Спиральный экран или экран-оплетка: сравнение конструкций из луженой меди

Спиральный экран и экран-оплетка вкратце

Большая часть того, что пишут в интернете о повиве и оплетке, написана для гитарных шнуров и микрофонных кабелей, где худшее, что может случиться, — гул во втором припеве. Те же две конструкции применяются в соединительных кабелях распределительных устройств среднего напряжения, моторных кабелях VFD и буксируемых горных кабелях, где худший случай — аварийное отключение привода или экран, разошедшийся на режущей стреле врубовой машины. Физика та же; последствия и спецификации — нет. Таблица ниже — промышленная версия.

Ни один из них не является лучшим экраном в отрыве от задачи. Один — лучший экран для кабеля, который должен тысячу раз изгибаться по малому радиусу; другой — лучший экран для кабеля, который должен десятилетие сохранять покрытие и отводить высокочастотные помехи. Все, что написано ниже, помогает понять, какой кабель у вас.

Что такое спиральный, или повивный, экран?

Спиральный экран, называемый также повивным, — это слой медных проволок, уложенных рядом друг с другом в одном направлении спирали вокруг жилы кабеля без переплетения. Поскольку все проволоки идут в одну сторону, слой свободно изгибается и быстро оконцовывается, но может расходиться при растяжении или заломе кабеля, а спираль ведет себя как катушка.

Образец ниже — одножильный кабель TEBAOFLEX, разделанный на заводе: токопроводящая жила, изоляция, черный полупроводящий слой, затем наложенные поверх него повивом луженые медные проволоки, затем красная оболочка. Посмотрите на проволоки, и вы увидите, что определяет конструкцию. Они лежат параллельно, каждая под одним и тем же углом наложения, и ни одна не проходит над соседней или под ней. Это и есть повив. В цеху эту операцию называют наложением повива или, на некоторых китайских заводах, “вертикальной намоткой”; выполняющая ее машина — обмоточная головка, а не оплеточная машина.

Из геометрии следуют два вывода. Во-первых, в повивном слое нет механического сцепления между проволоками, поэтому он изгибается по малому радиусу без наклепа меди, который возникает в сцепленном переплетении; это естественный выбор там, где экранированный одножильный кабель нужно плотно уложить внутри распределительного устройства или свернуть в бухту на машине. Во-вторых, та же свобода означает, что при сильном натяжении или заломе кабеля проволоки могут разойтись и оставить зазор в экране. Встречная спираль — два повива в противоположных направлениях без переплетения — закрывает большинство зазоров, и на фотографии ее иногда принимают за оплетку; разница в том, что слои лежат друг на друге, а не проходят друг сквозь друга.

С электрической точки зрения спираль из проволок — это катушка. На промышленной частоте и низших гармониках это не имеет значения, поэтому экраны из медных проволок, наложенных повивом, — стандартная практика для силовых кабелей среднего напряжения; на мегагерцевых фронтах, которые создает привод с быстрым переключением, индуктивность катушки проявляется в сопротивлении связи экрана, и повив пропускает больше этой энергии, чем оплетка с тем же покрытием. Это и есть физическая основа эмпирического правила: повив — низкочастотный экран.

Что такое экран-оплетка?

Экран-оплетка — это трубчатое переплетение медных проволок, в котором группы проволок, называемые прядями, проходят друг над другом и друг под другом в двух встречных направлениях спирали. Переплетение скрепляет слой, поэтому покрытие остается стабильным при изгибах кабеля, а оплетка воспринимает механическую нагрузку — ценой большей жесткости, более медленного производства и более сложного оконцевания.

Второй заводской образец — та же идея, но в виде оплетки. Под красной оболочкой и зеленой текстильной обмоткой луженые медные проволоки перекрещиваются ромбическим узором, который узнает любой электрик: одна прядь проходит над следующей и под той, что за ней, в обоих направлениях сразу. Сама медь ничем не отличается от меди в повиве; отличаются машина и геометрия.

