Layout 9/07/4 0:3 Page 3. GENERALITA. GENERAL I cavi per termocoppie sono usati per connettere il giunto freddo delle termocoppie agli strumenti di misura. Poiché si introduce una giunzione nel circuito di misura, occorre evitare che nei punti di connessione si generi una f.e.m. che, sovrapponendosi a quella generata dalla termocoppia, introdurrebbe un errore nella misura. A tale scopo i conduttori devono essere opportunamente scelti in funzione del tipo di termocoppia. Rispetto a questo aspetto sono classificati come cavi di estensione o cavi di compensazione. Thermocouple cables are used to interconnect the cold junction of the thermocouple wires to the measurement system. As they introduce new junctions into the overall system, they must limit the generation of additional electromotive force (EMF) in order to preserve as much as possible the overall measurement accuracy. Cables to be used, are selected on the base of thermocouple type; they are classified in thermocouple extension cables and thermocouple compensating cables.. Cavi di estensione per termocoppie I conduttori sono degli stessi materiali di cui è costituita la termocoppia alla quale devono essere connessi, e pertanto non si genera alcuna f.e.m. dovuta alla giunzione. L intervallo di temperatura in cui deve essere garantita la tolleranza è più ristretto rispetto a quello richiesto per la termocoppia. Il costo dei cavi di estensione può essere molto alto in funzione del tipo di materiale di cui sono costituiti i fili della termocoppia.. Cavi di compensazione per termocoppie Si usano conduttori di materiali diversi da quelli di cui è costituita la termocoppia, che generano valori di f.e.m. similari ma in un intervallo di temperatura più ristretto. Sono usati quando i conduttori utilizzati per le termocoppie sono molto costosi e quindi il costo dell interconnessione fra termocoppie e strumenti di misura potrebbe diventare proibitivo.. Thermocouple extension cables Cable conductors are made of the same material of the thermocouple wires and therefore there is no additional EMF generated due to the junctions. Total accuracy is high but guaranteed in a smaller temperature range compared to the thermocouple one. Cost of interconnection can be quite high depending on the material of the thermocouple wires.. Thermocouple compensating cables Cable conductors are made of material different and having lower cost compared to thermocouple wires. However its thermoelectric behaviour is similar to that of the thermocouple wires but in a limited temperature range. Compensation cables are used as an alternative to extension cables when a very high system accuracy is not required to justify the higher cost of interconnection to the measurement system. 3
Layout 9/07/4 0:3 Page 4. OPZIONI COSTRUTTIVE. DESIGN OPTIONS Di seguito sono descritte le principali opzioni e i componenti costituenti i cavi per termocoppie.. Conduttori - materiale: in funzione del termoelemento usato e delle tolleranze richieste; - formazione: a filo unico oppure flessibile.. Isolamento I principali criteri di scelta dei materiali isolanti sono: - caratteristiche elettriche (costante dielettrica, resistività di volume); - intervallo di temperatura di esercizio; - comportamento al fuoco (non propagazione della fiamma, bassa emissione di fumi e gas tossici e corrosivi, mantenimento dell integrità del circuito durante l incendio); - resistenza agli agenti chimici; - resistenza alle radiazioni; - adattabilità ad eventuali particolari tecniche di connessione. In tabella sono riportate le caratteristiche principali dei materiali isolanti più importanti..3 Cordatura I conduttori isolati costituenti i rami positivo e negativo della coppia sono normalmente twistati fra di loro e quindi le coppie così formate vengono cordate a strati concentrici. La twistatura riduce i disturbi che possono essere indotti da campi magnetici esterni e in alcuni casi, per ridurre le possibili interferenze fra circuiti adiacenti, le coppie sono twistate con passi differenti (più efficace della differenziazione dei passi è la schermatura di ogni singola coppia)..4 Schermatura Gli schermi singoli su ciascuna coppia eliminano o riducono le interferenze fra i circuiti adiacenti all interno del cavo stesso (cross-talk). Lo schermo globale sull insieme delle coppie elimina o riduce eventuali interferenze indotte da sorgenti esterne..4. Schermo singolo Lo schermo singolo è normalmente costituito da nastro di: - alluminio/poliestere con un filo di drenaggio di rame stagnato in continuo contatto con la parte metallica del nastro. Il sormonto del nastro deve essere almeno del 0% per garantire una copertura del 00% anche con piccoli raggi di curvatura del cavo. In casi particolari possono essere usati, invece dei nastri di alluminio/poliestere, nastri di: - rame/poliestere, che hanno una più bassa resistenza elettrica e quindi assicurano un migliore effetto schermante. Here below the cables basic design options and components are described.. Conductors - material: according to the thermo-element and required tolerance; - stranding: solid or flexible.. Insulation Criteria for