극한 환경에서 성공을 보장하기 위해 케이블을 지정하는 방법

작성자: Jeff Shepard

DigiKey 북미 편집자 제공

2025-06-27

북극의 파이프라인 제어, 대중 교통 시스템, 광업 및 군사 장비, 식음료, 석유화학 분야는 극한 환경에서 중단 없는 작동과 안전을 보장하기 위해 견고한 케이블링이 필요한 응용 분야의 예입니다. 핵심적인 요구 사항은 -50°C ~ +125°C의 확장된 작동 온도 범위입니다.

이러한 케이블에는 폴리염화비닐(PVC)의 3배에 달하는 저온 유연성을 제공하고, 내용제성 및 방수 기능을 지원하며, 뛰어난 자외선(UV) 안정성을 제공하고, 지속 가능성 향상을 위해 재활용이 가능한 열가소성 탄성 중합체(TPE) 절연 처리가 필요합니다. 이 케이블은 열악한 실외 환경이나, 소자에 노출되어 있거나, 설치 속도 향상을 위해 직접 매설되는 경우에 적합해야 합니다.

이 케이블은 엄격한 UL 및 CSA 요구 사항을 충족해야 하고 다중쌍 및 다중 컨덕터 구성으로 제공되어야 합니다. 또한 트레이 케이블(TC), 전력 제한 트레이 케이블(PLTC), 풍력 터빈용 트레이 케이블(WTTC) 성능 옵션과 다양한 응용 시나리오에 적합한 전자기 간섭(EMI) 차폐 옵션 및 전압 정격 범위를 지원해야 합니다.

이 기사에서는 Alpha Wire의 Xtra-Guard 4 케이블 구성에 중점을 두고 TPE 절연 사용으로 제공되는 성능 및 지속 가능성 이점을 검토합니다. 또한 이러한 케이블이 까다로운 위치에서의 설치를 간소화하는 방법을 검토하고 마지막으로 FIT-600처럼 AMS-DTL-23053/1 Class 1 및 2 표준을 충족하는 열 수축 튜브가 Xtra-Guard 4 케이블을 사용한 설치를 어떻게 개선할 수 있는지 간략하게 살펴봅니다.

PVC의 한계 및 TPE 솔루션

PVC는 널리 사용되는 고성능 절연 재료이지만 모든 경우에 적합하지는 않습니다. 극한 환경을 위한 케이블과 같은 특정 응용 분야에서는 최적의 옵션이 아닐 수도 있습니다. 이러한 경우에는 대안으로 TPE를 사용하는 것이 유용할 수 있습니다.

TPE는 PVC와 연관된 성능 및 환경 문제를 해결합니다. 극한의 저온에 직면하는 북극의 파이프라인 및 재생 가능 에너지 시스템 제어, 대중 교통 시스템, 광산 및 군사 장비와 같은 응용 분야에서는 TPE를 사용하는 것이 더 유용할 수 있습니다.

TPE는 기본적으로 특정 응용 분야를 위한 최적의 성능을 제공하도록 혼합되거나 공중합된 경질의 열가소성 고분자와 연성의 탄성체 고분자의 조합입니다. Alpha Wire의 Xtra-Guard Flex 4 케이블에 사용된 TPE는 저온에서 PVC보다 유연성이 3배 이상 뛰어납니다. 따라서 설치 및 유지보수가 간소화됩니다.

일부 응용 분야의 경우 식음료 가공 및 특정 석유화학 공정의 위생 세척과 같은 매우 높은 온도가 발생합니다. 최대 +125°C에 대해 정격화된 TPE는 높은 온도에서 일관적인 신뢰성을 제공하므로 훌륭한 선택지입니다. TPE는 또한 PVC에 비해 광범위한 응용 분야에서 노출되는 용제, 물, 기름, 태양의 자외선, 화염과 같은 위험 요소에 대한 내구성이 뛰어납니다.

