正确设计选择本安系统的电缆

精品文档 1欢迎下载 正确设计选择本安系统的电缆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 L0 LB 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 Sc Sl 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 精品文档 2欢迎下载 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 d MiIi dt 4 精品文档 3欢迎下载 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 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 精品文档 4欢迎下载 H I 2 r 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 54mm 8850 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 1 2 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14 71 112 141 22 1 精品文档 5欢迎下载 磁感应 减少比 1111 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克服电磁 干扰 可采用绞距 1 至 2 英寸的双绞线来解决 当然采用屏蔽双绞线效果更佳 表 5 种类 测试内 容 普 通电缆 屏 蔽电缆 本安 用电缆 本安 用补偿导 线