正确设计选择本安系统的电缆5页

1、正确设计选择本安系统的电缆   发布日期：2006-02-09   来源：中国防爆网   浏览次数：2799   在本质安全(简称本安)防爆系统的设计中，正确地设计电缆(线)的长度和选择电缆(线)的种类是不容忽视的问题。不加分析的随意选用普通电缆会影响系统的防爆性能，但一味地采用造价昂贵的本安用特殊电缆会引起投资的增加。正确设计电缆(线)的长度本安系统中，现场仪表和导线同为安全栅的负载，当安全栅与现场仪表选定后，也就决定了导线的长度。由于导线中存在着分布电容C0 和分布电感L0，使导线成为储能元件。它们在信号传输过程中会储存

2、能量，一旦线路出现开路或短路，这些潜能就会以电火花或热效应形式释放出来，影响系统的防爆性能，因此导线中储能元件的大小应满足。C0 CB-Ca (1)L0LB-La (2)式中CB 、LB是安全栅的负载参数，由安全栅制造厂给出，Ca、La 为现场仪表的电容和电感，则导线的允许长度为Sc=C0/Kc；Sl=L0/Kl。SC和S1分别是根据电容和电感计算出来的允许导线长度，取其值小者作为设计依据。Kc和Kl分别为导线的分布电容和分布电感。一般情况下ScSl， 即电缆长度主要受分布电容的影响，我们可以采用介电系数小的绝缘材料以减小分布电容。当现场仪表为本安仪表时，其对外表现出的电感和电容近似为零，可以

3、直接采用安全栅的负载电容CB和负载电感LB来估算电缆的长度，在设计电缆(线)时，应使实际敷设的电缆长度小于计算出来的允许电缆长度。其次，电缆(线)的分布参数过大时，不仅影响系统的本安防爆性能，严重者可能会影响电路的正常工作。我们在施工现场调校电磁阀回路时，曾碰到过这种情况：该电路设计为故障安全型电路，即电磁阀正常时通电，自保动作时断电，但由于电缆分布电容较大，所储存能量已足以使电磁阀励磁，以致断电时电磁阀不能如期动作，影响系统工作。因此限制电缆长度即限制电缆中的分布参数是极其重要的。正确选用本安系统的电缆(线)笔者认为，尽管选用了合适的安全栅和本安现场仪表，但仍不能保证安全。因为，电路在传输过

4、程中会受到电场和磁场干扰而产生非本安能量，安全栅对这种能量是无法限制的，必须靠设计人员正确选用电缆来克服。由于信号回路周围存在着静电电容而引起静电感应干扰，高压电源线在信号回路上由于静电感应而产生的干扰电压s 可由下式表示；s=C0iEi/Ci+C0i (3)式中Ci为第i号高压电源线和信号线间的电容，C0i是除Ci外其它线与信号线间的电容，Ei是第i号高压电源线的电压。电磁干扰是由于周围磁场在信号回路产生的干扰电压m， 可按下式计算：m=dMiIi/dt (4)式中Ii是第i号大电流回路中留过的电流，Mi是信号回路和第i号大电流回路间的互感系数。按以上两式要实际计算一个信号回路内产生的干扰电

5、压是很困难的，但可以通过实验测得这种感应信号。现选取一组实验数据供参考，见表1和表2。表1导线测量内容普通电缆对绞屏蔽电缆电路中原有信号电压35V35V加5kV静电干扰后信号电压50V35.7V干扰量15V0.7V表2动力线中流过的电流(A)100100100动力线与被测导线间距(mm)0150300被测导线处磁场计算值(A/M)-80010653被测导线中的感应电压(V)10.150.14可见导线本身受电场磁场的干扰是决不容忽略的。这种干扰能量与电路中原有的能量叠加起来，就足以点燃爆炸性气体，使原有的本安电路丧失本安性能；即使达不到点燃能量，这种干扰信号对控制系统所带来的危险同样是不可忽略的

6、。克服干扰的办法，其一是增加导线与干扰源间距。电流周围的磁场强度与距电流线的距离成反比：H=I/2r (5)H：磁场强度A/M； I：电流(A/M)；r：距电流线的距离(m)从表2可以看出当距离增大到300mm 时，干扰减小到原来的1/7 。许多公司规定，当仪表信号线与220VAC，电流10A 的动力线交叉时，间距不小于150mm，平行敷设时不小于600mm。表3屏蔽方法干扰减少比钢丝编织网覆盖85%103：1钢带屏蔽覆盖90%376：1镀铝带屏蔽覆盖100%6610：1厚壁钢管54mm8850：1对于静电干扰，可采用钢带铜丝编织屏蔽来克服。将普通电缆放入金属槽或穿金属管也是有效的方法，屏蔽效果见表3。电磁干扰不能象静电感应那样简单地消除，但对于我们通常使用的交流频率来说，采用双绞线具有一定的抗干扰效果，如表4所示。通常采用12 寸绞距，若绞距太小，使用不便。而采用金属屏蔽的效果却远不如绞线。表4绞距4英寸3英寸2英寸3英寸将平行线放入28mm厚壁钢管电磁感应减少比14：171：1112：1141：122：1我国目前已生产出本安用仪表电缆，抗干扰性能见表5，但这种电缆价格较高，从上述分析可知，静电干扰靠屏蔽来克服，电磁干扰则主要靠线芯对绞来克服。通常设计施工中，本安系统电缆都穿金属保护管沿金属汇线槽敷设，这种金属管和槽本身已起到静电屏蔽作用，因此我们选配电缆时主要应