仪表电缆的结构.docx

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1、仪表电缆的结构仪表电缆的交流额定电压在500V以下，电缆线径一般在7-30mo当传输弱电 信号时，仪表电缆需要抑制外界噪声和寄生信号，在苛刻的现场环境下保证信号 传输的精度。根据电缆的性能和使用场合的不同，仪表电缆的结构也有所差异。 仪表电缆的基本结构包括导体、绝缘层、分屏/总屏、内护套、铠装层和外护套 等。1、电缆导体根据IEC60228或国标/T3956电缆的导体的规定，电缆的导体分4种类别，在化工装置中固定敷设用的仪表电缆主要使用实心导体(Classl)和绞合导体 (Class2)o绞合导体可提高导体的柔韧性和挠性，便于接线安装，当在振动场 合采用绞合导体时，可适当提高电缆的使用寿命。电

2、缆导体的截面积主要由导线绝缘材料的允许温升及导线上允许的电压降确定。 一般仪表电缆的信号是弱电信号，不考虑温升和允许压降的问题，主要根据导线 的机械强度和检测及控制回路对线路阻抗匹配的要求来决定导体的截面积。根据 不同的使用场合，化工装置中常用仪表导体截面积为075-2. 5Omin2。在部分欧 美地区，常使用美国线规(AwG)来区分导体的外径，每种AWG的实际截面积的 计算如式(1)所示：An=O. 0126689236-nl9. 5 (1)式中：An一一线规号n对应的导体截面积，mm2； n一一美国线规号，量纲为一的 量。铜具有优良的电气特性和耐用性，常选用铜作为电缆导体的材质，在经过冷加

3、工 后，铜导体的电阻率会上升，硬度和强度增加、塑性降低。为了提高冷拉铜线的 电导系数和柔软性，常使用退火的铜导体。铜导体的导电性能随温度升高而降低, 在正常的操作范围内，电阻和温度之间呈线性关系，如式(2)所示： Rt=R201+ (t-20) (2)式中：Rt一一导体在工作温度t下的电阻值， R20一一导体在温度20C 下的电阻值，km; a 一一20时导体电阻温度系数，1/； t一一工作温度，。 在文献6或文献7中规定，电缆的导体可镀有合适的金属薄层，常见的金 属镀层主要有锡、银、银三种。其中，锡是仪表电缆最常用的金属镀层，能够在 高达150C情况下有效地防止铜导线的氧化；导体镀锡可用于改

4、善铜线的焊接能 力、减少氧化或腐蚀等，由于锡的导电性约为铜导体的15%,因而导体镀锡会导 致铜导体的电阻值增大。2、绝缘层绝缘层的主要目的是保证电缆相邻导体间的绝缘，绝缘材质的选择与环境温度、 防火要求、环保要求和相关的标准等因素有关。在化工装置中，仪表电缆的绝缘 材质常用聚氯乙烯(PVC).聚乙烯(PE)和交联聚乙烯(XLPE)等，根据国标50093 自动化仪表工程施工及质量验收规范的要求，塑料绝缘的电缆不应在环境温 度低于0的条件下敷设。1)由于PVC价格便宜，可通过添加多种配合剂提高耐温、阻燃、耐油、耐酸碱 腐蚀等性能，在电缆绝缘材料中得到了广泛的应用。普通PvC绝缘的仪表电缆导 体长期

5、允许工作温度为70,短路热稳定允许温度为160。在添加了相应的耐 热性增塑剂后，导体长期允许工作温度可达90C和105。在低温时，PVC绝缘 的电缆易变硬、发脆，PVC绝缘的电缆不宜在低于-15的环境下使用。由于含有 卤素，在燃烧时会产生浓厚的有毒黑烟，不满足低烟、无毒场合的使用，绝缘层 可以采用无氯阻燃化合物(HFFR)替代。2)与PVC相比，PE具有介电损耗低、绝缘强度高等优良的电气性能，PE绝缘较 PVC的耐寒性好、质量轻，在同等电压等级下可比PVC绝缘层的厚度小。但是, PE材质较硬、软化温度低，接触火焰时易燃烧和熔融，耐环境应力较差。PE绝 缘电缆的耐热等级主要分为70C和80o3)