최종적으로, 모든 시스템에는 유한한 수명 주기가 있으므로 결국 설치의 장기적 영향을 결정하는 데 재활용 및 지속 가능성이 중요한 요인으로 작용합니다. 이는 TPE의 우수성을 확인할 수 있는 또 다른 영역입니다. 할로겐(예: 염소, 불소, 브롬)은 반응성이 뛰어납니다. 일반적인 PVC에는 무게에 따라 약 29%의 염소가 포함되어 있습니다. 불소화 에틸렌 프로필렌(FEP) 및 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE, 종종 테플론이라고도 함)과 같은 다른 대체 재료는 최대 76%의 불소를 포함할 수 있습니다.

일상적인 사용 중 PVC, FEP, PTFE와 같은 재료는 무해하고 매우 유용하지만 수명이 종료되어 재활용될 경우 유해한 독성 화합물의 원인이 될 수 있습니다. TPE는 열가소성 수지입니다. 즉, 성능 강하 없이 반복적으로 용해되고 재구성될 수 있습니다. TPE 절연을 사용하면 폐기물을 줄이고, 자원을 보존하며, 수명 종료 시 폐기와 연관된 환경적 영향을 최소화하는 데 도움이 됩니다.

최적화된 차폐

EMI는 전자 시스템에 또 다른 환경적 위험 요소가 될 수 있으며, Alpha Wire의 Xtra-Guard 4 케이블은 설계자에게 낮은 수준부터 중간 및 높은 수준의 EMI까지 처리할 수 있도록 다음 세 가지 차폐 옵션을 제공합니다(그림 1).

저 EMI 환경에서는 가장 작은 지름과 가장 가벼운 솔루션을 제공하는 비차폐 케이블이 적합합니다.
중간 수준의 EMI 환경에서는 알루미늄/폴리에스터 호일 차폐가 적합할 수 있습니다. 호일 실드는 EMI 성능, 케이블 크기, 무게 측면에서 중간 수준의 솔루션을 제공합니다. 주석 구리 드레인 전선은 케이블 접지를 간소화하여 차폐 효과를 향상시킵니다.
높은 수준의 EMI를 처리해야 할 경우 설계자는 알루미늄/폴리에스테르/알루미늄 호일과 주석 도금된 구리 브레이드 실드를 사용하여 75%의 고밀도 커버리지를 제공하는 Alpha Supra-Shield 케이블을 선택할 수 있습니다. Supra-Shield는 전체 주파수 스펙트럼에 걸쳐 고성능 차폐를 제공하여, 시스템 무결성을 보장하면서 손쉬운 설치를 위한 케이블 유연성을 유지할 수 있습니다.

Supra-Shield와 알루미늄/폴리에스테르 호일 차폐의 주파수 대비 차폐 효과 그래프 그림 1: 최대 EMI 차폐 효과를 필요로 하는 응용 제품의 경우 일반적인 알루미늄/폴리에스테르 호일 차폐와 비교하여 주파수 범위에 걸쳐 더 뛰어난 성능을 제공하는 Supra-Shield를 선택할 수 있습니다(이미지 출처: Alpha Wire).

추가적인 케이블 구성 옵션

절연 재료와 차폐는 케이블 구성의 두 가지 측면에 불과합니다. 조립체의 핵심을 구성하는 컨덕터도 있습니다. 이러한 컨덕터는 시스템 작동을 위해 전기 에너지와 정보의 흐름을 원활하게 합니다.

Xtra-Guard 4 케이블은 다중 컨덕터 및 다중쌍 설계 옵션 중 선택할 수 있습니다. 두 유형 모두 단일 외피 내에 여러 전선을 포함하고 있지만, 해당 구조와 용도에 차이가 있습니다.

다중 컨덕터 케이블은 여러 개의 개별 컨덕터가 함께 묶여 있는 형태입니다. 이 제품은 신호 무결성이 설계 상의 주요 고려 사항이 아닐 경우 배전 또는 간단한 제어와 같은 일반적인 응용 분야에 적합합니다.

다중쌍 케이블에서, 컨덕터 쌍은 케이블에 통합되기 전에 서로 꼬여져 있습니다. 이러한 꼬임은 잡음과 간섭을 줄여주어 각 쌍이 고속 데이터 전송 및 통신 응용 분야에 적합하도록 합니다(그림 2).

