북극 파이프라인 제어, 대중 교통 시스템, 광업 및 군사 장비는 물론 식품, 음료, 석유화학 사업과 같은 애플리케이션은 모두 극한 환경에서 지속적인 작동이 필요합니다. 따라서 중단 없는 작동과 안전을 보장하려면 신뢰성이 높은 케이블을 사용해야 합니다. 주요 요구 사항 중 하나는 -50 ° C ~ +125 ° C의 온도 범위 내에서 작동하는 것입니다.
케이블은 폴리염화비닐(PVC)보다 저온 유연성이 3배 뛰어나고, 용제와 물에 강하고, 자외선(UV) 안정성이 뛰어나고, 재활용이 가능해 지속가능성을 높이는 열가소성 엘라스토머(TPE) 절연재를 사용해야 한다. 케이블은 옥외 노출이나 지하 직접 매설 등 열악한 옥외 조건에 적합해야 설치 속도가 빨라집니다.
케이블은 엄격한 UL 및 CSA 요구 사항을 충족해야 하며 다중 쌍 및 다중 코어 구조를 채택해야 합니다. 사용자는 다양한 애플리케이션 요구 사항을 충족하기 위해 트레이 케이블(TC), 전력 제한 트레이 케이블(PLTC) 또는 풍력 터빈 트레이 케이블(WTTC) 성능은 물론 다양한 전자기 간섭(EMI) 차폐 및 정격 전압을 선택할 수 있습니다.
이 기사에서는 Alpha Wire의 Xtra Guard 4 케이블 구조에 중점을 두고 TPE 절연 소재 사용의 성능 및 지속 가능한 개발 이점을 분석합니다. 이 기사에서는 이러한 케이블이 매우 어려운 위치에서 설치를 단순화할 수 있는 방법을 살펴보고 마지막으로 AMS-DTL-23053/1 레벨 1 및 레벨 2 표준을 준수하는 FIT-600과 같은 열 수축 슬리브가 Xtra-Guard 4 케이블의 설치 효과를 향상시킬 수 있는 방법을 간략하게 소개합니다.
PVC 제한 사항 및 TPE 솔루션
PVC는 널리 사용되는 고성능 단열재이지만 만능은 아닙니다. 극한 환경에서 사용되는 케이블과 같은 일부 응용 분야에서는 PVC가 최선의 선택이 아닐 수 있습니다. 이러한 용도에서 TPE는 PVC를 대체할 수 있는 유용한 단열재입니다.
TPE는 PVC와 관련된 성능 및 환경 문제를 해결합니다. TPE는 극저온을 견딜 수 있는 북극 파이프라인 및 재생 에너지 시스템 제어, 대중 교통 시스템, 광업 및 군사 장비와 같은 응용 분야에서 더 나은 선택이 될 수 있습니다.
TPE는 본질적으로 단단한 열가소성 폴리머와 부드러운 탄성 폴리머를 혼합하거나 공중합하여 형성된 복합 재료로, 특정 응용 분야에 최적의 성능을 달성할 수 있습니다. Alpha Wire의 Xtra Guard Flex 4 케이블에 사용된 TPE의 저온 유연성은 PVC의 3배입니다. 이 기능은 설치 및 유지 관리 작업을 단순화합니다.
일부 응용 분야에서는 식품 및 음료 가공 산업뿐만 아니라 특정 석유화학 공정의 고온 소독 및 세척과 같은 극도로 높은 온도를 견딜 수 있습니다. TPE의 정격 작동 온도는 최대 +125°C이므로 고온 조건에서 안정성과 신뢰성을 유지하는 데 탁월한 선택입니다. PVC 대체품과 비교하여 TPE는 다양한 응용 분야에서 용제, 물, 기름, 햇빛의 자외선 및 화재와 같은 다양한 위험에 더 잘 견딜 수 있습니다.
궁극적으로 각 시스템의 수명주기는 제한되어 있으며 재활용 및 지속 가능한 개발은 장비가 장기적인 영향을 미치는지 여부를 결정하는 핵심 요소입니다. 이것이 TPE의 또 다른 장점입니다. 염소, 불소, 브롬과 같은 할로겐은 활성이 높습니다. 일반적인 PVC의 염소 함량은 약 29%입니다. 불소화 에틸렌 프로필렌(FEP) 및 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE, 일반적으로 테플론으로 알려져 있음)과 같은 다른 대안은 최대 76%의 불소 함량을 가질 수 있습니다.
