在極端環境下如何指定纜線以確保作業順暢

北極管線控制、大眾運輸系統、礦業和軍事設備，以及食品、飲料和石化產業，都是在極端環境下運作，需要耐用的纜線佈線，以確保作業不會中斷及其安全性。關鍵要求之一是將工作溫度範圍延伸到 -50°C 至 +125°C。

纜線應具備熱塑性彈性體 (TPE) 絕緣層，TPE 的低溫撓性是聚氯乙烯 (PVC) 的三倍，具有耐溶劑和防水性，以及出色的紫外光 (UV) 穩定性，並且可回收，達到更高永續性。纜線必須適合在嚴峻的戶外條件下使用：暴露在自然環境中或直接埋設以加速安裝。

此外，還要滿足嚴格的 UL 和 CSA 要求，並且提供多對和多芯配置，包含托盤纜線 (TC)、功率限制托盤纜線 (PLTC)、風力發電托盤纜線 (WTTC) 效能、多種電磁干擾 (EMI) 屏蔽選項，以及電壓額定值，以適應各種應用環境。

本文回顧使用 TPE 絕緣材料的效能和永續性優勢，並且著重於介紹 Alpha Wire 的 Xtra-Guard 4 纜線的結構。說明這些纜線如何在嚴峻的環境中簡化安裝，最後簡要討論符合 AMS-DTL-23053/1 Class 1 和 Class 2 標準的熱收縮管 (如 FIT-600) 如何強化 Xtra-Guard 4 纜線的安裝。

PVC 的限制和 TPE 解決方案

PVC 是一種廣泛使用且效能卓越的絕緣材料，但並非萬能。在某些類別的應用中 (如極端環境中的纜線)，可能不會是首選。這些應用會採用一種更實用的替代品，稱為 TPE。

TPE 可解決與 PVC 有關的效能和環境問題。在北極管線和再生能源系統控制、大眾運輸系統，以及可能遭受極低溫的礦業和軍事設備等應用中，TPE 會是更好的選擇。

TPE 主要是由硬質熱塑性聚合物和軟質彈性聚合物的混合或共聚組成，以針對特定應用打造最佳效能。在低溫下，Alpha Wire 的 Xtra-Guard Flex 4 纜線所使用的 TPE 的撓性比 PVC 高三倍，可簡化安裝和維護作業。

有些應用會處於極高溫的環境中，例如食品和飲料加工中的衛生沖洗以及特定的石化流程。TPE 的額定溫度高達 +125°C，能夠在高溫下提供一致的可靠性，是優良的選擇。相較於 PVC 替代品，還能對各種應用中存在的溶劑、水、油、太陽紫外線、火焰等危害有更佳的防禦。

最後，每個系統都有有限的生命週期。最終，回收和永續性是對安裝有長期影響的關鍵因素，而這是 TPE 的另一項優勢。鹵素 (如氯、氟、溴) 有高活性。典型的 PVC 含有約 29% 重的氯，其他替代品，如氟化乙丙烯 (FEP) 和聚四氟乙烯 (PTFE，通常稱為特氟龍)，氟含量可高達 76%。

正常使用時，PVC、FEP、PTFE 等材料無害且非常實用。但在使用壽命結束，進行回收時，卻可能成為危險和有毒化合物的來源。TPE 是一種熱塑性塑膠，代表可以反覆熔化和重塑而不會降解。使用 TPE 絕緣材料有助於減少浪費、節約資源，並且將報廢處理對環境的影響降至最低。

最佳化屏蔽

EMI 會對電子系統造成另一種環境危害。Alpha Wire 的 Xtra-Guard 4 纜線分別針對低、中、高等級的 EMI，為設計人員提供三種屏蔽選項 (圖 1)。

• 在低 EMI 環境中，適合使用非屏蔽纜線，達到最小直徑和最輕量的解決方案。
• 在中度 EMI 情況下，鋁／聚酯箔片屏蔽就足以因應。箔片屏蔽在 EMI 效能、纜線尺寸、重量方面，可提供中度解決方案。鍍錫銅排流線簡化纜線的接地，可提高屏蔽效果。
• 在處理高 EMI 等級時，設計人員可以選用 Alpha 的 Supra-Shield 纜線，這種纜線結合鋁／聚酯／鋁箔片和鍍錫銅編織屏蔽，覆蓋率高達 75%。Supra-Shield 在完整頻譜範圍內提供高效能屏蔽，確保系統完整性，同時保持纜線撓性以便於安裝。

圖 1：需要最大 EMI 屏蔽效能的應用可以選用 Supra-Shield，相較於傳統的鋁／聚酯箔片屏蔽，在完整頻率範圍內提供更佳效能。(圖片來源：Alpha Wire)

更多纜線構造選擇

絕緣材料和屏蔽只是纜線結構的兩個層面。此外，還有構成組件核心的導體，促成系統運作所需的電能和資訊傳輸。

Xtra-Guard 4 纜線提供多芯和多對的設計選擇。兩種類型都在單一護套中有多條電線，但其結構和預期應用有所不同。

多條單獨的導體捆綁在一起形成多芯纜線。這些纜線適合一般用途應用，例如在訊號完整性非設計重點時的配電或簡單控制佈線中。

在多對纜線中，導線對在整合到纜線之前會先絞合在一起。扭轉可減少雜訊和干擾，讓每對導線都適合更高速的資料傳輸和通訊應用 (圖 2)。

圖 2：Xtra-Guard 4 纜線提供多絞線對 (上) 和多條獨立導線 (下)。(圖片來源：Alpha Wire)

