כיצד להגדיר מפרט כבלים כדי להבטיח הצלחה בסביבות קיצוניות

בקרי צינורות באזורים הארקטיים, מערכות תחבורה ציבורית, ציוד כרייה וצבא, ומפעלי מזון, משקאות ופטרוכימיה הם דוגמאות ליישומים הפועלים בסביבות קיצוניות ודורשים כבלים חזקים כדי להבטיח פעולה ובטיחות ללא הפסקה. דרישה עיקרית היא פעולה ממושכת בטמפרטורות מ-50°C- עד 125°C+.

על הכבלים להיות בעלי בידוד אלסטומר תרמופלסטי (TPE) המספק גמישות פי שלושה מזו שבטמפרטורות נמוכות של פוליוויניל כלוריד (PVC), חסין ממיסים ומים, יציבות מצוינת באור אולטרה-סגול (UV), וניתן למחזור לטובת שיפור הקיימות. עליהם להיות מתאימים לשימוש בתנאי חוץ קשים, חשופים לפגעי מזג האוויר, או להטמנה ישירה כדי לזרז את ההתקנה.

עליהם לעמוד בדרישות UL ו-CSA מחמירות ולהיות זמינים במספר תצורות רבות-זוגות ורבות-מוליכים עם מבחר ביצועים של כבל מגש (TC), כבל מגש מוגבל הספק (PLTC‏) או כבל מגש לטורבינות רוח (WTTC‏), מגוון אפשרויות סיכוך הפרעות אלקטרומגנטיות (EMI) ודירוגי מתח שיתאימו למגוון של תרחישי יישומים.

מאמר זה סוקר את יתרונות הביצועים והקיימות של שימוש בבידוד TPE תוך התמקדות במבנה של כבלי Xtra-Guard 4‏ של Alpha Wire‏. המחקר בוחן כיצד כבלים אלה מפשטים את ההתקנה במקומות מאתגרים ומסכם בקצרה כיצד שרוולים מתכווצים בחום כגון FIT-600‏, העומדים בתקני AMS-DTL-23053/1‏ Class 1‏ ו-Class 2‏, יכולים לשפר התקנות באמצעות כבלי Xtra-Guard 4‏.

מגבלות PVC ופתרונות TPE

PVC הוא חומר בידוד נפוץ ובעל יכולות גבוהות, אך הוא אינו תרופת פלא. בסוגים מסוימים של יישומים, כמו כבלים לסביבות קיצוניות, ייתכן שזו לא האפשרות הטובה ביותר. ביישומים אלה, קיימת אלטרנטיבה בשם TPE היכולה להיות שימושית.

TPE מטפל בביצועים ובנושאי סביבה הקשורים ל-PVC. ביישומים כמו פקדי צינורות ארקטיים ומערכות אנרגיה מתחדשת, מערכות תחבורה ציבורית, וציוד כרייה וצבאי היכול לחוות טמפרטורות נמוכות קיצוניות ביותר, TPE יכול להיות בחירה טובה יותר.

TPEs הם בעיקר שילוב של פולימר תרמופלסטי קשיח ופולימר אלסטומרי רך, המעורבב או עובר קופולימריזציה כדי ליצור את הביצועים האופטימליים עבור יישומים ספציפיים. ה-TPE המשמש בכבלים Xtra-Guard Flex 4 של Alpha Wire גמיש פי 3 מ-PVC בטמפרטורות נמוכות. זה מפשט את ההתקנה והתחזוקה.

יישומים מסוימים חווים טמפרטורות גבוהות ביותר, כגון שטיפות סניטציה בעיבוד מזון ומשקאות ותהליכים פטרוכימיים ספציפיים. TPE, המדורג לשימוש עד C‏ִ°‏125‏+, הוא בחירה מצוינת ומעניק אמינות עקבית בטמפרטורות גבוהות. הוא גם עומד טוב יותר מאשר חלופות PVC בסיכונים כגון ממיסים, מים, שמן, קרני UV מהשמש ולהבות הנמצאים במגוון רחב של יישומים.

בסופו של דבר, לכל מערכת יש מחזור חיים סופי, ומיחזור וקיימות הם גורמים מכריעים בקביעת ההשפעה ארוכת הטווח של ההתקנה. זהו תחום נוסף שבו TPE מצטיין. הלוגנים (כמו כלור, פלואוריד וברום) הם ראקטיביים ביותר. PVC טיפוסי מכיל כ-29% כלור לפי משקל. חלופות אחרות, כגון אתילן-פרופילן מופלר (FEP) ופולי-טטרא-פלואורואתילן (PTFE), המכונה לעתים טפלון), יכולות להכיל עד 76% פלואור.

