本安电缆的电容和阻抗均小于普通电缆。此外,本质安全电缆应有抗干扰、抗静电、防爆性能,电缆护套为蓝色。
正确设计选择本安系统的电缆 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。
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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。 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***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***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еs 可由下式表示; еs=∑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еm, 可按下式计算:
еm=d∑MiIi/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 35V 35V 加5kV静电干扰后信号电压 50V 35.7V 干扰量 15V 0.7V 表动力线中流过的电流(A) 100 100 100 动力线与被测导线间距(mm) 0 150 300 被测导线处磁场计算值(A/M) -800 106 53 被测导线中的感应电压(V) 1 0.15 0.14 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: H=I/2πr