selecting insulation materials are: - electrical characteristics (permittivity, volume resistance); - operating temperature range; - flame behaviour (flame retardant, smoke density and toxic/ corrosive gas emission, circuit integrity during fire); - chemical resistance; - radiation resistance; - easy to connect in different application cases. Main characteristics of most used insulation materials are described in Table..3 Cable assembly Insulated conductors, forming the positive and negative branches of each thermocouple, are normally twisted and then the resulting pairs are assembled in concentric layers. Pair twisting results in an higher protection to external electromagnetic fields. In addition, to reduce cross-talk noise, a different lay of twist for each pair can be adopted (anyhow best protection is the shielding of each pair)..4 Shields Individual shields on each pair prevent or reduce possible interferences among adjacent circuits in the cable itself (cross-talk). Overall cable shield prevents or reduces possible interferences from sources external to the cable..4. Individual shield Individual shield is normally made by a foil of: - aluminium/polyester with a tinned copper drain wire in direct contact with the metallic side of the foil. The foil overlap must be at least 0% to guarantee 00% coverage even in case of small bending radii of the cable. In special cases, instead of an aluminium/polyester foil, a: - copper/polyester one can be used. This has a lower electric resistance and therefore can assure a better screening effect. 4
Layout 9/07/4 0:3 Page 5.4. Schermo globale Per eliminare o ridurre i disturbi indotti da sorgenti esterne, si ricorre normalmente ad uno schermo globale costituito da nastro di: - alluminio/poliestere (sormonto minimo 0%) con filo di drenaggio di rame stagnato. In casi particolari, in presenza di forti interferenze magnetiche, si ricorre anche a: - materiali magnetici quali fili o (meglio) nastri di acciaio. In presenza di disturbi nella gamma di alta frequenza è consigliato uno schermo costituito da: - treccia ottimizzata di fili di rame ad alta densità di copertura o da - nastri di rame con sormonto minimo del 0%, o da una - combinazione di più tipi di schermatura..4. Overall shield In order to prevent or reduce interferences from outside sources, an overall shield can be used. This is normally made by a foil of: - aluminium/polyester (minimum overlap 0%) with a tinned copper drain wire. In particular cases, in presence of high electromagnetic interferences, - magnetic materials as steel wires or (better) tapes, are also used. In presence of interferences in the HF range it is recommended a shield made by: - high density optimized copper braid or by - copper tapes with minimum overlap 0% or by a - combination of different types of shields..5 Guaina interna E prevista sotto le armature metalliche o le guaine di piombo. La sua funzione principale è quella di proteggere il nucleo del cavo da stress meccanici e dall umidità. I principali criteri di scelta del tipo di materiale da utilizzare sono i seguenti: - intervallo di temperatura di esercizio; - comportamento al fuoco (non propagazione della fiamma, emissione di fumi e gas tossici e corrosivi); - flessibilità. In tabella sono riportate le caratteristiche principali dei materiali più usati..5 Inner sheath In case of metallic armour or lead sheath an inner sheath is provided. Its main function is to protect the cable core from mechanical stress and moisture. Material to be used are selected on the base of: - operating temperature range; - flame behaviour (flame retardant, smoke density, toxic and corrosive gas emission); - flexibility. Main characteristics of most used materials are described in Table. 5
Layout 9/07/4 0:3 Page 6.6 Protezione da agenti chimici Qualora ci sia il rischio di presenza di agenti chimici aggressivi, occorre valutare le condizioni, la durata e la temperatura alle quali avviene il contatto con i cavi. In molti casi è possibile scegliere materiali per guaina che offrono una protezione adeguata. Nei casi più gravi, con contatto prolungato nel tempo ed in particolare per cavi direttamente interrati, si può rendere necessaria una delle seguenti ulteriori protezioni: - guaina di piombo: è la migliore protezione contro gli agenti chimici;.6 Protection to chemicals In presence of aggressive chemicals, the conditions, the duration and the temperature of contact with cables, have to be taken into consideration. It is possible to choose materials for sheath offering adequate protection in majority of cases. However in most severe cases, with long lasting contact with aggressive chemicals, in particular for directly buried cables, one of the following additional protections may be adopted: - lead sheath: it is the best protective measure against chemicals; - guaina multistrato: è costituita da un nastro longitudinale (con sovrapposizione) di alluminio bi-placcato, una guaina di polietilene ad alta densità e un ulteriore rivestimento di poliammide. Il nastro di alluminio risulta incollato all interno della sovrapposizione e alla superficie interna della guaina di polietilene. In molti casi la guaina multistrato può essere una alternativa adeguata alla guaina di piombo, con il vantaggio di avere cavi molto più leggeri. - multi-layer sheath: it consists of a longitudinal (with overlap) plastic-coated aluminium foil, a high-density polyethylene sheath and an additional cover of polyamide. The aluminium foil in the structure is bonded to the inner surface of the high-density polyethylene sheath. In many cases a multi-layer sheath can be an adequate alternative to lead sheath, with the advantage of having much lighter cables. 6