במהלך שימוש רגיל, חומרים כמו PVC, FEP ו-PTFE הם שימושיים ביותר ואינם מסוכנים. בסוף חייהם, כאשר הם ממוחזרים, הם יכולים להיות מקורות לתרכובות מסוכנות ורעילות. TPE הוא תרמופלסטי, כלומר ניתן להתיך אותו ולעצב אותו שוב ושוב מבלי שיתבלה. שימוש בבידוד TPE מסייע בהפחתת פסולת, חוסך במשאבים וממזער את ההשפעה הסביבתית הקשורה לסילוק בסוף החיים.

סיכוך ממוטב

EMI יכול להוות סכנה סביבתית נוספת עבור מערכות אלקטרוניות, וכבלי Xtra-Guard 4 של Alpha Wire מספקים למתכננים שלוש אפשרויות סיכוך עבור טיפול ברמות נמוכות, בינוניות וגבוהות של EMI (איור 1).

• בסביבות של EMI נמוך, כבלים לא-מסוככים הם מתאימים ומספקים את הפתרון בקוטר הקטן ביותר ובמשקל הנמוך ביותר.
• בסביבות של EMI מתון, יריעות סיכוך אלומיניום/פוליאסטר יכולות להספיק. סיכוכי יריעה מציעים פתרון ביניים מבחינת ביצועי EMI, גודל כבל ומשקל. חוט הארקה (Drain‏) נחושת מצופה בדיל מפשט את הארקת הכבל, ובכך משפר את יעילות הסיכוך.
• כאשר מתמודדים עם רמות EMI גבוהות, המתכננים יכולים לפנות לכבלים מסוג Supra-Shield‏ של Alpha המשלבים יריעת אלומיניום/פוליאסטר/אלומיניום וסיכוך צמה נחושת מצופה בדיל עם כיסוי הדוק של 75%. Supra-Shield מספק סיכוך בעל ביצועים גבוהים על פני כל ספקטרום התדרים, ומבטיח את תקינות המערכת תוך שמירה על גמישות הכבל לטובת התקנה קלה.

איור 1: יישומים הדורשים יעילות מקסימלית של סיכוך EMI יכולים לפנות ל-Supra-Shield, המספק ביצועים טובים יותר בכל תחום התדרים בהשוואה לסיכוך יריעת אלומיניום/פוליאסטר קונבנציונלי. (מקור התמונה: Alpha Wire)

עוד אפשרויות מבנה כבלים

חומרי בידוד וסיכוך הם רק שני היבטים של מבנה כבלים. ישנם גם המוליכים היוצרים את לב המכלל, ומאפשרים את זרימת האנרגיה החשמלית והמידע להפעלת המערכת.

כבלי Xtra-Guard 4 מוצעים עם מבחר של תכנים רבי-מוליכים ורבי-זוגות. לשני הסוגים יש מספר חוטים במעטה יחיד, אך הם נבדלים זה מזה במבנה שלהם וביישומים המיועדים שלהם.

מספר מוליכים בודדים מחוברים יחד ליצירת כבל רב-מוליכים. הם מתאימים עבור יישומים כלליים, כגון פילוג הספקת-כוח או חיווט בקרה פשוט כאשר תקינות האותות אינה שיקול תכנון.

בכבלים רבי-זוגות, זוגות המוליכים מפותלים יחד לפני שהם משולבים בתוך הכבל. הפיתול מפחית רעש והפרעות והופך כל זוג למתאים עבור יישומי העברת נתונים ותקשורת במהירות גבוהה יותר (איור 2).

איור 2: כבלי Xtra-Guard 4 זמינים עם מספר זוגות חוטים מפותלים (למעלה) ומספר מוליכים בודדים (למטה). (מקור התמונה: Alpha Wire)

כבלים רבי-מוליכים זמינים עם מוליכים של AWG‏ 16‏ עד AWG‏ 24‏, 2‏ עד 40 מוליכים, ומבני גדילים שונים, כולל 16/30, 7/28 ו-41/30. כבלים רבי-זוגות זמינים עם מוליכים של AWG‏ 18‏ עד AWG‏ 24‏, 19 זוגות, ועם אפשרויות גדילים של 16/30, 7/28, 7/30 ו-7/32.