꼬임쌍(상단) 및 다중 개별 컨덕터(하단) 구성의 Alpha Wire Xtra-Guard 4 케이블 그림 2: Xtra-Guard 4 케이블은 여러 꼬임쌍(상단) 및 여러 개별 컨덕터(하단)으로 제공됩니다(이미지 출처: Alpha Wire).

다중 컨덕터 케이블은 16AWG ~ 24AWG의 2개 ~ 40개 컨덕터와 다양한 연선 구조(예: 16/30, 7/28, 41/30)로 제공됩니다. 다중쌍 케이블은 18AWG ~ 24AWG의 컨덕터, 1쌍 ~ 19쌍, 16/30, 7/28, 7/30, 7/32의 연선 구조로 제공됩니다.

케이블 정격

극한 환경에서의 성공을 보장하기 위한 케이블을 지정할 때 고려해야 할 사항은 전압 정격과 UL 유형입니다. 300V 및 600V 다중쌍 설계에서 정격화된 다중 컨덕터 Xtra-Guard 4 케이블은 300V에 대해 사용 가능하므로 데이터 전송 및 통신 응용 분야에 적합합니다.

케이블 트레이는 종종 도관 또는 개방형 배선에 대한 대안으로 사용됩니다. 이는 효율적인 케이블 설치, 관리, 유지보수를 지원합니다. UL 등급의 케이블 트레이에는 두 가지 주요 유형이 있습니다. 주요 차이점은 전압 정격입니다.

TC 유형은 600V 정격이며 산업 응용 분야의 전력 및 제어 회로에 적합합니다. PLTC 유형 케이블은 300V 정격이며 신호 및 통신 회로에 주로 사용됩니다. Xtra-Guard 4 다중 컨덕터 케이블은 TC 및 PLTC 응용 분야에 사용 가능하고, 다중쌍 케이블은 PLTC 응용 분야에 사용 가능합니다(24AWG 예외).

TC 정격 케이블은 종종 난연성이 중요한 응용 분야에 사용됩니다. PLTC 케이블은 NEX(미국 전기 코드)에 정의된 Class 2 및 Class 3 회로에 사용할 수 있습니다.

Class 2 회로는 150V의 최소 전압 정격을 제공하고 Class 3 회로는 300V의 최소 정격을 필요로 합니다. 둘 모두 최대 100VA의 전력으로 제한되며 발화로부터 안전합니다. Class 2 회로는 낮은 전압과 전력 제한으로 인해 감전에 대해 안전한 것으로 간주되며, Class 3 회로는 감전 보호를 위해 추가적인 안전 조치가 필요한 경우가 많습니다.

Xtra-Guard 4 케이블은 또한 풍력 발전용 터빈 응용 분야에 사용하도록 정격화되어 있으며 광산 전역 모니터링 시스템에 대해 펜실베이니아주 심층 광산 안전국(Pennsylvania Bureau of Deep Mining Safety)의 승인을 받았습니다. Alpha Wire는 포괄적인 Xtra-Guard 4 베이클 라인을 제공합니다(그림 3). 다음과 같은 몇 가지 예가 있습니다.

45053 - 비차폐형 다중 컨덕터, 3개의 20AWG 7/28 컨덕터 사용, 300V 정격
45440/9 - 비차폐형 다중 컨덕터 호일, 9개의 16AWG 19/.0117 컨덕터, 600V 정격
45162 - 다중 컨덕터 Supra Shielded, 2개의 18AWG 16/30 컨덕터, 300V 정격
45032 - 비차폐 다중쌍, 2개의 18AWG 16/30 컨덕터 쌍, 300V 정격
45484 - 비차폐 다중쌍 호일, 4개의 22AWG 7/30 컨덕터 쌍, 300V 정격
45126 다중쌍 Supra-Shielded, 6개의 22AWG 7/30 컨덕터 쌍, 300V 정격

다양한 케이블 및 차폐 구성으로 제공되는 Alpha Wire Xtra-Guard 4 케이블 이미지 그림 3: Xtra-Guard 4 케이블은 다양한 케이블 및 차폐 구성과 300V 및 600V의 정격으로 제공됩니다(이미지 출처: Alpha Wire).

