儀表電纜選用
1、信號電纜類型
在化工項目中，儀表信號電纜宜選用多股銅芯聚氯乙烯(聚乙烯)絕緣聚氯乙烯護(hù)套帶屏蔽的軟電纜。對于多信號的儀表電纜，則宜選用總屏加分屏。
注：導(dǎo)體的最小單線數(shù)量見GBT3956-2008。
針對某公司常用的儀表電纜類型說明如下：
①屏蔽：AI/AO等模擬量信號一般采用雙屏蔽，即分屏加總屏，DI/DO等開關(guān)量信號一般采用單屏蔽，對于一些可能會受到電磁場干擾的場所如配電室的電氣信號，宜采用分屏加總屏。
②阻燃：當(dāng)有火災(zāi)危險場所現(xiàn)場儀表電纜應(yīng)選用，考慮到化工裝置火災(zāi)危險性、電纜的價格和通用性，此項為必要項。阻燃分A\B\C(高-低)
③無煙低鹵：由受熱時排煙量低，且本身不含鹵素的熱塑性或是熱固性組成，自控相關(guān)規(guī)范中沒有要求化工裝置的信號電纜選用，因此此項非必要項。
④本安：當(dāng)采用本安儀表時，應(yīng)配套本安電纜。
⑤鎧裝：自控相關(guān)規(guī)范中無明確規(guī)范必須采用鎧裝電纜，但特殊的規(guī)范或者企業(yè)(如石油庫)有埋地、機(jī)械強(qiáng)度(如抗拉)需求等，選用鎧裝電纜更好，因此在大多數(shù)的項目中是無需采用鎧裝電纜。選用鎧裝電纜時成本、施工難度、接地等方面都應(yīng)考慮。
⑥耐火：用于緊急隔離閥門、SIS勵磁動作、與可燃?xì)怏w信號聯(lián)動的電纜宜選用。
2、線芯截面積
信號的傳輸距離受到以下幾個因素的制約：信號輸出端的帶載能力，以歐姆數(shù)值表示(如700Ω)；信號輸入端的內(nèi)阻；傳輸線的靜態(tài)電阻值(雙線)。信號輸出端的負(fù)載能力必須大于信號輸入端的內(nèi)阻與傳輸線電阻之和。
線芯截面積選用原則
①應(yīng)滿足檢測、控制回路對信號傳輸、導(dǎo)電性能、絕緣屏蔽、本參數(shù)等功能性要求及施工中對線纜機(jī)械強(qiáng)度的要求，一般來說最小線芯截面積不應(yīng)小于0.5mm2；
②電纜的截面積應(yīng)根據(jù)線路壓降、本安參數(shù)符合性計算后確定；
③除本質(zhì)安全系統(tǒng)電路外，在爆炸危險區(qū)內(nèi)穿保護(hù)鋼管敷設(shè)的儀表信號電纜在1區(qū)時的最小線芯截面積不應(yīng)小于2.5mm2；在2區(qū)時不應(yīng)小于1.5mm2；若采用多芯電纜，其線芯截面積應(yīng)最小為1.0mm2。
3、線芯截面積計算
儀表信號的電纜最大敷設(shè)長度與信號回路中負(fù)載能力有關(guān)。負(fù)載能力R總包括儀表設(shè)施電阻、電纜電阻(r)、系統(tǒng)元器件電阻(Rs)，由于儀表信號測量電壓值一般為系統(tǒng)端子柜側(cè)，系統(tǒng)元器件的電阻可以不計入，而儀表設(shè)施的電阻是一定的，故允許的電纜電阻決定儀表電纜截面積和儀表電纜敷設(shè)長度。
電纜上允許電壓壓降Ul、儀表正常工作最低電壓Umin、系統(tǒng)的供電電壓U之間的關(guān)系如公式1：
電纜的電阻值r、儀表信號電流I(0~20mA，Imax取24.4mA)、電纜上允許電纜壓降U之間的關(guān)系如公式2：
對于電纜長度l(2芯)、電阻值r、電阻率ρ、截面s的關(guān)系如公式3：
電阻率ρ的取值與溫度有關(guān)，溫度越高電阻率越低。
注1：電纜的電阻也可以參考GBT3956-2008中表3單芯和多芯電纜用第5中軟銅導(dǎo)體中的數(shù)值。
注2：計算時取值為35℃時銅電阻率0.0188Ω·mm2/m。
①以兩線制儀表計算(EJA壓力變送器為例)
從圖表中可以看出Hart/Brain協(xié)議變送器的最小工作電壓為16.6V(Umax)，假定系統(tǒng)中電源壓力為24VDC，則根據(jù)公式1即可得出電纜上允許電壓壓降Ul=24-16.6=7.2(V)；根據(jù)公式2，可以得出rmax=Ul/I=7.2/0.0244=303(Ω)；根據(jù)公式3，可以得出不同的截面積所敷設(shè)的計算最大距離。
