Anwendungen wie die Steuerung von Pipelines in der Arktis, öffentliche Verkehrssysteme, Bergbau- und Militärausrüstung sowie Lebensmittel-, Getränke- und Petrochemieunternehmen erfordern alle einen kontinuierlichen Betrieb in extremen Umgebungen. Daher müssen äußerst zuverlässige Kabel verwendet werden, um einen unterbrechungsfreien Betrieb und Sicherheit zu gewährleisten. Eine der wichtigsten Anforderungen ist der Betrieb in einem Temperaturbereich von -50 °C bis +125 °C.
Das Kabel sollte aus einem Isoliermaterial aus thermoplastischem Elastomer (TPE) bestehen, das die dreifache Kälteflexibilität von Polyvinylchlorid (PVC) aufweist, lösungsmittel- und wasserbeständig ist, eine ausgezeichnete UV-Stabilität aufweist und zur Verbesserung der Nachhaltigkeit recycelt werden kann. Um die Installation zu beschleunigen, sollte das Kabel für raue Außenbedingungen geeignet sein, z. B. für den Einsatz im Freien oder für die direkte Erdverlegung.
Das Kabel muss strenge UL- und CSA-Anforderungen erfüllen und eine mehrpaarige und mehradrige Struktur aufweisen. Benutzer können zwischen der Leistung von Flachkabeln (TC), leistungsbegrenzten Flachkabeln (PLTC) oder Windkraftanlagen-Flachkabeln (WTTC) sowie verschiedenen Abschirmungen gegen elektromagnetische Störungen (EMI) und Nennspannungen wählen, um eine Vielzahl von Anwendungsanforderungen zu erfüllen.
Dieser Artikel konzentriert sich auf die Xtra Guard 4-Kabelstruktur von Alpha Wire und analysiert die Leistung und die nachhaltigen Entwicklungsvorteile der Verwendung von TPE-Isoliermaterial. In diesem Artikel wird untersucht, wie diese Kabel die Installation an besonders schwierigen Standorten vereinfachen können, und schließlich wird kurz vorgestellt, wie Schrumpfschläuche wie FIT-600, die den Standards AMS-DTL-23053/1 Level 1 und Level 2 entsprechen, den Installationseffekt von Xtra-Guard 4-Kabeln verbessern können.
PVC-Beschränkungen und TPE-Lösungen
PVC ist ein weit verbreiteter und leistungsstarker Dämmstoff, der jedoch nicht allmächtig ist. In manchen Anwendungen, beispielsweise bei Kabeln, die in extremen Umgebungen eingesetzt werden, ist PVC möglicherweise nicht die beste Wahl. In diesen Anwendungen ist TPE ein nützliches Isoliermaterial, das PVC ersetzen kann.
TPE löst die Leistungs- und Umweltprobleme im Zusammenhang mit PVC. TPE ist möglicherweise die bessere Wahl für Anwendungen wie arktische Pipelines und die Steuerung erneuerbarer Energiesysteme, öffentliche Verkehrssysteme, Bergbau und militärische Ausrüstung, die extrem niedrigen Temperaturen standhalten können.
TPE ist im Wesentlichen ein Verbundmaterial, das durch Mischen oder Copolymerisieren von hartem Thermoplast und weichem, elastischem Polymer entsteht und für bestimmte Anwendungen eine optimale Leistung erzielen kann. Die Kälteflexibilität von TPE, das im Xtra Guard Flex 4-Kabel von Alpha Wire verwendet wird, ist dreimal so hoch wie die von PVC. Diese Funktion vereinfacht Installations- und Wartungsarbeiten.
Einige Anwendungen können extrem hohen Temperaturen standhalten, beispielsweise Hochtemperaturdesinfektion und -spülung in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie sowie bestimmte petrochemische Prozesse. TPE hat eine Nennbetriebstemperatur von bis zu +125 °C und ist damit eine ausgezeichnete Wahl für die Aufrechterhaltung von Stabilität und Zuverlässigkeit unter Hochtemperaturbedingungen. Im Vergleich zu PVC-Alternativen kann TPE verschiedenen Gefahren wie Lösungsmitteln, Wasser, Öl, UV-Strahlen im Sonnenlicht und Feuer in verschiedenen Anwendungen besser widerstehen.
Letztendlich ist der Lebenszyklus jedes Systems begrenzt, und Recycling und nachhaltige Entwicklung sind Schlüsselfaktoren dafür, ob Geräte langfristige Auswirkungen haben. Dies ist ein weiterer Vorteil von TPE. Halogene wie Chlor, Fluor und Brom weisen eine hohe Aktivität auf. Ein typisches PVC hat einen Chlorgehalt von etwa 29 Gew.-%. Andere Alternativen wie fluoriertes Ethylenpropylen (FEP) und Polytetrafluorethylen (PTFE, allgemein bekannt als Teflon) können einen Fluorgehalt von bis zu 76 % aufweisen.