간편하고 안정적인 설치

케이블을 지정하고 응용 분야에 맞게 매칭한 후 마지막으로 고려할 사항은 손쉽고 견고한 설치입니다. 위에서 자세히 설명했던 케이블 트레이 설치 이외에, 설계자는 실외 및 직접 매립 Xtra-Guard 4 케이블을 응용 분야에 사용할 수 있습니다. 이러한 환경에서 이 케이블은 도관 없이 기후 및 UV 노화의 영향을 견딜 수 있습니다. 또한 설치를 크게 간소화하고 속도를 높일 수 있습니다.

이러한 케이블에는 간편한 외피 스트리핑을 위한 나일론 립 코드가 포함되어 있습니다 Alpha Wire의 FIT 열 수축 튜브는 추가적인 기계적 견고성을 강화할 뿐만 아니라 종단 부분을 보호하고 밀봉할 수 있는 신뢰할 수 있는 방법을 제공합니다.

FIT 600 열 수축 튜브는 많이 사용하는 옵션입니다. 예를 들어 모델 F6001IN BK005는 수축되기 전 1” 지름이며 염소화 폴리올레핀(CPO)으로 만들어 졌습니다. CPO는 유연성과 내열성 및 내화학성의 균형을 제공합니다. CPO는 낮은 온도에서 유연성을 유지하며 표준 교차 연결 폴리올레핀(XLPO) 열 수축 튜브보다 뛰어난 유연성을 제공합니다. 또한 -75°C ~ +121°C의 작동 온도 범위에서 실리콘 고무 열 수축 튜브의 인장 강도의 두 배를 제공하고 극한 환경에서 Xtra-Guard 4 케이블과 함께 사용하기에 매우 적합합니다(그림 4).

Alpha Wire FIT 600 열 수축 튜브 이미지 그림 4: Alpha Wire의 FIT 600 열 수축 튜브는 극한 환경에서 Xtra-Guard 4 케이블의 성능과 조화를 이룹니다(이미지 출처: Alpha Wire).

FIT 600 열 수축 튜브 계열은 AMS-DTL-23053/1 Class 1 및 Class 2를 충족합니다. AMS-DTL-23053/1은 군사 및 항공우주 시스템에서 전기 절연, 스트레인 완화 기능, 마모 보호 용도로 사용되는 열 수축 튜브에 대한 군사용 사양입니다.

이 표준은 굵은 두께의 튜브인 Class 1과 중간 두께 튜브인 Class 2를 모두 지정합니다. 수축 후의 공칭 벽 두께는 수축 전에 확장된 튜브 크기와 직접적으로 연관되어 있습니다. 예를 들어, 수축 전 공칭 크기가 1"인 경우, 중간 두께 튜브의 수축 후 벽 두께는 약 0.070"(1.78mm)입니다.

결론

Alpha Wire Xtra-Guard 4 케이블은 극한 환경에서의 성공을 보장하는 데 필요한 기능을 갖추고 있습니다. -50°C ~ +125°C의 온도에 대해 사양이 지정된 이 케이블은 북극의 파이프 제어의 추운 환경이나 석유화학 공장의 고온에서 사용하기에 적합하며, 식음료 공정의 스팀 세척 및 살균을 견딜 수 있습니다.

이 케이블의 TPE 절연은 뛰어난 유연성뿐만 아니라 물, 용제, 자외선 및 기타 환경적 요소에 대한 내성을 제공합니다. 또한 다양한 응용 분야의 요구 사항을 충족할 수 있도록 다양한 컨덕터 구성, EMI 차폐 레벨, 전압 정격으로 제공됩니다.

뿐만 아니라 다양한 트레이 케이블 설치 유형 또는 직접 매립을 위해 UL 인증을 획득했습니다. 마지막으로, FIT 600 열 수축 튜브는 Xtra-Guard 4 케이블의 유연성, 내화학성, 작동 온도 범위에 대한 완벽한 매치를 제공합니다. Xtra-Guard 4는 DigiKey에서 독점적으로 제공하는 100’ 및 1000’ 스풀로 제공됩니다.