如何选择在极端环境下也具有卓越性能的电缆

北极管道控制、公共交通系统、采矿和军事设备，以及食品、饮料和石化业务等应用，均需在极端环境中持续运行，因此必须采用可靠性高的电缆以确保不间断作业与安全。其中的一个关键要求是在 -50°C 至 +125°C 的温度范围内工作。

电缆应采用热塑性弹性体 (TPE) 绝缘材料，其低温柔韧性是聚氯乙烯 (PVC) 的三倍，且耐溶剂和水，具有出色的紫外线 (UV) 稳定性并可回收利用，以增强可持续性。电缆应能适合在恶劣的室外条件，如室外暴露，或直接埋入地下以加快安装。

电缆必须满足严格的 UL 和 CSA 要求，并采用多线对和多线芯结构，用户可选择托盘电缆 (TC)、限功率托盘电缆 (PLTC) 或风轮机托盘电缆 (WTTC) 性能，以及各种不同的电磁干扰 (EMI) 屏蔽和额定电压，以适应各种各样的应用需求。

本文重点围绕 Alpha Wire 的 Xtra-Guard 4 电缆结构，评析使用 TPE 绝缘材料的性能和可持续发展优势。本文探讨这些电缆如何简化高难度场所的安装，最后简要介绍了符合 AMS-DTL-23053/1 1 级和 2 级标准的 FIT-600 等热收缩套管如何加强 Xtra-Guard 4 电缆的安装效果。

PVC 限制和 TPE 解决方案

PVC 是一种应用广泛、性能卓越的绝缘材料，但并非万能。在某些应用中，如用于极端环境的电缆，PVC 可能不是最佳选择。在这些应用中，TPE 是一种有用的绝缘材料，可以替代 PVC。

TPE 解决了与 PVC 相关的性能和环境问题。在北极管道和可再生能源系统控制、公共交通系统、采矿和军事设备等可能承受极低温度的应用中，TPE 可能是更好的选择。

TPE 本质上是由硬质热塑性塑料与软质弹性聚合物通过混合或共聚形成的复合材料，可针对具体应用实现最优性能。Alpha Wire 的 Xtra-Guard Flex 4 电缆所用 TPE 的低温柔韧性是 PVC 的 3 倍。这一特性简化了安装和维护工作。

有些应用会承受极高温，如食品饮料加工行业的高温消毒冲洗以及特定的石化工艺流程。TPE 的额定使用温度高达 +125°C，是在高温条件下保持稳定可靠性的绝佳选择。相比 PVC 替代品，TPE 还能更好地抵御在各种各样的应用中常见的溶剂、水、油、阳光中的紫外线和火灾等各种危险。

归根结底，每个系统的生命周期都是有限的，回收利用和可持续发展是决定设备是否存在长期影响的关键因素。这是 TPE 的另一个优势。卤素（如氯、氟和溴）具有高活性。典型的 PVC 含氯量约为 29% （按重量计）。如氟化乙烯丙烯 (FEP) 和聚四氟乙烯（PTFE，通常称为特氟龙）等其他替代品，含氟量可高达 76% 。

在正常使用过程中，PVC、FEP 和 PTFE 等材料是无害的，而且非常有用。在使用寿命结束后进行回收利用时，这些材料可能会成为有害和有毒化合物的源头。TPE 是一种热塑性塑料，意味着可以反复熔化和重塑而不会降解。使用 TPE 绝热材料有助于减少浪费、节约资源，并最大限度地减少废旧处理对环境的影响。

优化屏蔽

EMI 可能是电子系统可能遭受的另一种环境危害，Alpha Wire 的 Xtra-Guard 4 电缆为设计人员提供了三种屏蔽选择，以应对低、中和高强度 EMI（图 1）。

• 在低 EMI 环境中，合适选择非屏蔽电缆。这类电缆直径最小、重量最轻。
• 在中等 EMI 情况下，铝箔/聚酯箔屏蔽就足以应对。就 EMI 性能、电缆尺寸和重量而言，箔屏蔽提供了一种中间解决方案。镀锡铜排流线简化了电缆接地，从而提升了屏蔽效能。
• 在处理高强度 EMI 时，设计人员可以选择 Alpha 的 Supra-Shield 电缆，这种电缆采用了铝/聚酯/铝箔和镀锡铜编织屏蔽层组合结构，实现了 75% 的高密度覆盖。Supra-Shield 可在整个频率范围内提供高性能屏蔽，确保系统完整性，同时保持电缆的柔韧性，以实现简便安装。

图 1：与传统的铝箔/聚酯箔屏蔽相比，Supra-Shield 在整个频率范围内具有更优的性能。(图片来源：Alpha Wire）

更多电缆结构选项

绝缘材料和屏蔽只是电缆结构的两个方面。除此之外，还有构成电缆组件核心的导体，用于提供系统运行所需的电能和信息流。

Xtra-Guard 4 电缆提供多线芯和多线对设计选择。这两种类型都是在一个护套内包含多根导线，但其结构和预期用途不同。

多根独立导体捆绑在一起形成多芯电缆。这类电缆适用于一般应用，如配电或简单的控制布线，在设计时无需考虑信号完整性。

在多对电缆中，导线事先经过绞合，然后整合成电缆。扭转可减少噪音和干扰，使每对导线都适用于更高速的数据传输和通信应用（图 2）。

图 2：Xtra-Guard 4 电缆提供多个双绞线对（上图）和多根独立导体（下图）选择。(图片来源：Alpha Wire）

多芯电缆的导体规格为 16 AWG 到 24 AWG，导体数量为 2 到 40 根，绞合结构也多种多样，包括 16/30、7/28 和 41/30。多对电缆的导体规格为 18 AWG 到 24 AWG，线对数为 1 到 19，绞合方式有 16/30、7/28、7/30 和 7/32。