注：大多變送器最低工作電壓差不多，不同類型不同廠家的二線制儀表不再做計算。
②以四線制儀表計算(E+H質(zhì)量流量計)
其信號電纜計算與二線制的計算方式基本一致，以E+H質(zhì)量流量計80E系列為例，供電電壓與功率關(guān)系如表。
假定系統(tǒng)中電源壓力為24VDC，則根據(jù)公式1即可得出電纜上允許電壓壓降Ul=24-16=8(V)；根據(jù)公式2，可以得出rmax=Ul/I=8/15*24=12.8(Ω)；根據(jù)公式3，可以得出不同的截面積所敷設(shè)的計算最大距離：
③以位置開關(guān)計算
假定開關(guān)無電阻，根據(jù)公式2，可以得出rmax=Ul/I=24/0.005=4800(Ω)；根據(jù)公式3，可以得出不同的截面積所敷設(shè)的計算最大距離，因為距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他信號，考慮統(tǒng)一截面積的適用性就不一一列舉。
④以電磁閥計算(ASCO)
在設(shè)計時通常要求選用電磁閥(目前多為1.4W，規(guī)范要求≤4W)電磁閥一般允許壓降為24VDC的10%，即2.4V；根據(jù)功率、電壓、電流的關(guān)系，I=1.4/24=0.0583(A)
注：因為計算裕量的關(guān)系，本公式中的電壓按照24V來計算，而非實際工作電壓。
根據(jù)公式2，可以得出rmax=Ul/I=2.4/0.0583=41.14(Ω)；根據(jù)公式3，可以得出不同的截面積所敷設(shè)的計算最大距離：
220VAC供電的儀表，其信號電纜的計算與二線制差別不大，但其電源電源也應(yīng)滿足GB50058中表5.4.1-2爆炸性環(huán)境內(nèi)電壓為1000V以下的配線的技術(shù)要求，其在2區(qū)內(nèi)導(dǎo)線的最小截面積為2.5mm2。在此就不考慮其敷設(shè)距離(與24VDC四線制儀表計算方式一致)。
注：本安儀表的電纜敷設(shè)距離因為數(shù)據(jù)的缺乏，本文不做討論。
4、截面積與敷設(shè)長度的選用
結(jié)合線芯截面積選用原則c的要求，截面積與敷設(shè)長度的選用推薦值如下表。
另外適當(dāng)提高系統(tǒng)電源壓力，也可以增大信號電纜的敷設(shè)長度。
常用電纜經(jīng)濟(jì)性有什么區(qū)別？
1、常用電纜費(fèi)用
從下表中可以得出，如果主電纜線徑由目前的1.5降低為1.0mm2，每米主電纜可節(jié)省16元，分支電纜由鎧裝修改為非鎧裝，每米電纜的費(fèi)用至少可降3.5元。
2、項目舉例
假定某項目有1萬個I/O，根據(jù)之前9個項目數(shù)據(jù)統(tǒng)計系統(tǒng)I/O類型占比，系統(tǒng)I/O點分布如下表。
考慮電氣配電室的布線情況，結(jié)合實際應(yīng)用以及抗干擾的角度，電氣信號的主按照分屏+總屏處理；現(xiàn)場DI和DO信號考慮敷設(shè)按照屏蔽處理；每10根信號需要一根主電纜計算電纜根數(shù)，如下表所示。
假設(shè)主電纜的敷設(shè)長度為300m(從機(jī)柜見到接線箱)，分支電纜的長度為25m(從接線箱到儀表)，節(jié)省的費(fèi)用計算如下：746×300×+8200×25×3.5≈429(萬)
注：不考慮鎧裝電纜的鎧裝格蘭頭與普通格蘭頭、接地、穿線管、橋架的費(fèi)用差異。
隨著新技術(shù)、新事物的應(yīng)用，信號的布線方式也在發(fā)生改變，新一代的電子布線技術(shù)(光纖，代表性如艾默生CHARM、霍尼韋爾萬能I/O、橫河NetWork)也逐漸應(yīng)用，就目前來說，傳統(tǒng)布線方式仍為主流、首選方案。因此根據(jù)總圖合理地布置機(jī)柜間位置、選用儀表信號電纜型式和截面積是十分必要的。
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