lub kombinacji drutów i taśm, i dobiera go według przekroju miedzi dla prądu zwarciowego, a nie według pokrycia.

Oferta TEBAOFLEX pokazuje ten podział. Kabel (N)TMCGC11Y do rozdzielnic ma druty ochronne z miedzi cynowanej nałożone jako owój spiralny na izolację EPR i warstwy półprzewodzące – do połączeń od 6/10 kV do 18/30 kV prowadzonych wokół urządzeń. Górniczy kabel VFD (N)SSHCÖU wykorzystuje indywidualnie ekranowane żyły i zoptymalizowany pod kątem EMC koncentryczny oplot z drutów z miedzi cynowanej w obwodach przemiennik–silnik. Kabel górniczy Type 209 ekranuje każdą żyłę roboczą oplotem z miedzi cynowanej i poliamidu, a kabel górniczy SHD-GC łączy ekranowanie żyły przewodzącej i izolacji z kompozytowym oplotem z miedzi cynowanej i poliamidu na każdej żyle – to właśnie tę konstrukcję oznacza litera S w jego nazwie, jak wyjaśniono w artykule dotyczącym znaczenia typu SHD w kablach górniczych.

Najbardziej wyrazistą ilustracją kompromisu mechanicznego wcale nie jest ekran. Przykładem jest kabel (N)SSHCGEÖU do maszyn urabiających, wariant o niższej wytrzymałości na rozciąganie , w którym koncentryczna żyła uziemiająca to wzmocniony owój spiralny z drutów miedzianych i stalowych, wybrany dlatego, że znosi bardzo ciasne, wielokrotne zginanie; siostrzana konstrukcja o wysokiej wytrzymałości na rozciąganie ma zamiast niego oplot wytrzymałościowy z miedzi i stali, który przenosi naciąg, ale nie dopasuje się do tego samego promienia. To samo zadanie żyły, dwie konstrukcje, wybrane w zależności od tego, czy decyduje zginanie, czy rozciąganie. Na tym polega cała decyzja między owojem spiralnym a oplotem w jednej rodzinie produktów.

Dwie rzeczy, które wyglądają jak ekrany, nimi nie są. Warstwa oplotu z ocynkowanych drutów stalowych, jak w opancerzonym, monitorowanym kablu górniczym, jest pancerzem: służy ochronie mechanicznej i może być uziemiona, ale nie jest projektowana jako ekran. Śrubowo ułożony pancerz stalowy w kablu do profilowania otworów wiertniczych lub w opancerzonym kablu offshore jest również warstwą mechaniczną, a poradnik porównujący RFOU i BFOU wyjaśnia, czym pancerz z oplotu różni się od ekranu w kablach okrętowych. To, czy warstwa jest nałożona jako owój spiralny, czy jako oplot, mówi, jak została wykonana; to, czy jest ekranem, czy pancerzem, mówi, do czego służy, a na oba pytania trzeba odpowiedzieć oddzielnie.

Co określić przy zamawianiu kabla ekranowanego

Ekran należy określić według jego zadania, konstrukcji i wartości, która to potwierdza, w tej kolejności: podać, co ekran ma robić (EMC, prąd zwarciowy, monitorowanie), wskazać konstrukcję, jeśli określa ją istniejący rysunek (druty w owoju spiralnym, oplot, oplot kompozytowy, taśma), i poprosić o pokrycie lub przekrój ekranu wymagany dla danego zadania, a także o impedancję przenoszenia, jeśli wyspecyfikowano EMC w zakresie częstotliwości napędu.

1. Podać oznaczenie kabla lub przesłać rysunek. Jeśli oznaczenie takie jak (N)SSHCÖU lub SHD-GC już określa konstrukcję ekranu, należy to zaznaczyć; nie należy prosić o wycenę konstrukcji z oplotem jako owoju spiralnego ani odwrotnie bez uzasadnienia inżynierskiego.
2. Podać zastosowanie i rodzaj obwodu (linia zasilająca ułożona na stałe, połączenie w rozdzielnicy, przemiennik–silnik, system festonowy, praca bębnowa lub wleczona) oraz klasę napięcia.
3. Podać rodzaj ruchu: ułożenie na stałe, sporadyczne przemieszczanie, ciągłe zginanie wraz z promieniem gięcia, średnicą bębna i prędkością przejazdu albo wleczenie po podłożu. To właśnie decyduje o wyborze między owojem spiralnym, oplotem a oplotem kompozytowym.
4. Podać wymaganie dotyczące ekranu w formie stosowanej w projekcie: minimalne pokrycie optyczne w procentach, przekrój miedzi ekranu w mm² dla prądu zwarciowego albo impedancję przenoszenia i tłumienność ekranowania według IEC 62153-4-3 / 62153-4-4 dla EMC.
5. Podać przekrój i liczbę żył, układ żył uziemiających lub pilotowych oraz sposób zakończenia ekranu, ponieważ dławnica EMC 360° i pigtail wymagają różnych konstrukcji.
6. Podać wymaganą długość oraz sposób pakowania na bębnie lub w kręgu.