Именно переплетение создает оплетке ее репутацию. Поскольку каждая прядь удерживается пересекающими ее прядями, слой сохраняет покрытие при изгибе, скручивании или растяжении кабеля и придает прочность на растяжение и раздавливание, которой повив не дает. Поскольку ток может переходить с проволоки на проволоку в каждой точке пересечения, оплетка не ведет себя как единая катушка, и ее сопротивление связи остается низким до гораздо более высоких частот, чем у повива с тем же оптическим покрытием. Платить за это приходится трижды: оплеточная машина работает медленнее обмоточной головки, оплетка расходует больше меди при том же покрытии, а монтажнику приходится расчесывать переплетение, чтобы свить косичку или установить зажимающий ее кабельный ввод.

Спиральный экран и экран-оплетка: в чем на самом деле разница?

Две конструкции различаются тем, как удерживаются проволоки. Повив оставляет проволоки свободными, поэтому он лучше изгибается, быстрее оконцовывается и стоит дешевле, но может расходиться под нагрузкой и пропускает высокочастотные помехи. Оплетка фиксирует проволоки, поэтому сохраняет покрытие, добавляет прочности и экранирует до более высоких частот, но она жестче, медленнее в изготовлении и сложнее в оконцевании.

Если в коммерческом предложении написано только “экранированный” или “с экраном”, это слово ничего не сказало вам о том, какая строка таблицы относится к вашему случаю. Запросите чертеж конструкции или сообщите режим работы инженерной службе, и пусть она сама назовет конструкцию.

Что означает покрытие оплетки?

Покрытие оплетки — это доля поверхности жилы в процентах, которую оптически закрывают проволоки оплетки; оно рассчитывается по диаметру жилы, диаметру проволоки, числу прядей, числу проволок в пряди и числу переплетений на единицу длины. Оно показывает, какая часть поверхности закрыта металлом; само по себе оно не говорит о том, насколько хорошо работает экран, и его нельзя определить по фотографии.

Этот расчет давно известен и стандартизован. Стандарт ANSI/SCTE 51 2018 (R2024), Метод определения покрытия оплетки абонентского кабеля, определяет покрытие как процент оптического покрытия жилы проволоками оплетки и называет именно эти пять исходных параметров. Обычно расчет выполняется в два этапа: коэффициент заполнения F = N · P · d / sin α, где N — число проволок в пряди, P — число переплетений на единицу длины, d — диаметр проволоки, а α — угол оплетки; тогда покрытие = (2F − F²) × 100 %. Сам угол оплетки определяется диаметром под оплеткой, числом переплетений и числом прядей. Две оплетки могут достигать одного и того же процента при совершенно разном числе проволок и углах, поэтому значение покрытия без стоящей за ним конструкции — это лишь половина спецификации.

Три момента, которые важно не путать, когда в техническом паспорте указано покрытие. Во-первых, 100 % с оплеткой недостижимы; технические руководства дистрибьюторов называют обычный диапазон примерно от 75 % до 85 %, а от 90 % до 96 % достижимы ценой большего расхода меди, меньшей скорости и гибкости. Во-вторых, TEBAOFLEX указывает покрытие там, где это подтверждают данные о продукте: фестонный кабель (N)GRDGCGÖU-J имеет оплетку из луженых медных проволок с покрытием более 80 %, а в экранированном исполнении C-PUR-HF кранового кабеля Festoonflex применяется оплетка из луженой меди с покрытием примерно 85 % поверх внутренней оболочки из PUR. Для двух образцов, сфотографированных для этой статьи, значение покрытия не приводится, потому что фотография — это не расчет. В-третьих, покрытие — это геометрическая характеристика, а характеристики EMC измеряются: поверхностное сопротивление связи по IEC 62153-4-3 (триаксиальный метод) и затухание экранирования по IEC 62153-4-4. Спецификация, которой нужна эффективность экранирования, должна запрашивать эти значения; спецификация, которой нужен путь для тока короткого замыкания, — сечение меди экрана. Одно лишь покрытие не отвечает ни на один из этих вопросов.