דירוגי כבלים

חלקים נוספים בפאזל בעת הגדרת כבלים להבטחת הצלחה בסביבות קיצוניות הם דירוג המתח וסוג UL. קיימים כבלי Xtra-Guard 4 רבי-מוליכים, בדירוג של 300 וולט ו-600 וולט. קיימים מספר תכנים רבי-זוגות עבור 300 וולט, המתאימים עבור יישומי העברת נתונים ותקשורת.

מגשי כבלים משמשים לעתים קרובות כחלופה לתעלה או חיווט פתוח. הם תומכים בהתקנה, ניהול ותחזוקה יעילים של הכבלים. ישנם שני סוגים עיקריים של כבלי מגשי כבלים בדירוג UL. ההבדל העיקרי הוא בדירוגי המתח שלהם.

סוג TC מדורג ל-600 וולט, ההופך אותם למתאימים עבור מעגלי הספקת-כוח ובקרה ביישומים תעשייתיים. כבלי PLTC מדורגים ל-300 וולט ומשמשים בעיקר עבור מעגלי אותות ותקשורת. כבלים רבי-מוליכים Xtra-Guard 4 קיימים הן עבור יישומי TC והן עבור יישומי PLTC, בעוד שכבלים רבי-זוגות קיימים עבור יישומי PLTC (להוציא AWG‏ 24‏).

כבלים בדירוג TC משמשים לעתים קרובות ביישומים בהם נדרש עיכוב בעירה. כבלי PLTC‏ יכולים לשמש במעגלי Class 2‏ ו-Class 3‏, כמוגדר בקוד החשמל הלאומי (NEC‏).

מעגלים Class 2 הם בעלי דירוג מתח מינימלי של 150 וולט, בעוד שמעגלים Class 3 דורשים דירוג מתח מינימלי של 300 וולט. שניהם מוגבלים להספק מקסימלי של VA‏ 100‏ והם מוגנים מפני התלקחות אש. מעגלים Class 2 נחשבים חסינים מפני זעזועים הודות לגבולות המתח וההספק הנמוכים שלהם, בעוד שמעגלים Class 3 דורשים לעתים קרובות אמצעי הגנה נוספים להגנה מפני זעזועים.

כבלי Xtra-Guard 4 מדורגים גם על פי תקן UL WTTC לשימוש ביישומי טורבינות רוח, והם מורשים על ידי המשרד לבטיחות כרייה עמוקה של פנסילבניה עבור מערכות ניטור בכל-המכרה (להוציא AWG‏ 14‏). Alpha Wire מציעה קו מקיף של כבלי Xtra-Guard 4 (איור 3). כמה דוגמאות כוללות:

• 45053‏, רב-מוליכים לא-מסוכך, עם 3 מוליכים 28‏/7‏ AWG‏ 20‏, מדורג ל-300 וולט
• 45440/9‏, רב-מוליכים מסוכך-יריעה, עם 9 מוליכים 0117‏.‏/19‏ AWG‏ 16‏, מדורג ל-600 וולט
• 45162‏, רב-מוליכים מסוכך-Supra‏, עם 2 מוליכים 30‏/16‏ AWG‏ 18‏, מדורג ל-300 וולט
• 45032‏ רב-זוגות לא-מסוכך, עם 2 זוגות מוליכים 30‏/16‏ AWG‏ 18‏, מדורג ל-300 וולט
• 45484‏ רב-זוגות מסוכך-יריעה, עם 4 זוגות מוליכים 7/30‏ AWG‏ 22‏, מדורג ל-300 וולט
• 45126‏ רב-זוגות מסוכך-Supra‏, עם 6 זוגות מוליכים 7/30‏ AWG‏ 22‏, מדורג ל-300 וולט

איור 3: כבלי Xtra-Guard 4 זמינים במגוון של תצורות כבלים וסיכוך ובדירוגים של 300 וולט ו-600 וולט. (מקור התמונה: Alpha Wire)

התקנה קלה וחסונה

לאחר שמפרט הכבל הותאם ליישום, החלק הסופי בפאזל הוא התקנה קלה וחסונה. בנוסף להתקנות מגשי הכבלים המפורטים לעיל, המתכננים יכולים להשתמש בכבלים Xtra-Guard 4 ביישומי חוץ והטמנה ישירה, שם הם נלחמים בהשפעת מזג האוויר וההזדקנות של קרינת UV מבלי להזדקק לתעלה. ניתן לפשט ולהאיץ את ההתקנה באופן דרמטי.