电缆额定值

为确保电缆能成功地用于极端环境，选择电缆时还需重点考虑额定电压和 UL 类型。Xtra-Guard 4 是多芯电缆，其额定电压为 300 V 和 600 V。多线对设计包含 300 V 版本，适用于数据传输和通信应用。

电缆桥架通常用来替代导管或明线布线。电缆桥架有助于高效地安装、管理和维护电缆。UL 认证电缆桥架主要分为两种类型，主要区别在于其额定电压。

TC 型的额定电压为 600 V，适用于工业应用中的电源和控制电路。PLTC 型电缆的额定电压为 300 V，主要用于信号和通信电路。Xtra-Guard 4 多芯电缆可用于 TC 和 PLTC 应用，多线对电缆可用于 PLTC 应用（24 AWG 电缆除外）。

TC 级电缆常用于需要阻燃的应用。根据美国国家电气规范 (NEC) 的规定，PLTC 电缆可用于 2 类和 3 类电路。

2 类电路的最低额定电压为 150 V，而 3 类电路的最低额定电压为 300 V。两者的最大功率都限制在 100 VA，并且不会引发火灾。2 类电路因其低电压和功率限制而被视作触电安全电路，而 3 类电路通常需要额外的触电保护措施。

Xtra-Guard 4 电缆还通过了 UL WTTC 认证，可用于风轮机，并经美国宾夕法尼亚州深部采矿安全局批准，可用于全矿监控系统（14 AWG 电缆除外）。Alpha Wire 提供全面的 Xtra-Guard 4 电缆系列（图 3）。其中的几款产品如下：

• 45053：多芯非屏蔽，含 3 根 20 AWG 7/28 导线，额定电压 300 V
• 45440/9：多导线箔屏蔽，含 9 根 16 AWG 19/.0117 导线，额定电压 600 V
• 45162：多导线超级屏蔽，含 2 根 18 AWG 16/30 导线，额定电压 300 V
• 45032：多线对非屏蔽，2 对 18 AWG 16/30 导线，额定电压 300 V
• 45484：多线对箔屏蔽，4 对 22 AWG 7/30 导线，额定电压 300 V
• 45126：多线对超级屏蔽，6 对 22 AWG 7/30 导线，额定电压 300 V

图 3：Xtra-Guard 4 电缆有多种电缆和屏蔽结构，额定电压分为 300 V 和 600 V（图片来源：Alpha Wire）

安装简便、坚固耐用

在根据具体应用选定相匹配的电缆之后，最后一步就是简便、牢固的安装。除了上文详述的电缆桥架安装外，设计人员还可将 Xtra-Guard 4 电缆用于户外和直埋应用中。在这些应用中，电缆无需电缆管即可抵御风化和紫外线老化的影响。这样可以大大简化和加快安装过程。

这些电缆包括一条尼龙撕裂绳，以便剥开护套。Alpha Wire 的 FIT 热缩管不仅提供了一种可靠的保护和端接密封方法，还进一步增强了机械坚固性。

FIT 600 热缩管是一种常见选择。例如，F6001IN BK005 型热缩管的收缩前直径为 1 英寸，由氯化聚烯烃 (CPO) 制成。CPO 兼具柔韧性、耐热性及耐化学腐蚀性。这种热缩管能够保持低温柔韧性，且柔韧性远超标准的交联聚烯烃 (XLPO) 热缩管。此外，CPO 热缩管的拉伸强度是硅橡胶热缩管的两倍，工作温度范围为 -75°C 至 +121°C，在极端环境下可与 Xtra-Guard 4 电缆配合使用（图 4）。

图 4：Alpha Wire 的 FIT 600 热缩管与 Xtra-Guard 4 电缆在极端环境下的性能非常匹配。（图片来源：Alpha Wire）

FIT 600 热缩管系列还符合 AMS-DTL-23053/1 1 类和 2 类标准。AMS-DTL-23053/1 是一项军用规范，适用于军用和航空航天系统中用于电气绝缘、应力消除和磨损保护的热缩管。

该标准规定了 1 类（壁厚较大的管材）和 2 类（壁厚中等的管材）。标称恢复后壁厚与管材收缩前的膨胀尺寸直接相关。例如，对于收缩前为 1" 的标称尺寸，中等壁厚管的恢复壁厚约为 0.070 英寸（1.78 mm）。

结语

Alpha Wire Xtra-Guard 4 电缆具备确保其能充分适应极端环境的卓越性能和特性。这种电缆的规定使用温度为 -50°C 至 +125°C，适用于北极管道控制的寒冷环境和石化厂的酷热环境，并能经受食品和饮料加工操作中的蒸汽清洗和消毒。

其 TPE 绝缘材料具有出色的柔韧性、防水性、耐溶剂性、抗紫外线和其他适应环境挑战的特性。这些电缆有各种导线配置、EMI 屏蔽等级和额定电压，可满足不同的应用要求。

这些电缆通过了 UL 认证，适用于各种桥架电缆安装类型或直接埋设。最后，FIT 600 热缩管在柔韧性、耐化学性能方面能够很好地匹配 Xtra-Guard 4 电缆在工作温度下的性能。Xtra-Guard 4 分为 100 英尺和 1000 英尺两种长度，由 DigiKey 独家提供。

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