Скрутка проводников подразумевает скручивание нескольких одиночных проводов одинакового или разного диаметра вместе в определенном направлении и в соответствии с определенными правилами для формирования общей жилы многожильного провода. Сплошные проводники большого сечения невозможно проложить, сформировать и соединить плавно, поскольку их нелегко сгибать. Многожильные проводники решают эту проблему. Способы скрутки зависят от металла и его свойств.
Концентрическое скручивание
Это типичный способ скрутки жил силового кабеля. Состоит из центральной линии или ядра, окруженного одним или несколькими слоями спиралей. В каждом следующем слое добавляются на шесть жил больше, чем в предыдущем слое. За исключением проводников, скрученных в одном направлении, каждый слой укладывается в направлении, противоположном расположенному ниже слою. У жил силовых кабелей жила представляет собой одинарную проволоку, а все свитые жилы имеют одинаковый диаметр. Как показано на рисунке, первый слой вне сердечника провода состоит из 6 проволок; второй слой – 12 проволок; третий слой – 18 проволок; и так далее. Расстояние, на котором один провод проводника завершает полную спираль внутри слоя, называется шагом. Требования к шагу указаны в части 4 стандарта ASTM. Шаг должен быть в 8–16 раз больше внешнего диаметра соответствующего слоя укладки.
В силовых кабелях стандарт скрутки соответствует классу B. Стандарт требует, чтобы крайнее направление скрутки оставалось оставленным. Это означает, что если смотреть вдоль оси жилы кабеля, самые крайние жилы скручиваются влево, покидая наблюдателя. Повышенная гибкость достигается за счет увеличения количества отдельных проводов в проводнике. Класс C имеет на один слой проволоки больше, чем класс B, а класс D имеет на один слой проволоки больше, чем класс C. Настройки уровней вплоть до уровня M (обычно используется для сварочных кабелей и т. д.). Проводники классов C и D по весу аналогичны проводникам класса B и имеют внешний диаметр в пределах 3 милов больше, чем у проводников класса B. n=1+3N (N+1) можно использовать для расчета количества одиночных проводовконцентрически многожильные проводники. В формуле n — общее количество одиночных проволок в многопроволочном проводнике; N — количество слоев за пределами центрального одиночного провода.
Компактная скрутка
Эта концепция описывает плотное соединение многожильных слоев за счет небольшой деформации. Площадь проводника не уменьшается. Диаметр окончательно уплотненного проводника может быть уменьшен не более чем на 3% по сравнению с эквивалентным диаметром обычных концентрически скрученных жил. Общее снижение составляет 2,5%.
Уменьшение внешнего шага проводника может решить эту проблему, но приводит к повышению импеданса и требует расхода большего количества материала проводника.
Компактная скрутка является более распространенным методом скрутки, поскольку шаг, установленный при концентрической скрутке, создает крошечные зазоры между слоями проводников. В эти зазоры после экструзии «проваливается» маловязкий материал. Это приводит к неровностям поверхности, увеличивает выдерживаемое напряжение и затрудняет удаление слоя.
Профильная линия скрутки
Этот метод аналогичен скрутке компактированием, за исключением того, что дополнительный процесс формования позволяет уменьшить диаметр проводника на 9% по сравнению с диаметром обычных концентрически свитых проводов. В результате диаметр проводника примерно соответствует диаметру сплошного проводника. Однако воздушный зазор все еще существует как канал миграции влаги. Основным преимуществом профилированных многожильных проводов является уменьшенный диаметр жилы.
Скрутка пучка
Эта концепция используется для описания централизованного скручивания отдельных проводов в равномерном направлении без учета геометрического расположения.
Эта структура используется для кабелей с жилами небольшого американского сечения, которым требуется чрезвычайно высокая гибкость, например, портативные кабели, используемые в пылесосах, газонокосилках и т. д.
В проводниках классов K и M диаметр одного провода постоянен. Требуемая площадь поперечного сечения проводника достигается за счет увеличения количества одиночных жил.
Многожильный
Эта концепция используется для концентрических многожильных проводников, где каждый отдельный провод также является многопроволочным. То есть совокупность концентрических проводников и связанных проводников. Последний проводник состоит из концентрической сборки связанных или коаксиально скрученных проводников. Каждая группа состоит из определенного количества отдельных проводов, а не одного провода. В описании многожильного проводника должно быть указано количество групп жил и количество одиночных проволок в каждой группе.
Кабели классов G и H обычно используются для портативных кабелей для горнодобывающей промышленности. В кабелях классов I, L и M используются скрученные кабели, образующие концентрические кабели с одинаковым размером одиночного провода. Требуемого размера площади поперечного сечения можно добиться за счет увеличения количества проводов. В кабелях класса I используются одиночные провода #24AWG (0,020 дюйма), в кабелях класса L используются одиночные провода #30AWG (0,010 дюйма), а в кабелях класса M используются одиночные провода #34AWG (0,0063 дюйма). Кабели класса I обычно используются на железных дорогах, а кабели классов L и M используются в более портативных устройствах, таких как сварочные кабели и мобильные шнуры питания.
Веерообразный проводник
Проводник, поперечное сечение которого приблизительно веерообразно, называется веерным проводником. Типичный трехжильный кабель имеет три сектора по 120°, которые образуют базовую форму круглого кабеля. Такие кабели имеют меньший внешний диаметр, чем соответствующие кабели с концентрическими проводниками, и могут иметь меньший импеданс переменного тока из-за уменьшения эффекта близости.
В кабелях с бумажной изоляцией секторные жилы преимущественно скручены и уплотнены для получения максимально возможного соотношения площади поперечного сечения проводника к площади поперечного сечения кабеля. Точная форма и размеры продукции каждого производителя незначительно различаются.
На рисунке показаны типичные номиналы сжатого веерообразного проводника.
В определенной степени в кабелях низкого напряжения использовались сплошные, а не многожильные секторные жилы, и были попытки использовать такие проводники в кабелях среднего напряжения, но по экономическим соображениям того времени это еще не было достигнуто.
Милликен Дирижер
Проводники Milliken имеют круглую форму и состоят из трех или более жил, скрученных вместе и разделенных тонким слоем изоляции. Каждый блок несет меньший ток, чем весь проводник, и ток передается через внутренние и внешние части всего проводника. Преимущество этой структуры заключается в том, что скин-эффект ниже, а меньший скин-эффект делает импеданс переменного тока ниже, чем при традиционном методе скручивания.
Эту форму проводника следует рассматривать для использования в кабелях, таких как 1000 кгмил (что соответствует метрическим 507 мм²) и с большими площадями поперечного сечения, которые пропускают большие токи. Диаметр четверти проводника примерно равен диаметру концентрически многопроволочного проводника класса B.
Кольцевой проводник
Кольцевые проводники представляют собой круглые многопроволочные проводники, в которых отдельные провода скручены вокруг центрального волоконного каната, металлической трубы с резьбой или двутавровой балки. Преимущество проводника этого типа состоит в том, что для проводника с определенной площадью поперечного сечения можно исключить влияние скин-эффекта в центре, что делает общее сопротивление переменного тока меньшим. При наличии свободного места кольцевые жилы более экономичны для кабелей с площадью поперечного сечения 60 Гц, 1000 ксмил и выше, а также для жил кабеля с площадью поперечного сечения 1500 ксмил (что соответствует 760 мм² в метрической системе) и выше при низких -частотные условия (например, 25 Гц).