Comment spécifier les câbles pour les environnements extrêmes

Le contrôle des pipelines dans l'Arctique, les systèmes de transports en commun, les équipements miniers et militaires, ainsi que les opérations agroalimentaires et pétrochimiques sont des exemples d'applications en environnements extrêmes exigeant un câblage robuste pour garantir un fonctionnement et une sécurité continus. L'une des exigences clés est un fonctionnement à des températures étendues de -50°C à +125°C.

Les câbles doivent être dotés d'un isolant en élastomère thermoplastique (TPE) qui offre une flexibilité à basse température trois fois supérieure à celle du polychlorure de vinyle (PVC), résiste aux solvants et à l'eau, présente une excellente stabilité à la lumière ultraviolette (UV) et est recyclable dans une optique de développement durable. Ils doivent être adaptés à une utilisation dans des conditions extérieures difficiles, à une exposition aux intempéries ou à une pose en pleine terre pour accélérer l'installation.

Ils doivent répondre aux exigences strictes des normes UL et CSA et être disponibles dans des configurations multipaires et multiconducteurs, avec un choix de performances de chemins de câbles (TC), de chemins de câbles à puissance limitée (PLTC) ou de chemins de câbles pour éoliennes (WTTC), une gamme d'options de blindage contre les interférences électromagnétiques (EMI) et des tensions nominales adaptées à une variété de scénarios d'application.

Cet article examine les avantages de l'utilisation d'un isolant TPE en termes de performances et de durabilité, avec l'accent sur la construction des câbles Xtra-Guard 4 d'Alpha Wire. Il montre comment ces câbles simplifient l'installation dans les emplacements difficiles, et conclut en présentant brièvement comment des gaines thermorétractables telles que le modèle FIT-600, répondant aux normes AMS-DTL-23053/1 de classes 1 et 2, peuvent améliorer les installations utilisant des câbles Xtra-Guard 4.

Limites du PVC et solutions TPE

Le PVC est un matériau isolant largement utilisé et hautement performant, mais il ne constitue pas une solution miracle. Dans certaines classes d'applications, comme les câbles pour environnements extrêmes, il peut ne pas être la meilleure option. Dans ces applications, il existe une alternative appelée TPE qui peut s'avérer utile.

Le TPE répond aux préoccupations en matière de performances et d'environnement associées au PVC. Dans les applications telles que les contrôles de pipelines arctiques et de systèmes d'énergie renouvelable, les systèmes de transports en commun et les équipements miniers et militaires susceptibles d'être exposés à des températures extrêmement basses, le TPE peut constituer un meilleur choix.

Le TPE est essentiellement la combinaison d'un polymère thermoplastique rigide et d'un polymère élastomère souple, mélangés ou copolymérisés afin d'obtenir des performances optimales pour des applications spécifiques. Le TPE utilisé pour les câbles Xtra-Guard Flex 4 d'Alpha Wire est 3 fois plus flexible que le PVC à basse température, ce qui simplifie l'installation et la maintenance.

Certaines applications sont exposées à des températures extrêmement élevées, comme les lavages sanitaires dans les usines de transformation alimentaire et certains processus pétrochimiques spécifiques. Répertorié pour une utilisation jusqu'à +125°C, le TPE est un excellent choix, offrant une fiabilité constante à hautes températures. Il résiste également mieux que les alternatives en PVC aux risques tels que les solvants, l'eau, les huiles, les rayons UV du soleil et les flammes, qui sont présents dans une grande variété d'applications.

Tous les systèmes ont un cycle de vie limité, et le recyclage et la durabilité sont des facteurs cruciaux pour déterminer l'impact à long terme de l'installation. C'est un autre domaine dans lequel le TPE excelle. Les halogènes (comme le chlore, le fluorure et le brome) sont très réactifs. Le PVC typique contient environ 29 % de chlore en poids. D'autres alternatives, telles que l'éthylène-propylène fluoré (FEP) et le polytétrafluoroéthylène (PTFE, souvent appelé téflon), peuvent contenir jusqu'à 76 % de fluor.

Dans le cadre d'une utilisation normale, les matériaux tels que le PVC, le FEP et le PTFE sont inoffensifs et très utiles. En fin de vie, une fois recyclés, ils peuvent être sources de composés dangereux et toxiques. Le TPE est un thermoplastique, ce qui signifie qu'il peut être fondu et remodelé à plusieurs reprises sans se dégrader. L'utilisation d'isolant TPE permet de réduire les déchets, de préserver les ressources et de minimiser l'impact environnemental associé à l'élimination en fin de vie.

Blindage optimisé

Les EMI peuvent constituer un autre danger environnemental pour les systèmes électroniques, et les câbles Xtra-Guard 4 d'Alpha Wire offrent aux concepteurs trois options de blindage pour répondre aux niveaux EMI faibles, moyens et élevés (Figure 1).