כבלים אלה כוללים חוט קריעה מניילון להסרה קלה של המעטה. שרוולים מתכווצים בחום FIT‏ של Alpha Wire‏ יכולים לספק דרך אמינה להגן ולאטום סיומות, כמו גם להוסיף חוסן מכני.

שרוולים מתכווצים בחום FIT 600‏ הם בחירה נפוצה. לדוגמה, דגם F6001IN BK005‏ הוא בקוטר של 1 אינץ' לפני ההתכווצות והוא עשוי מפוליאולפין מוכלר (CPO‏). CPO מעניק איזון בין גמישות לבין חסינות לחום ולכימיקלים. הוא שומר על גמישות בטמפרטורות נמוכות וגמיש יותר משרוולים מתכווצים בחום סטנדרטיים מפוליאולפין מצולב (XLPO). CPO גם מציע חוזק מתיחה כפול מזה של שרוולים מתכווצים בחום מגומי סיליקון עם תחום טמפרטורות פעולה של 75°C- עד 121°C+ ומתאים היטב עבור כבלי Xtra-Guard 4 בסביבות קיצוניות (איור 4).

איור 4: שרוולים מתכווצים בחום FIT 600 של Alpha Wire מתאימים היטב לביצועים של כבלי Xtra-Guard 4 בסביבות קיצוניות. (מקור התמונה: Alpha Wire)

סדרת שרוולים מתכווצים בחום FIT 600‏ גם עומדת ב-AMS-DTL-23053/1‏ Class 1‏ ו-Class 2‏. AMS-DTL-23053/1‏ הוא מפרט צבאי עבור שרוולים מתכווצים בחום המשמשים עבור בידוד חשמלי, מעצור מתיחה (Strain Relief‏) והגנה מפני שחיקה במערכות צבאיות ותעופה-וחלל.

התקן מגדיר הן את Class 1, שהוא של שרוולים בעלי דופן כבדה יותר, והן את Class 2, שהוא של שרוולים בעלי דופן בינונית. עובי הדופן הנומינלי קשור ישירות לגודל הרחב של השרוולים לפני ההתכווצות. לדוגמה, עבור גודל נומינלי של 1 אינץ' לפני התכווצות, עובי הדופן עבור שרוולים בעלי דופן בינונית הוא כ-0.070 אינץ' (1.78 מ"מ).

סיכום

לכבלי Xtra-Guard 4‏ של Alpha Wire‏ יש את מה שנדרש להבטיח הצלחה בסביבות קיצוניות. בהיותם מיועדים לטמפרטורות של 50°C- עד 125°C+, הם מתאימים לשימוש בסביבות קרות של פקדי צינורות ארקטיים, בחום קיצוני במפעלים פטרוכימיים, והם יכולים לעמוד בניקוי קיטור וחיטוי בתהליכי עיבוד מזון ומשקאות.

בידוד ה-TPE שלהם מעניק גמישות מעולה וכן עמידות בפני מים, ממיסים, קרני UV ואתגרי סביבה אחרים. הם זמינים במגוון של תצורות מוליכים, רמות סיכוך EMI ודירוגי מתח כדי לעמוד בדרישות של מגוון רחב של יישומים.

הם מורשי UL עבור סוגי התקנת כבלי מגש שונים או הטמנה ישירה. לבסוף, שרוולים מתכווצים בחום FIT 600 מעניקים התאמה טובה לגמישות, חסינות לכימיקלים ויכולות טמפרטורת פעולה של כבלי Xtra-Guard 4. Xtra-Guard 4 זמינים בסלילים של 100 רגל ו-1,000 רגל בלעדית אצל DigiKey.

קריאה מומלצת:

1. שיקולים חשובים עבור מחברים בסביבות קשות וקיצוניות
2. בחרו את המחבר הנכון כדי להבטיח תקינות הספקת-כוח בזרם גבוה בסביבות קיצוניות
3. החידושים המפתיעים של אזיקוני כבלים מפלדה מחזיקים מעמד בסביבות קשות
4. שיקולים עבור פתרונות מחברים עמידים מותאמים-במיוחד
5. הגדרת ושימוש בכבלי VFD לשיפור אמינות ובטיחות והפחתת פליטות פחמן