Layout 9/07/4 0:3 Page 7.7 Armatura Quando il cavo è soggetto ad elevate sollecitazioni meccaniche, è necessario proteggerlo con uno dei seguenti tipi di armatura: - treccia di fili di acciaio zincato: adatta per carichi di trazione e di pressione moderati, è il tipo di armatura più flessibile e consente i più piccoli raggi di curvatura. E principalmente usata per cavi di piccolo diametro; - treccia di fili di acciaio inossidabile: in alternativa alla treccia di acciaio zincato, quando è richiesta una maggiore resistenza alla corrosione e alle alte temperature; - treccia di fili di nichel: in alternativa alla treccia di acciaio inossidabile, quando sia accettabile una minore robustezza a favore di una maggiore flessibilità;.7 Armour In case a cable is under severe mechanical stress, the use of one of following protection armours is recommended: - galvanized steel wire braid: suitable for small tensile and pressure load. It is the most flexible type of armour and allows the smallest bending radii. It is mainly used for small diameter cables; - stainless steel wire braid: as an alternative to galvanized steel wire braid. It is used in case a strong resistance to corrosion and to high temperature is required; - nickel wire braid: as an alternative to stainless steel wire braid. It is used when a low strength is acceptable but an high flexibility is required; - nastri di acciaio zincato: eccellente protezione a carichi di pressione e di impatto, non è adatta ad elevati carichi di trazione; offre una eccellente protezione ai roditori e, fra le armature qui elencate, è la migliore come protezione ai disturbi indotti da campi magnetici; - piattine di acciaio zincato: adatta per elevati carichi di trazione, è la meno flessibile dei tipi di armatura qui elencati; - fili di acciaio zincato: ottima protezione a carichi di pressione e di impatto, adatta ad elevati carichi di trazione, offre una buona protezione contro i roditori; è il tipo di armatura più usato per cavi direttamente interrati. - galvanized steel tapes: excellent protection against pressure and impact loads, not suitable for high tensile loads, excellent protection against rodents. It is the best protection against inductive interferences of all types of armour listed; - galvanized flat steel wires: suitable for high tensile load but it is the least flexible of all types of armour listed; - galvanized steel wires: very good protection against pressure and impact loads, suitable for high tensile loads, good protection against rodents. It is the most used type of armour for direct buried cables. 7
Layout 9/07/4 0:3 Page 8.8 Guaina esterna I principali criteri di scelta dei materiali per guaina sono: - intervallo di temperatura di esercizio; - comportamento al fuoco (non propagazione della fiamma, bassa emissione di fumi e gas tossici e corrosivi); - condizioni ambientali; - condizioni climatiche; - stress meccanici; - resistenza agli agenti chimici; - resistenza alle radiazioni. In tabella sono riportate le caratteristiche principali dei materiali per guaina più importanti..8 Outer sheath Main criteria for selecting sheath materials are: - operating temperature range; - fire behavior ( flame retardant, low smoke emission, not corrosive and low toxicity); - environmental conditions; - climatic conditions; - mechanical stress; - chemical resistance; - resistance to radiation. Main characteristics of most used materials for sheaths are described in Table. 3. RESISTENTI AL FUOCO 3. FIRE RESISTANT Nel caso in cui sia richiesto che la misura della temperatura continui ad essere effettuata con affidabilità anche durante un incendio, devono essere usati cavi per termocoppie resistenti al fuoco: questi cavi mantengono l integrità del circuito anche durante l incendio. Il materiale isolante è gomma siliconica resistente al fuoco o nastro di vetro-mica più compound reticolato (XLPE o similare). Normalmente la guaina è costituita da compound a bassa emissione di fumi, senza alogeni e non propagante l incendio, per evitare l emissione di gas tossici e corrosivi. Wherever, in the event of a fire, it is required reliable temperature measurement, fire resistant thermocouple cables must be used: these cables are able to maintain the integrity of the measurement circuit even during a fire. The insulation material is fire resistant silicone rubber or micaglass tape plus cross-linked compound (XLPE or similar). Usually the sheath material is a low smoke, halogen free, flame retardant material to avoid, during the fire, emission of toxic and corrosive gases. 8