Bei normalem Gebrauch sind Materialien wie PVC, FEP und PTFE harmlos und sehr nützlich. Wenn diese Materialien nach Ablauf ihrer Nutzungsdauer recycelt werden, können sie zu einer Quelle schädlicher und toxischer Verbindungen werden. TPE ist ein Thermoplast, das heißt, es kann wiederholt geschmolzen und umgeformt werden, ohne dass es zu einer Zersetzung kommt. Die Verwendung von TPE-Isoliermaterial trägt dazu bei, Abfall zu reduzieren, Ressourcen zu schonen und die Auswirkungen der Abfallentsorgung auf die Umwelt zu minimieren.
Blockierung optimieren
EMI kann eine weitere Umweltgefahr darstellen, unter der elektronische Systeme leiden können, und das Xtra Guard 4-Kabel von Alpha Wire bietet Entwicklern drei Abschirmungsoptionen, um EMI niedriger, mittlerer und hoher Intensität zu bekämpfen (Abbildung 1).
In Umgebungen mit geringer EMI ist es sinnvoll, ungeschirmte Kabel zu wählen. Dieser Kabeltyp hat den kleinsten Durchmesser und das geringste Gewicht.
Unter moderaten EMI-Bedingungen reicht eine Abschirmung aus Aluminiumfolie/Polyesterfolie aus. Im Hinblick auf EMI-Leistung, Kabelgröße und Gewicht stellt die Folienabschirmung eine Zwischenlösung dar. Die verzinnte Kupferschiene vereinfacht die Erdung des Kabels und verbessert dadurch die Abschirmwirkung.
Beim Umgang mit hochintensiven elektromagnetischen Störungen können sich Entwickler für das Supra Shield-Kabel von Alpha entscheiden, das eine Kombinationsstruktur aus Aluminium/Polyester/Aluminiumfolie und einer geflochtenen verzinnten Kupferschicht verwendet, um eine Abdeckung mit hoher Dichte von 75 % zu erreichen. Supra Shield bietet eine leistungsstarke Abschirmung über den gesamten Frequenzbereich und gewährleistet so die Systemintegrität bei gleichzeitiger Beibehaltung der Kabelflexibilität für eine einfache Installation.
Vergleich der Abschirmwirkung und Frequenz zwischen Supra Shield und Aluminium-/Polyesterfolienabschirmung
Abbildung 1: Im Vergleich zu herkömmlichen Abschirmungen aus Aluminiumfolie/Polyesterfolie weist Supra Shield eine überlegene Leistung über den gesamten Frequenzbereich auf. (Bildquelle: Alpha Wire)
Weitere Optionen für die Kabelstruktur
Isolationsmaterialien und Abschirmung sind nur zwei Aspekte des Kabelaufbaus. Darüber hinaus gibt es Leiter, die den Kern von Kabelkomponenten bilden und für den elektrischen Energie- und Informationsfluss sorgen, der für den Systembetrieb erforderlich ist.
Das Xtra Guard 4-Kabel bietet mehradrige und mehrpaarige Designoptionen. Beide Typen enthalten mehrere Drähte in einem Mantel, ihre Struktur und ihr Verwendungszweck sind jedoch unterschiedlich.
Mehrere unabhängige Leiter werden zu einem mehradrigen Kabel gebündelt. Dieser Kabeltyp eignet sich für allgemeine Anwendungen wie Stromverteilung oder einfache Steuerverkabelung, und die Signalintegrität muss bei der Konstruktion nicht berücksichtigt werden.
Bei mehreren Kabelpaaren werden die Adern vorab verdrillt und dann in das Kabel integriert. Durch Verdrillen können Rauschen und Interferenzen reduziert werden, sodass jedes Kabelpaar für schnellere Datenübertragungs- und Kommunikationsanwendungen geeignet ist (Abbildung 2).
Alpha Wire Xtra Guard 4-Kabel mit Twisted-Pair-Kabel (oben) und mehreren unabhängigen Drähten (unten)
Abbildung 2: Das Xtra Guard 4-Kabel bietet mehrere Twisted-Pair-Paare (Bild oben) und mehrere unabhängige Leiter (Bild unten) zur Auswahl. (Bildquelle: Alpha Wire)
Die Leiterspezifikationen mehradriger Kabel reichen von 16 AWG bis 24 AWG, mit 2 bis 40 Leitern und einer Vielzahl von verdrillten Strukturen, einschließlich 16/30, 7/28 und 41/30. Die Leiterspezifikationen für mehrere Kabelpaare sind 18 AWG bis 24 AWG, mit Aderpaaren im Bereich von 1 bis 19. Die Verdrillungsmethoden umfassen 16/30, 7/28, 7/30 und 7/32.