Po przesłaniu tych sześciu informacji zespół inżynierów może, zanim cokolwiek zostanie wycenione, potwierdzić, czy konstrukcja na rysunku odpowiada warunkom pracy, lub zaproponować taką, która im odpowiada.

Pytania zakupowe przed pierwszym zamówieniem kabla ekranowanego

Czy można zamówić odcinek próbny kabla o konstrukcji ekranowanej?

Minimalna wielkość zamówienia wynosi 50 m według stanu na sierpień 2026 r. i jest taka sama dla konstrukcji standardowych i niestandardowych, więc odcinek próbny kabla z owojem spiralnym lub z oplotem nie wiąże się z dopłatą. Przy składaniu zapytania należy potwierdzić aktualne minimum, ponieważ jest ono okresowo weryfikowane.

Ile trwa produkcja kabla ekranowanego?

Według stanu na sierpień 2026 r. standardowy czas realizacji wynosi od 7 do 45 dni roboczych, w zależności od rodzaju produktu, stanu magazynowego i zakresu dostosowania konstrukcji. Ekran z oplotu wymaga dodatkowego etapu produkcji w porównaniu z owojem spiralnym; przed uwzględnieniem terminu w planie postoju lub oknie dostawy należy potwierdzić aktualny harmonogram z zespołem inżynierów.

Który certyfikat obejmuje ekran?

Żaden z certyfikatów TEBAOFLEX nie jest certyfikatem skuteczności ekranowania. VDE Marks Approval, certyfikat 40060056 wydany 2025-03-28, obejmuje giętkie przewody w izolacji z usieciowanego elastomeru według DIN EN 50525-2-21 (VDE 0285-525-2-21):2012-01 / EN 50525-2-21:2011; certyfikaty UL 62 i CSA C22.2 No. 49 obejmują sznury giętkie.

Pokrycie ekranu, przekrój miedzi oraz, w razie potrzeby, impedancja przenoszenia są dokumentowane dla każdej konstrukcji, dlatego w zapytaniu należy podać, jakiej wartości i jakiego raportu z badań wymaga Państwa projekt, a zespół inżynierów potwierdzi, co może zostać dostarczone.

Pytania

Czy ekran owijany to to samo co ekran spiralny?

Tak. Ekran owijany (serve shield), ekran spiralny (spiral shield) i ekran z owoju (served screen) to trzy nazwy tej samej konstrukcji: druty miedziane ułożone obok siebie w jednym kierunku śrubowym, bez przeplatania. Odwrócona spirala to odmiana z dwiema warstwami owoju nałożonymi w przeciwnych kierunkach, nadal bez przeplatania, i nie jest oplotem.

Czy zarówno ekrany z owoju spiralnego, jak i ekrany z oplotu mogą być wykonane z miedzi cynowanej?

Tak. Miedź cynowana opisuje drut, a nie sposób jego ułożenia, i stosuje się ją zarówno w ekranach z owoju spiralnego, jak i w ekranach z oplotu, co pokazują dwie próbki fabryczne w tym artykule. Powłoka metaliczna drutu decyduje o odporności na korozję i lutowności na zakończeniu; wybór między owojem spiralnym a oplotem decyduje o zachowaniu przy zginaniu i zachowaniu w funkcji częstotliwości, a obie decyzje podejmuje się oddzielnie.

Czy ekran z owoju spiralnego może zastąpić ekran z oplotu w istniejącej specyfikacji kabla?

Nie na podstawie samego wyglądu. Owój spiralny może na papierze dorównywać optycznemu pokryciu oplotu, przy czym zachowuje się inaczej pod naciągiem i przy częstotliwościach pracy napędów, a dławnica EMC dobrana do oplotu może nie zacisnąć owoju spiralnego. Przed zaakceptowaniem zamiany należy sprawdzić pokrycie, przekrój ekranu lub impedancję przenoszenia wymagane w pierwotnej specyfikacji oraz ruch, jakiemu podlega kabel.

Czy ekran to to samo co pancerz?

Nie. Ekran lub osłona ekranująca to warstwa elektryczna wykonana z miedzi w postaci owoju spiralnego lub oplotu, która odprowadza do ziemi prąd ładowania, prąd zwarciowy lub prąd zakłóceń. Pancerz to warstwa mechaniczna, zwykle z ocynkowanych drutów stalowych w postaci oplotu lub ułożonych śrubowo, która chroni kabel przed zgnieceniem i rozciąganiem; może być uziemiony, ale nie jest projektowany jako ekran.

Prosimy przesłać specyfikację, a nie tylko słowo “ekranowany”

Jeśli to możliwe, warto rozciąć próbkę; druty w sekundę pokażą, czy w ręku jest owój spiralny, czy oplot. Następnie prosimy przesłać do TEBAOFLEX oznaczenie kabla lub rysunek, zastosowanie, warunki ruchu, wymaganie dotyczące ekranu w formie stosowanej w Państwa projekcie, przekrój żył i wymaganą długość, a zespół inżynierów potwierdzi konstrukcję i aktualny czas realizacji dla odpowiedniego kabla.