01
仪表电缆该如何选用?
屏蔽:AI/AO等模拟量信号一般采用双屏蔽,即分屏加总屏,DI/DO等开关量信号一般采用单屏蔽,对于一些可能会受到电磁场干扰的场所如配电室的电气信号,宜采用分屏加总屏。
阻燃:当有火灾危险场所现场仪表电缆应选用,考虑到化工装置火灾危险性、电缆的价格和通用性,此项为必要项。阻燃分A\B\C(高-低)
无烟低卤:由受热时排烟量低,且本身不含卤素的热塑性或是热固性组成,自控相关规范中没有要求化工装置的信号电缆选用,因此此项非必要项。
本安:当采用本安仪表时,应配套本安电缆。
铠装:自控相关规范中无明确规范必须采用铠装电缆,但特殊的规范或者企业(如石油库)有埋地、机械强度(如抗拉)需求等,选用铠装电缆更好,因此在大多数的项目中是无需采用铠装电缆。选用铠装电缆时成本、施工难度、接地等方面都应考虑。
耐火:用于紧急隔离阀门、SIS励磁动作、与可燃气体信号联动的电缆宜选用。
线芯截面积选用原则
a.应满足检测、控制回路对信号传输、导电性能、绝缘屏蔽、本参数等功能性要求及施工中对线缆机械强度的要求,一般来说最小线芯截面积不应小于0.5mm2;
b.电缆的截面积应根据线路压降、本安参数符合性计算后确定;
线芯截面积计算
仪表信号的电缆最大敷设长度与信号回路中负载能力有关。负载能力R总包括仪表设施电阻、电缆电阻(r)、系统元器件电阻(Rs),由于仪表信号测量电压值一般为系统端子柜侧,系统元器件的电阻可以不计入,而仪表设施的电阻是一定的,故允许的电缆电阻决定其截面积和敷设长度。
注2:计算时取值为35℃时铜电阻率0.0188Ω·mm2/m。
从图表中可以看出Hart/Brain协议变送器的最小工作电压为16.6V(Umax),假定系统中电源压力为24VDC,则根据公式2-1即可得出电缆上允许电压压降Ul=24-16.6=7.2(V);
根据公式2-2,可以得出rmax=Ul/I=7.2/0.0244=303(Ω);
根据公式2-3,可以得出不同的截面积所敷设的计算最大距离。
其信号电缆计算与二线制的计算方式基本一致,以E+H质量流量计80E系列为例,供电电压与功率关系如表2-4。
假定系统中电源压力为24VDC,则根据公式2-1即可得出电缆上允许电压压降Ul=24-16=8(V);
根据公式2-2,可以得出rmax=Ul/I=8/15*24=12.8(Ω);
假定开关无电阻,根据公式2-2,可以得出rmax=Ul/I=24/0.005=4800(Ω)
根据公式2-3,可以得出不同的截面积所敷设的计算最大距离,因为距离远远大于其他信号,考虑统一截面积的适用性就不一一列举。
d.以电磁阀计算(ASCO)
在设计时通常要求选用电磁阀(目前多为1.4W,规范要求≤4W)电磁阀一般允许压降为24VDC的10%,即2.4V;
根据功率、电压、电流的关系,I=1.4/24=0.0583(A)
注:因为计算裕量的关系,本公式中的电压按照24V来计算,而非实际工作电压。
根据公式2-2,可以得出rmax=Ul/I=2.4/0.0583=41.14(Ω)
根据公式2-3,可以得出不同的截面积所敷设的计算最大距离。
220VAC供电的仪表,其信号电缆的计算与二线制差别不大,但其电源电源也应满足GB50058中表5.4.1-2爆炸性环境内电压为1000V以下的配线的技术要求,其在2区内导线的最小截面积为2.5mm2。在此就不考虑其敷设距离(与24VDC四线制仪表计算方式一致)
另外适当提高系统电源压力,也可以增大信号电缆的敷设长度。
02
常用电缆经济性有什么区别?
从上表中可以得出,如果主电缆线径由目前的1.5降低为1.0mm2,每米主电缆可节省16元,分支电缆由铠装修改为非铠装,每米电缆的费用至少可降3.5元。
考虑电气配电室的布线情况,结合实际应用以及抗干扰的角度,电气信号的主按照分屏+总屏处理;现场DI和DO信号考虑敷设按照屏蔽处理;每10根信号需要一根主电缆计算电缆根数,如表3-2所示。
假设主电缆的敷设长度为300m(从机柜见到接线箱),分支电缆的长度为25m(从接线箱到仪表),节省的费用计算如下:746*300*16+8200*25*3.5≈429(万)
电缆的电阻值r、仪表信号电流I(0~20mA, Imax取24.4mA)、电缆上允许电缆压降U之间的关系如下:
对于电缆长度l(2芯)、电阻值r、电阻率ρ、截面s的关系如下:
根据公式2-3,可以得出不同的截面积所敷设的计算最大距离。
c.以位置开关计算