Луженая медь: выбор материала и конструкция экрана

Луженая медь — это описание материала, а не конструкции: так называют отожженную медную проволоку с тонким оловянным покрытием, как указано в ASTM B33 для луженой мягкой медной проволоки, и ее одинаково хорошо можно накладывать как повивом, так и оплеткой. Олово защищает проволоку от коррозии и окисления и сохраняет ее паяемость, что важно при оконцевании; на то, как уложены проволоки, оно не влияет.

Путаница понятна: и переписка с поставщиками, и технические паспорта обычно начинают с материала. “Оплетка из луженой меди” и “повив из луженой меди” совпадают в трех словах и различаются тем единственным, которое важно для изгибов и частоты. Воспринимайте их как два отдельных факта. Материал отвечает на вопрос: будет ли экран по-прежнему чисто оконцовываться через пять лет во влажном стволе шахты или в порту с насыщенным солью воздухом? Олово говорит: да; медь без покрытия говорит: зависит от условий. Конструкция отвечает на вопрос: останется ли экран сомкнутым после пяти лет изгибов? Это вопрос выбора между повивом и оплеткой, и у олова на этот счет нет мнения. Существуют повивы и оплетки из меди без покрытия, и они дешевле; для высокотемпературных экранов существуют посеребренные и никелированные проволоки. Выбор покрытия определяется условиями среды и способом оконцевания и делается независимо от выбора между повивом и оплеткой.

От линии наложения повива до готового кабеля

Повивный экран накладывается на линии наложения повива: изолированная жила проходит через вращающуюся головку, которая сматывает медные проволоки со шпуль и укладывает их под заданным углом по мере продвижения жилы, так что шаг наложения и число проволок определяют покрытие. Оплетка накладывается на оплеточной машине, шпули которой движутся по двум переплетающимся траекториям вокруг жилы, так что группы проволок попеременно проходят друг над другом и друг под другом. Готовые слои выглядят по-разному, потому что машины движутся по-разному.

Кадр ниже сделан на линии TEBAOFLEX — это стоп-кадр из короткого видео, на котором изолированные жилы с повивным экраном наматываются на приемный барабан перед наложением оболочки. Спиральная укладка видна на каждой жиле, везде под одним и тем же углом и в одном направлении; параллельные светлые линии — это луженые проволоки, и перекрещиваний нет. После наложения повива жила поступает в экструдер, где на нее наложат оболочку, которая скроет все это от всех, кроме того, кому доведется вскрыть кабель.

На том же ролике видно, где задается угол наложения. Жила проходит через центр вращающейся обмоточной головки; луженые проволоки сматываются со шпуль позади нее и сходятся на жиле у фильеры, и отношение скорости головки к скорости линии определяет шаг наложения, а вместе с ним и покрытие.

Зачем вообще это показывать? Потому что слово “экранированный” в коммерческом предложении — это утверждение о процессе, которого покупатель никогда не видит. Обмоточная головка не может изготовить оплетку, а оплеточная машина — повив, поэтому машина на линии надежнее определяет, какая конструкция в кабеле, чем прилагательное в техническом паспорте. Когда спецификация важна, спросите, с какой линии сошел экран.

Где встречается каждая конструкция в промышленных кабелях

В промышленных и силовых кабелях эти две конструкции закрепились за разными задачами. Медные проволоки, наложенные повивом, образуют концентрические экраны и защитные проволоки гибких жил среднего напряжения, где задача экрана — проводить емкостный ток и ток короткого замыкания промышленной частоты, а жила должна изгибаться. Оплетки образуют общие экраны EMC кабелей для приводов и фестонных кабелей, а в виде комбинированных оплеток из меди и текстиля — индивидуальные экраны жил буксируемых горных кабелей, где покрытие должно выдерживать волочение. Стандарты на конструкцию намеренно оставляют выбор открытым: IEC 60502 допускает, чтобы металлический экран силового кабеля состоял из одной или нескольких лент, оплетки, концентрического слоя проволок или комбинации проволок и лент, и рассчитывает его по сечению меди для тока короткого замыкания, а не по покрытию.