多芯纜線的導體規格為 16 至 24 AWG，導體數量為 2 至 40，絞合結構多樣，包括 16/30、7/28、41/30。多對纜線的導體範圍從 18 至 24 AWG，1 至 19 對，絞合選項包括 16/30、7/28、7/30、7/32。

纜線額定值

若要指定纜線以確保能在極端環境下順暢作業，還需要注意其他因素，包含額定電壓和 UL 類型。可選用多芯 Xtra-Guard 4 纜線，其額定電壓為 300 V 和 600 V。300 V 有多對纜線的設計，適用於資料傳輸和通訊應用。

纜線托盤通常用作導管或明線的替代品。可支援高效率纜線安裝、管理、維護。UL 等級纜線托盤纜線主要分為兩種，關鍵區別在於其電壓額定值。

Type TC 的額定電壓為 600 V，適用於工業應用中的電源和控制電路。Type PLTC 纜線的額定電壓為 300 V，主要用於訊號和通訊電路。Xtra-Guard 4 多芯纜線適用於 TC 和 PLTC 應用，而多對纜線適用於 PLTC 應用 (24 AWG 除外)。

TC 級纜線通常用於需要阻燃的應用。PLTC 纜線可用於美國國家電工標準 (NEC) 定義的 Class 2 和 Class 3 電路。

Class 2 電路的最低額定電壓為 150 V，而 Class 3 電路的最低額定電壓為 300 V。兩者的最大功率均限制為 100 VA，且不會引發火災。Class 2 電路由於其低電壓和功率限制，視為防電擊；Class 3 電路通常需要額外的保護措施進行電擊防護。

Xtra-Guard 4 纜線也通過 UL WTTC 認證，可用於風力發電應用，並經過賓州深層採礦安全局核准，可用於礦區全面監控系統 (14 AWG 除外)。Alpha Wire 提供完整的 Xtra-Guard 4 纜線系列 (圖 3)。以下為一些範例：

• 45053：多芯導線、非屏蔽、含 3 條 20 AWG 7/28 導體、額定電壓為 300 V
• 45440/9：多芯導線、箔片屏蔽、含 9 條 16 AWG 19/.0117 導體、額定電壓為 600 V
• 45162：多芯導線、Supra-Shielded、含 2 條 18 AWG 16/30 導體、額定電壓為 300 V
• 45032：多對、非屏蔽、含 2 對 18 AWG 16/30 導體、額定電壓 300 V
• 45484：多對、箔片屏蔽、含 4 對 22 AWG 7/30 導體、額定電壓為 300 V
• 45126：多對、Supra Shielded、含 6 對 22 AWG 7/30 導體、額定電壓為 300 V

圖 3：Xtra-Guard 4 纜線提供多種纜線和屏蔽配置，額定電壓為 300 V 和 600 V。(圖片來源：Alpha Wire)

安裝簡單且牢固

指定完纜線並與應用相匹配後，最後一步就是進行簡單且堅固的安裝。除了上述的纜線托盤安裝之外，設計人員還可以使用 Xtra-Guard 4 纜線於戶外和直接埋設應用中，如此無需導管，即可抵抗風化和紫外線老化的影響，可大幅簡化並加速安裝。

這些纜線包括一條尼龍拉繩，可輕鬆剝去外皮。Alpha Wire 的 FIT 熱收縮管是一種可靠的方式，能保護和密封端接，並添加額外的機械堅固性。

FIT 600 熱收縮管十分常見。例如，型號 F6001IN BK005 由氯化聚烯烴 (CPO) 製成，在收縮前的直徑為 1"。CPO 在撓性、耐熱性、耐化學性之間達到平衡。在低溫下保持撓性，並且比標準交聯聚烯烴 (XLPO) 熱收縮管更具撓性。CPO 的抗拉強度是矽橡膠熱收縮管的兩倍，工作溫度範圍為 -75°C 至 +121°C，並且在極端環境下可與 Xtra-Guard 4 纜線完美搭配 (圖 4)。

圖 4：Alpha Wire 的 FIT 600 熱收縮管在極端環境下與 Xtra-Guard 4 纜線的效能完美搭配。(圖片來源：Alpha Wire)

FIT 600 熱收縮管系列也符合 AMS-DTL-23053/1 Class 1 和 Class 2 標準。 AMS-DTL-23053/1 是用於軍事和航太系統中電氣絕緣、防拉、磨損保護的熱收縮管軍用規範。

此標準規定 Class 1 (厚壁管) 和 Class 2 (中等壁管)。標稱恢復壁厚與管材收縮前的擴張尺寸有直接關係。例如，對於收縮前 1" 的標稱尺寸，中等壁管的恢復壁厚約為 0.070 in (1.78 mm)。

結論

Alpha Wire 的 Xtra-Guard 4 纜線具有確保在極端環境下順暢作業所需的一切特點。其指定溫度範圍為 -50°C 至 +125°C，適用於北極管線控制的寒冷環境、石化廠房的極熱環境，並且可以耐受食品和飲料加工作業中的蒸汽清潔和消毒。

其 TPE 絕緣層具有優異的撓性以及耐水、抗溶劑、抗紫外線和其他環境挑戰的能力。提供多種導體配置、EMI 屏蔽等級、額定電壓，可滿足各種應用要求。

已通過 UL 認證，適用於各種托盤纜線安裝類型或直接埋設。最後，FIT 600 熱收縮管與 Xtra-Guard 4 纜線的撓性、耐化學性、工作溫度完美匹配。DigiKey 獨家提供 100 ' 和 1000' 線軸的 Xtra-Guard 4。

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