6、 XLPE是将PE从热塑性变为热固性，从而对应力开裂、切割的抵抗力更强，同 时对溶剂变化的适应性也强。XLPE具有比PE更高的介电常数，但具有更好的抗 老化性和耐水性。XLPE的绝缘仪表电缆导体长期允许工作温度为90,短路热 稳定允许温度为250。仪表电缆绝缘层的厚度主要与导体的截面积、耐压等级、绝缘材质等有关，绝缘 层厚度应不小于所选用电缆相关标准的规定。绝缘层还作为仪表电缆绝缘线芯的 识别标识，通常采用阿拉伯数字、标准颜色来区分多芯电缆的不同线芯或标明线 芯的功能。3、对绞和屏蔽由于化工装置现场的电磁噪声环境十分复杂，电缆既会作为受扰对象吸收来自外 界的电磁干扰，也可作为噪声源将电磁噪声辐

7、射至周围的线路和设备中。仪表电 缆常采用对绞和屏蔽的方式来降低电磁干扰的影响。在仪表信号传输回路中，通过将不同的2根绝缘导线对绞来降低信号干扰的强 度，对绞的间距越小其抗干扰能力越强。为保证仪表电缆的抗干扰性能，文献中 规定：当导体截面积不大于1.5mm2时，对绞间距不得超过IOOmm,当导体截面积为2. Sinn?时，对绞间距不得超过150mm。在上述2根绝缘导线对绞的基础上，仪表电缆还使用屏蔽层来反射噪声能量，并 将吸收的噪声通过良好的接地系统传导至大地。仪表电缆的屏蔽分为分屏和总屏 两种，分屏指对电缆中线对的屏蔽，总屏则是指对整个电缆的屏蔽。在化工装置 中，多采用分屏和总屏结合的形式来抑

8、制电磁干扰的影响。屏蔽层主要有金属箔 屏蔽和编织网屏蔽两种，屏蔽层的使用与环境的电磁干扰强度、电缆成本及安装 等要求有关。金属箔屏蔽通常使用铜/铝塑复合带，可为导线提供100%的包裹, 铜/铝塑复合带的厚度很薄，在紧贴铜/铝塑复合带的金属面，使用排绕线进行良 好的接地连接，具有较好的屏蔽效果。排绕线一般为镀锡退火铜导体，且导体截 面积不得小于0.5mm2金属编织网则由裸铜线或镀锡铜线依据一定的填充系数 编织而成，屏蔽效果出色，但价格较贵。4、护套护套的主要作用是保护电缆不受外界温度、压力、湿度和化学腐蚀等带来的影响。 外护套是表征电缆防火、耐油、耐高温、抗弯曲、抵抗虫害等性能的重要指标, 并作

9、为电缆外观标识的重要载体。当存在铠装层时，内护套用于防止铠装层的金 属对电缆的挤压和损伤，同时也可起到提高电缆防火、耐油等性能的作用。护套的材质选择与环境温度、环境腐蚀和环保要求等因素有关，化工装置中常用 的护套材质有PVC和HFFR等。外护套上的电缆标识，主要用压印（凸印或凹印） 和油墨印刷等方式，压印适用于外径较大的电缆，且压印工艺较繁琐，易对仪表 电缆外护套造成损伤。仪表电缆护套一般采用油墨印刷，可以做到标识清晰、字 体耐磨，并符合相关的标准要求。5、铠装铠装层主要是增强电缆的抗拉、抗压强度等机械性能，以提高电缆的使用寿命。同时，将铠装层接地还可以提高电缆抗干扰性能。铠装的类型有多种形式

10、，仪表 电缆常用的铠装形式有钢丝铠装(SWA).钢丝编织铠装(SWB)和钢带铠装(STA) 三种。为保证铠装电缆的性能，仪表电缆标准对钢丝的直径、钢带的层数、厚度 和宽度等内容均有详细的规定。由于铠装层为钢丝或钢带的结构，铠装电缆的弯 曲半径较非铠装电缆要大。为避免造成电缆的损伤，在固定敷设电缆时，需特别 注意电缆制造商对电缆弯曲半径的要求。6、电气特性仪表电缆的电气特性主要包括额定电压、绝缘强度、绝缘电阻、分布电容、电缆 电感电阻比(L/R)等。额定电压通常用UO/U表示，如300/5OoV指电缆导体对 地的额定电压有效值为交流300W电缆导体之间的额定电压有效值为交流500Vo 绝缘强度是指在指定的测试标准下，施加特定的工频或直流测试电压，以确保电 缆在Imin内不会发生击穿现象。绝缘电阻则表征电缆在正常工作状态下的电绝 缘性能，主要与导体选用的绝缘材质有关，同时也受电缆的制作工艺水平影响。