Ассортимент TEBAOFLEX наглядно показывает это разделение. Кабель для распределительных устройств (N)TMCGC11Y имеет спирально наложенные защитные проволоки из луженой меди поверх изоляции из EPR и полупроводящих слоев и предназначен для соединений от 6/10 кВ до 18/30 кВ, прокладываемых с изгибами вокруг оборудования. Горный кабель (N)SSHCÖU для VFD имеет индивидуально экранированные жилы и оптимизированную по EMC концентрическую оплетку из луженых медных проволок для цепей от преобразователя к двигателю. Горнодобывающий кабель типа 209 экранирует каждую силовую жилу оплеткой из луженой меди и полиамида, а горный кабель SHD-GC сочетает экранирование по токопроводящей жиле и по изоляции с комбинированной оплеткой из луженой меди и полиамида на каждой жиле — именно эту конструкцию обозначает буква S в его названии, как объясняется в статье о том, что означает тип SHD в горных кабелях.

Нагляднее всего механический компромисс иллюстрирует вовсе не экран. Возьмем кабель для врубовой машины с низким тяжением (N)SSHCGEÖU — концентрический заземляющий проводник в нем представляет собой усиленную спираль из медных и стальных проволок, выбранную потому, что она выдерживает очень крутые многократные изгибы; в родственном исполнении с высоким тяжением вместо нее применяется медно-стальная несущая оплетка, которая воспринимает растяжение, но не будет изгибаться по тому же радиусу. Та же задача проводника, две конструкции, выбранные по тому, что является определяющим, — изгиб или растяжение. Вот и все решение о выборе между повивом и оплеткой в одном семействе продуктов.

Две вещи, которые выглядят как экраны, экранами не являются. Слой оплетки из оцинкованных стальных проволок, как в бронированном горном кабеле с контрольными жилами, — это броня: он служит для механической защиты и может быть заземлен, но не предназначен для работы в качестве экрана. Спирально наложенная стальная броня на каротажном кабеле или бронированном офшорном кабеле также является механическим слоем, а руководство по сравнению RFOU и BFOU объясняет, чем броня в виде оплетки отличается от экрана в судовых кабелях. То, наложен ли слой повивом или оплеткой, говорит о том, как он изготовлен; то, экран это или броня, говорит о том, для чего он нужен, и на эти два вопроса нужно отвечать по отдельности.

Что указывать при заказе экранированного кабеля

Задавайте экран по его назначению, конструкции и подтверждающему показателю — именно в таком порядке: укажите, что должен делать экран (EMC, ток короткого замыкания, контроль), назовите конструкцию, если ее задает существующий чертеж (проволоки повивом, оплетка, комбинированная оплетка, лента), и запросите покрытие или сечение экрана, которые требуются для этой задачи, а также сопротивление связи, если заданы требования EMC на частотах привода.

1. Укажите обозначение кабеля или пришлите чертеж. Если такое обозначение, как (N)SSHCÖU или SHD-GC, уже определяет конструкцию экрана, сообщите об этом; не просите рассчитать конструкцию с оплеткой как повивную или наоборот без инженерного обоснования.
2. Укажите применение и цепь: стационарная питающая линия, соединение в распределительном устройстве, преобразователь — двигатель, фестонная подвеска, барабанная намотка или буксировка, а также класс напряжения.
3. Укажите характер движения: стационарная прокладка, эпизодическое перемещение, непрерывные изгибы с указанием радиуса изгиба, диаметра барабана и скорости перемещения или волочение по земле. Именно это определяет выбор между повивом, оплеткой и комбинированной оплеткой.
4. Укажите требование к экрану в той форме, которая принята в проекте: минимальное оптическое покрытие в процентах, сечение меди экрана в мм² для тока короткого замыкания или сопротивление связи и затухание экранирования по IEC 62153-4-3 / 62153-4-4 для EMC.
5. Укажите сечение и число жил, схему заземляющих или пилотных жил и способ оконцевания экрана, поскольку для кабельного ввода EMC 360° и для косички нужны разные конструкции.
6. Укажите требуемую длину и упаковку на барабане или в бухте.