• Dans les environnements à faibles EMI, les câbles non blindés, qui présentent le plus petit diamètre et le poids le plus faible, conviennent.
• Dans les situations à EMI modérées, un blindage à feuille aluminium/polyester peut être suffisant. Les blindages à feuille offrent une solution intermédiaire en termes de performances EMI, de taille de câble et de poids. Le fil de masse en cuivre étamé simplifie la mise à la terre du câble, améliorant ainsi l'efficacité du blindage.
• Lorsqu'ils sont confrontés à des niveaux EMI élevés, les concepteurs peuvent se tourner vers les câbles Supra-Shield d'Alpha qui combinent une feuille aluminium/polyester/aluminium et un blindage tressé en cuivre étamé avec une couverture étroite de 75 %. Le câble Supra-Shield offre un blindage hautes performances sur l'ensemble du spectre de fréquences, garantissant l'intégrité du système tout en maintenant la flexibilité du câble pour une installation aisée.

Figure 1 : Les applications exigeant une protection EMI maximum peuvent bénéficier du câble Supra-Shield, qui offre des performances supérieures sur toute la gamme de fréquences par rapport aux blindages conventionnels à feuille aluminium/polyester. (Source de l'image : Alpha Wire)

Autres options de construction de câbles

Les matériaux isolants et le blindage ne sont que deux aspects de la construction des câbles. Il y a également les conducteurs qui forment le cœur de l'assemblage, facilitant le flux d'énergie électrique et d'informations pour le fonctionnement du système.

Les câbles Xtra-Guard 4 sont proposés avec un choix de conceptions multiconducteurs et multipaires. Les deux types comportent plusieurs fils dans une seule gaine, mais ils diffèrent dans leur structure et leurs applications prévues.

Plusieurs conducteurs individuels sont regroupés pour former un câble multiconducteur. Ces câbles conviennent aux applications à usage général, telles que la distribution d'alimentation ou le câblage de commande simple lorsque l'intégrité des signaux n'est pas un problème de conception.

Dans les câbles multipaires, les paires de conducteurs sont torsadées ensemble avant d'être intégrées au câble. La torsion réduit le bruit et les interférences, rendant chaque paire adaptée aux applications de communication et de transmission de données à haut débit (Figure 2).

Figure 2 : Les câbles Xtra-Guard 4 sont disponibles avec plusieurs paires torsadées (en haut) et plusieurs conducteurs individuels (en bas). (Source de l'image : Alpha Wire)

Les câbles multiconducteurs sont disponibles avec des conducteurs de 16 à 24 AWG, de 2 à 40 conducteurs et diverses structures de toronnage, notamment 16/30, 7/28 et 41/30. Les câbles multipaires sont disponibles avec des conducteurs de 18 à 24 AWG, de 1 à 19 paires et avec des options de toronnage de 16/30, 7/28, 7/30 et 7/32.

Classification des câbles

La tension nominale et le type UL sont d'autres facteurs à prendre en compte lors de la spécification des câbles, afin de garantir leur bon fonctionnement en environnements extrêmes. Des câbles multiconducteurs Xtra-Guard 4 sont disponibles, répertoriés à 300 V et 600 V. Des conceptions multipaires sont disponibles pour 300 V, convenant aux applications de communication et de transmission de données.

Les chemins de câbles sont souvent utilisés comme alternative aux conduits ou au câblage ouvert. Ils favorisent l'installation, la gestion et la maintenance efficaces des câbles. Il existe deux principaux types de câbles de chemins de câbles répertoriés UL. La principale différence réside dans leur tension nominale.

Le type TC est répertorié à 600 V, ce qui le rend adapté aux circuits d'alimentation et de commande dans les applications industrielles. Les câbles de type PLTC sont répertoriés à 300 V et sont principalement utilisés pour les circuits de signalisation et de communication. Les câbles multiconducteurs Xtra-Guard 4 sont disponibles pour les applications TC et PLTC, tandis que les câbles multipaires sont disponibles pour les applications PLTC (sauf 24 AWG).

Les câbles répertoriés TC sont souvent utilisés dans les applications où des propriétés ignifuges sont requises. Les câbles PLTC peuvent être utilisés dans les circuits de classe 2 et de classe 3, selon la définition du code NEC (National Electrical Code).

Les circuits de classe 2 ont une tension nominale minimum de 150 V, tandis que les circuits de classe 3 requièrent une tension nominale minimum de 300 V. Les deux sont limités à une puissance maximum de 100 VA et sont protégés contre le déclenchement d'incendie. Les circuits de classe 2 sont considérés comme résistants aux chocs électriques en raison de leur basse tension et de leurs limites de puissance, tandis que les circuits de classe 3 requièrent souvent des mesures de protection supplémentaires contre les chocs.

