北極のパイプライン制御、公共交通システム、鉱山および軍事機器、食品、飲料、石油化学事業などのアプリケーションはすべて、極限環境での継続的な運用を必要とします。したがって、中断のない動作と安全性を確保するには、信頼性の高いケーブルを使用する必要があります。重要な要件の 1 つは、-50 °C ～ +125 °C の温度範囲内で動作することです。
ケーブルには、ポリ塩化ビニル (PVC) の 3 倍の低温柔軟性を持ち、耐溶剤性と耐水性、優れた紫外線 (UV) 安定性を備え、持続可能性を高めるためにリサイクル可能な熱可塑性エラストマー (TPE) 絶縁材料を使用する必要があります。ケーブルは、屋外露出や設置を促進するための地下への直接埋設など、過酷な屋外条件に適している必要があります。
ケーブルは厳しい UL および CSA 要件を満たし、マルチペアおよびマルチコア構造を採用する必要があります。ユーザーは、トレイ ケーブル (TC)、電力制限トレイ ケーブル (PLTC)、または風力タービン トレイ ケーブル (WTTC) の性能に加え、さまざまな電磁干渉 (EMI) シールドおよび定格電圧を選択して、さまざまなアプリケーションのニーズを満たすことができます。
この記事では、Alpha Wire の Xtra Guard 4 ケーブル構造に焦点を当て、TPE 絶縁材料を使用することの性能と持続可能な開発の利点を分析します。この記事では、これらのケーブルが難易度の高い場所での設置をどのように簡素化できるかを検討し、最後に、AMS-DTL-23053/1 レベル 1 およびレベル 2 規格に準拠する FIT-600 などの熱収縮性スリーブが Xtra-Guard 4 ケーブルの設置効果をどのように高めることができるかを簡単に紹介します。
PVC の制限と TPE ソリューション
PVC は広く使用されている高性能の断熱材ですが、万能ではありません。極端な環境で使用されるケーブルなど、一部の用途では、PVC が最適な選択ではない場合があります。これらの用途では、TPE は PVC に代わる有用な絶縁材料です。
TPE は、PVC に関連する性能と環境の問題を解決します。北極のパイプラインや再生可能エネルギー システム制御、公共交通システム、鉱山、極度の低温に耐える軍事機器などの用途では、TPE がより良い選択肢となる可能性があります。
TPE は本質的に、硬質熱可塑性ポリマーと軟質弾性ポリマーを混合または共重合することによって形成される複合材料であり、特定の用途に最適な性能を実現できます。 Alpha Wire の Xtra Guard Flex 4 ケーブルに使用されている TPE の低温柔軟性は、PVC の 3 倍です。この機能により、設置とメンテナンス作業が簡素化されます。
一部の用途では、食品および飲料加工業界での高温消毒やフラッシング、特定の石油化学プロセスなど、非常に高い温度に耐えることができます。 TPE の定格動作温度は最大 +125 °C であり、高温条件下での安定性と信頼性を維持するための優れた選択肢となります。 PVC 代替品と比較して、TPE はさまざまな用途において溶剤、水、油、太陽光の紫外線、火災などのさまざまな危険に対してより優れた耐性を発揮します。
結局のところ、各システムのライフサイクルは限られており、リサイクルと持続可能な開発が機器が長期的な影響を与えるかどうかを決定する重要な要素となります。これも TPE の利点です。塩素、フッ素、臭素などのハロゲンは活性が高くなります。典型的な PVC の塩素含有量は重量で約 29% です。フッ素化エチレンプロピレン (FEP) やポリテトラフルオロエチレン (PTFE、一般にテフロンとして知られる) などの他の代替品は、フッ素含有量が最大 76% になることがあります。
通常の使用では、PVC、FEP、PTFE などの材料は無害であり、非常に役立ちます。耐用年数が終了した後にリサイクルされると、これらの材料は有害で有毒な化合物の発生源となる可能性があります。 TPE は熱可塑性プラスチックであるため、劣化することなく繰り返し溶解および再形成することができます。 TPE 断熱材の使用は、廃棄物を削減し、資源を節約し、廃棄物処理による環境への影響を最小限に抑えるのに役立ちます。
ブロッキングの最適化
EMI は、電子システムが影響を受ける可能性のある別の環境危険である可能性があります。Alpha Wire の Xtra Guard 4 ケーブルは、設計者に低、中、高強度の EMI に対処する 3 つのシールド オプションを提供します (図 1)。
EMI が低い環境では、シールドなしのケーブルを選択するのが適切です。このタイプのケーブルは直径が最も小さく、重量が最も軽いです。
中程度の EMI 条件下では、アルミ箔/ポリエステル箔のシールドで十分に対処できます。 EMI 性能、ケーブル サイズ、重量の点で、フォイル シールドは中間の解決策となります。錫メッキ銅バスバーによりケーブルの接地が簡素化され、シールド効果が向上します。
高強度の EMI に対処する場合、設計者は Alpha の Supra Shield ケーブルを選択できます。このケーブルは、アルミニウム/ポリエステル/アルミニウム箔と錫メッキ銅編組シールド層の組み合わせ構造を使用し、75% の高密度カバレッジを実現します。 Supra Shield は、周波数範囲全体にわたって高性能シールドを提供し、システムの完全性を確保しながら、取り付けが簡単なケーブルの柔軟性を維持します。
スープラシールドとアルミ・ポリエステル箔シールドのシールド効果と周波数の比較
図 1: 従来のアルミ箔/ポリエステル箔シールドと比較して、Supra Shield は周波数範囲全体にわたって優れた性能を示します。 （画像出典：アルファワイヤー）
より多くのケーブル構造オプション
絶縁材とシールドはケーブル構造の 2 つの側面にすぎません。さらに、システムの動作に必要な電気エネルギーと情報の流れを提供するために使用される、ケーブル コンポーネントのコアを構成する導体があります。
Xtra Guard 4 ケーブルは、マルチコアおよびマルチペアの設計オプションを提供します。どちらのタイプもシース内に複数のワイヤが含まれていますが、その構造と使用目的が異なります。
複数の独立した導体が束ねられて多芯ケーブルを形成します。このタイプのケーブルは、配電や単純な制御配線などの一般的な用途に適しており、設計時に信号の完全性を考慮する必要はありません。
複数のペアのケーブルでは、ワイヤが事前に撚られてからケーブルに組み込まれます。ツイストするとノイズや干渉が軽減され、ワイヤの各ペアがより高速なデータ伝送や通信アプリケーションに適したものになります (図 2)。
ツイストペア (上) と複数の独立したワイヤー (下) を使用した Alpha Wire Xtra Guard 4 ケーブル
図 2: Xtra Guard 4 ケーブルには、選択可能な複数のツイスト ペア ペア (上の画像) と複数の独立した導体 (下の画像) が用意されています。 （画像出典：アルファワイヤー）
多芯ケーブルの導体仕様は 16 AWG ～ 24 AWG で、導体数が 2 ～ 40 で、16/30、7/28、41/30 などのさまざまな撚り構造があります。複数ペアのケーブルの導体仕様は 18 AWG ～ 24 AWG で、ワイヤ ペアの範囲は 1 ～ 19 です。撚り方法には 16/30、7/28、7/30、および 7/32 があります。