Пришлите эти шесть пунктов, и инженерная служба сможет подтвердить, соответствует ли конструкция на чертеже режиму работы, или предложить подходящую, прежде чем будет подготовлено какое-либо предложение.

Вопросы о закупке перед первым заказом экранированного кабеля

Можно ли заказать пробный отрезок кабеля экранированной конструкции?

Минимальный объем заказа по состоянию на август 2026 года составляет 50 м, и он одинаков для стандартных и заказных конструкций, поэтому пробный отрезок кабеля с повивом или оплеткой не предполагает надбавки к цене. Уточняйте актуальный минимум при запросе, так как он периодически пересматривается.

Сколько времени занимает изготовление экранированного кабеля?

Стандартный срок изготовления по состоянию на август 2026 года составляет от 7 до 45 рабочих дней в зависимости от типа продукта, наличия на складе и степени изменения конструкции под заказ. Экран-оплетка добавляет производственный этап по сравнению с повивным; уточните актуальные сроки у инженерной службы, прежде чем закладывать их в график остановки или окно поставки.

Какой сертификат распространяется на экран?

Ни один из сертификатов TEBAOFLEX не является сертификатом эффективности экранирования. Разрешение на применение знака VDE, сертификат 40060056 от 2025-03-28, распространяется на гибкие кабели с изоляцией из сшитого эластомера по DIN EN 50525-2-21 (VDE 0285-525-2-21):2012-01 / EN 50525-2-21:2011; сертификаты UL 62 и CSA C22.2 No. 49 распространяются на гибкие шнуры.

Покрытие экрана, сечение меди и, где требуется, сопротивление связи документируются для каждой конструкции, поэтому укажите в запросе, какой показатель и какой протокол испытаний нужны вашему проекту, и инженерная служба подтвердит, что может быть предоставлено.

Вопросы

Повивный экран — это то же самое, что спиральный экран?

Да. Повивный экран, спиральный экран и экран, наложенный повивом, — три названия одной и той же конструкции: медные проволоки, уложенные рядом друг с другом в одном направлении спирали без переплетения. Встречная спираль — это вариант с двумя повивами, наложенными в противоположных направлениях, также без переплетения, и оплеткой она не является.

Можно ли использовать луженую медь и в спиральных экранах, и в экранах-оплетках?

Да. Луженая медь описывает проволоку, а не способ ее укладки, и применяется как в повивных экранах, так и в экранах-оплетках, что видно на двух заводских образцах в этой статье. Покрытие определяет коррозионную стойкость и паяемость при оконцевании; выбор между повивом и оплеткой определяет поведение при изгибах и частотные характеристики, и эти два решения принимаются раздельно.

Может ли спиральный экран заменить экран-оплетку в существующей спецификации кабеля?

Не по одному лишь внешнему виду. Повив может на бумаге сравниться с оплеткой по оптическому покрытию, но при этом вести себя иначе при растяжении и на частотах приводов, а кабельный ввод EMC, рассчитанный на оплетку, может не зажать повив. Прежде чем соглашаться на замену, проверьте покрытие, сечение экрана или сопротивление связи, которые требует исходная спецификация, а также движения, которым подвергается кабель.

Экран — это то же самое, что броня?

Нет. Экран — это электрический слой из меди, наложенный повивом или оплеткой, который отводит в землю емкостный ток, ток короткого замыкания или ток помех. Броня — это механический слой, обычно из оцинкованных стальных проволок, в виде оплетки или спирально наложенных, который защищает кабель от раздавливания и растяжения; она может быть заземлена, но не предназначена для работы в качестве экрана.

Присылайте спецификацию, а не только слово “экранированный”

Если можете, вскройте образец: проволоки за секунду покажут, что у вас в руках — повив или оплетка. Затем пришлите в TEBAOFLEX обозначение кабеля или чертеж, применение, условия движения, требование к экрану в той форме, которая принята в вашем проекте, сечение жил и требуемую длину, и инженерная служба подтвердит конструкцию и актуальный срок изготовления подходящего кабеля.