Les câbles Xtra-Guard 4 sont également répertoriés UL WTTC pour une utilisation dans les applications d'éoliennes, et ils sont approuvés par le Pennsylvania Bureau of Deep Mining Safety pour les systèmes de surveillance à l'échelle de la mine (sauf 14 AWG). Alpha Wire propose une gamme complète de câbles Xtra-Guard 4 (Figure 3). Voici quelques exemples :

• 45053, multiconducteur non blindé, avec 3 conducteurs 20 AWG 7/28, répertorié pour 300 V
• 45440/9, multiconducteur blindé par feuille, avec 9 conducteurs 16 AWG 19/.0117, répertorié pour 600 V
• 45162, multiconducteur Supra-Shield, avec 2 conducteurs 18 AWG 16/30, répertorié pour 300 V
• 45032, multipaire non blindé, avec 2 paires de conducteurs 18 AWG 16/30, répertorié pour 300 V
• 45484, multipaire blindé par feuille, avec 4 paires de conducteurs 22 AWG 7/30, répertorié pour 300 V
• 45126, multipaire Supra-Shield, avec 6 paires de conducteurs 22 AWG 7/30, répertorié pour 300 V

Figure 3 : Les câbles Xtra-Guard 4 sont disponibles dans une variété de configurations de câbles et de blindages et avec des valeurs nominales de 300 V et 600 V. (Source de l'image : Alpha Wire)

Installation simple et robuste

Une fois le câble spécifié et adapté à l'application, la dernière pièce du puzzle consiste en une installation simple et robuste. En plus des installations de chemins de câbles détaillées ci-dessus, les concepteurs peuvent utiliser les câbles Xtra-Guard 4 dans les applications en extérieur et à pose en pleine terre, où ils résistent à l'impact des intempéries et du vieillissement UV sans nécessiter de conduit. Cela peut considérablement simplifier et accélérer l'installation.

Ces câbles incluent un fil de déchirement en nylon pour un dénudage facile de la gaine. Les gaines thermorétractables FIT d'Alpha Wire offrent un moyen fiable de protéger et d'étanchéifier les terminaisons, tout en apportant une robustesse mécanique supplémentaire.

La gaine thermorétractable FIT 600 constitue un choix populaire. Par exemple, le modèle F6001IN BK005 a un diamètre de 25,4 mm avant rétraction et est fabriqué en polyoléfine chlorée (CPO), qui offre un bon équilibre entre flexibilité et résistance à la chaleur et aux produits chimiques. La gaine conserve sa flexibilité à basse température et est plus flexible que les gaines thermorétractables en polyoléfine réticulée (XLPO) standard. Le matériau CPO offre également une résistance à la traction deux fois supérieure à celle des gaines thermorétractables en caoutchouc de silicone avec une plage de températures de fonctionnement de -75°C à +121°C, et il fonctionne bien avec les câbles Xtra-Guard 4 en environnements extrêmes (Figure 4).

Figure 4 : La gaine thermorétractable FIT 600 d'Alpha Wire s'adapte parfaitement aux performances des câbles Xtra-Guard 4 dans les environnements extrêmes. (Source de l'image : Alpha Wire)

La série de gaines thermorétractables FIT 600 est également conforme à la norme AMS-DTL-23053/1 de classes 1 et 2. La norme AMS-DTL-23053/1 est une spécification militaire pour les gaines thermorétractables utilisées pour l'isolement électrique, la réduction de tension et la protection contre l'abrasion dans les systèmes militaires et aérospatiaux.

La norme spécifie à la fois la classe 1, qui correspond aux gaines à paroi épaisse, et la classe 2, qui correspond aux gaines à paroi moyenne. L'épaisseur nominale de la paroi récupérée est directement liée à la taille expansée de la gaine avant rétraction. Par exemple, pour une taille nominale de 25,4 mm avant rétraction, l'épaisseur de paroi récupérée pour une gaine à paroi moyenne est d'environ 1,78 mm.

Conclusion

Les câbles Xtra-Guard 4 d'Alpha Wire ont tous les atouts pour garantir les performances dans les environnements extrêmes. Spécifiés pour des températures de -50°C à +125°C, ils conviennent à une utilisation dans les environnements froids, tels que les systèmes de contrôle des pipelines dans l'Arctique, et en conditions de chaleur extrême comme les usines pétrochimiques, et ils peuvent résister au nettoyage à la vapeur et à la stérilisation dans les opérations de transformation alimentaire.

Leur isolant TPE offre une flexibilité supérieure ainsi qu'une résistance à l'eau, aux solvants, aux rayons UV et à d'autres défis environnementaux. Ils sont disponibles dans une variété de configurations de conducteurs, de niveaux de blindage EMI et de tensions nominales pour répondre aux exigences d'un large éventail d'applications.

Ils sont homologués UL pour divers types d'installation de chemins de câbles ou pour la pose en pleine terre. Enfin, la gaine thermorétractable FIT 600 est bien adaptée à la flexibilité, à la résistance aux produits chimiques et aux capacités de température de fonctionnement des câbles Xtra-Guard 4. Xtra-Guard 4 est disponible en bobines de 30 m et 300 m, exclusivement chez DigiKey.

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