정상적인 사용 중에는 PVC, FEP, PTFE와 같은 재료가 무해하며 매우 유용합니다. 수명이 끝난 후 재활용할 경우 이러한 재료는 유해하고 독성이 있는 화합물의 원인이 될 수 있습니다. TPE는 열가소성 플라스틱이므로 열화 없이 반복적으로 녹고 모양을 바꿀 수 있습니다. TPE 단열재를 사용하면 폐기물을 줄이고 자원을 절약하며 폐기물 처리가 환경에 미치는 영향을 최소화하는 데 도움이 됩니다.
차단 최적화
EMI는 전자 시스템이 겪을 수 있는 또 다른 환경적 위험일 수 있으며 Alpha Wire의 Xtra Guard 4 케이블은 설계자에게 저강도, 중간 강도, 고강도 EMI를 해결할 수 있는 세 가지 차폐 옵션을 제공합니다(그림 1).
낮은 EMI 환경에서는 비차폐 케이블을 선택하는 것이 적절합니다. 이 유형의 케이블은 직경이 가장 작고 무게도 가장 가볍습니다.
적당한 EMI 조건에서는 알루미늄 호일/폴리에스테르 호일 차폐만으로도 충분합니다. EMI 성능, 케이블 크기 및 무게 측면에서 포일 차폐는 중간 솔루션을 제공합니다. 주석 도금 구리 버스바는 케이블 접지를 단순화하여 차폐 효과를 향상시킵니다.
고강도 EMI를 처리할 때 설계자는 알루미늄/폴리에스테르/알루미늄 호일과 주석 도금 구리 편조 차폐층 조합 구조를 사용하여 75%의 고밀도 커버리지를 달성하는 Alpha의 Supra Shield 케이블을 선택할 수 있습니다. Supra Shield는 전체 주파수 범위에 걸쳐 고성능 차폐 기능을 제공하여 쉬운 설치를 위해 케이블 유연성을 유지하면서 시스템 무결성을 보장합니다.
Supra Shield와 알루미늄/폴리에스테르 호일 차폐의 차폐 효과 및 주파수 비교
그림 1: 기존 알루미늄 호일/폴리에스테르 호일 차폐와 비교하여 Supra Shield는 전체 주파수 범위에서 탁월한 성능을 나타냅니다. (이미지 출처: 알파와이어)
더 많은 케이블 구조 옵션
절연재와 차폐는 케이블 구조의 두 가지 측면일 뿐입니다. 또한, 케이블 구성요소의 핵심을 구성하는 도체가 있으며, 시스템 작동에 필요한 전기 에너지 및 정보 흐름을 제공하는 데 사용됩니다.
Xtra Guard 4 케이블은 멀티 코어 및 멀티 페어 설계 옵션을 제공합니다. 두 가지 유형 모두 피복 내에 여러 개의 전선이 포함되어 있지만 구조와 용도가 다릅니다.
여러 개의 독립 도체가 함께 묶여 다중 코어 케이블을 형성합니다. 이러한 유형의 케이블은 전력 분배 또는 간단한 제어 배선과 같은 일반적인 애플리케이션에 적합하며 설계 시 신호 무결성을 고려할 필요가 없습니다.
여러 쌍의 케이블에서는 전선을 미리 꼬아서 케이블에 통합합니다. 꼬임은 잡음과 간섭을 줄여 각 전선 쌍을 더 빠른 데이터 전송 및 통신 응용 분야에 적합하게 만듭니다(그림 2).
연선(상단)과 다중 독립 전선(하단)을 사용하는 Alpha Wire Xtra Guard 4 케이블
그림 2: Xtra Guard 4 케이블은 선택을 위한 다중 연선 쌍(상단 이미지)과 다중 독립 도체(하단 이미지)를 제공합니다. (이미지 출처: 알파와이어)
멀티 코어 케이블의 도체 사양 범위는 16AWG ~ 24AWG이며, 2 ~ 40개의 도체와 16/30, 7/28 및 41/30을 포함한 다양한 꼬임 구조가 있습니다. 여러 쌍의 케이블에 대한 도체 사양은 18AWG ~ 24AWG이며 전선 쌍 범위는 1 ~ 19입니다. 꼬임 방법에는 16/30, 7/28, 7/30 및 7/32가 포함됩니다.