對本安電纜的特性及技術(shù)分析

盧 宇 慕躍軍 范小雷

（鄭州電纜有限公司，河南 鄭州 450016）

1 概述

隨著世界微電子技術(shù)、信息技術(shù)的飛速發(fā)展，相關(guān)行業(yè)產(chǎn)品的技術(shù)和含量也在不斷提高。石油、化工、冶金、煤炭等行業(yè)的工業(yè)過程自動化產(chǎn)品主要用于具有爆炸性危險的環(huán)境和可靠性要求極高的工業(yè)生產(chǎn)中實現(xiàn)過程控制，其使用的電纜除具有一般工業(yè)過程自動化使用的電纜的特性外，還必須要通過防爆、防靜電和防電磁干擾等適合惡劣環(huán)境的嚴格等級檢驗，即要求具有低電容、低電感和極高的可靠性。因此，用于生產(chǎn)環(huán)境惡劣的石油、化工、冶金、煤炭等行業(yè)的本安電纜，將伴隨對工業(yè)過程自動化產(chǎn)品的可靠性要求的綜合化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化裝置的發(fā)展，成為電纜行業(yè)產(chǎn)品發(fā)展的又一增長點。

2 本安電纜的特征

本安電纜是本質(zhì)安全電纜的簡稱。它主要用于石油化學(xué)工業(yè)本質(zhì)安全電路中的各種自動化檢測設(shè)備，電子計算機處理控制系統(tǒng)，數(shù)字信號檢測儀以及控制電路中。另外對于非本安電纜的類似設(shè)備和系統(tǒng)也同樣適用。由于本安電纜具有低電容和低電感，且屏蔽性能和抗干擾性能極佳，在化學(xué)工業(yè)和石油化學(xué)工業(yè)中其防爆性能優(yōu)于一般控制電纜，故稱之為本安電纜。本安電纜分為本安控制電纜和本安信號電纜。

3 項目產(chǎn)品的試制依據(jù)

本安控制電纜和本安信號電纜沒有現(xiàn)成的國際和國內(nèi)標(biāo)準，可參照英國BS5308標(biāo)準或根據(jù)用戶提供使用方面的技術(shù)要求。編制企業(yè)標(biāo)準。

4 電纜結(jié)構(gòu)設(shè)計

4.1 電纜在特定環(huán)境中運行，技術(shù)要求高

本安電纜主要用于石油化學(xué)工業(yè)本質(zhì)安全電路中的各種自動化檢測設(shè)備電子計算機處理控制系統(tǒng)，數(shù)字信號檢測儀以及控制電路中。這給電纜結(jié)構(gòu)設(shè)計帶來諸多困難。比如：既要求電纜屏蔽性能和抗靜電、抗干擾性能好，還要具有低電容和低電感，且電磁兼容性要好。這對于電纜結(jié)構(gòu)的布局、節(jié)距的規(guī)定及絕緣屏蔽護套等各種材料的選擇有較高要求。由于同一根電纜要完成輸電、信號傳輸、控制等多種功能，為確保電纜安全可靠運行。因此，在電纜結(jié)構(gòu)設(shè)計上采取了一系列措施。

絕緣材料采用進口的聚乙烯絕緣料,它具有良好的電氣絕緣性能，長期工作溫度可達到70℃。該材料還具有良好的機械性能和工藝性能。屏蔽材料采用鋁/塑復(fù)合薄膜，并在其金屬面下放入鍍錫銅線或鍍錫銅絞線，使其具有優(yōu)異的屏蔽性能和抗靜電、抗干擾性能。護套材料采用70℃阻燃型護層級軟聚氯乙烯塑料，氧指數(shù)為33%，物理機械性能良好，滿足使用要求。

4.3 電纜結(jié)構(gòu)設(shè)計

在本安電纜的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，絕緣、屏蔽、護套材料選擇之后，主要考慮的是電纜總體結(jié)構(gòu)設(shè)計問題。由于電纜既要求低電容和低電感，還要求具有良好的屏蔽性能和抗靜電、抗干擾性能。在電纜的結(jié)構(gòu)設(shè)計中解決了絕緣厚度問題，絞組節(jié)距選擇問題，分屏總屏問題及不同線芯相互信號干擾問題。

5 技術(shù)要求

5.1 導(dǎo)體：導(dǎo)體采用符合GB/T 3956-2008中的第1種單根實芯銅導(dǎo)體或第2種絞合銅導(dǎo)體。根據(jù)使用場合，在保證電纜的彎曲性的同時使導(dǎo)體易加工不斷線，傳輸性能優(yōu)異。

5.2 絕緣標(biāo)稱厚度根據(jù)電纜規(guī)格從小到大為0.6mm～0.8mm。絕緣厚度的平均值應(yīng)不小于標(biāo)稱值，其最薄處厚度應(yīng)不小于標(biāo)稱值的90%。

5.3 屏蔽采用分屏和總屏。選用具有高導(dǎo)電和高導(dǎo)磁性能的金屬復(fù)合帶作為電磁屏蔽材料，其屏蔽層為重疊繞包，重疊率不小于20%。放入相應(yīng)規(guī)格的引流線。

5.4 外護套最小厚度不小于1.5mm，護套平均厚度應(yīng)不小于標(biāo)稱值，其最薄點厚度應(yīng)不小于標(biāo)稱值的85%mm。

5.5 研制產(chǎn)品結(jié)構(gòu)圖

森林高火險預(yù)警期，所有撲火隊員保持24h通信暢通，整裝待命，全員處于臨戰(zhàn)戒備狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)有火情，根據(jù)森林防火應(yīng)急預(yù)案，以最快速度出擊，快速撲救，確保實現(xiàn)“打早、打小、打了”。撲火隊員到有關(guān)鄉(xiāng)、鎮(zhèn)、場撲救的，隊員必須服從上級指揮官指揮。

以本安信號電纜為例，其本安信號電纜結(jié)構(gòu)圖見圖1所示

圖1 本安信號電纜產(chǎn)品結(jié)構(gòu)示意圖

6 研制產(chǎn)品主要工藝流程

以本安信號電纜為例，研制本安信號電纜主要工藝流程見圖2

7 產(chǎn)品主要性能

7.1 20 ℃時導(dǎo)體直流電阻Ω/km。

7.2 20 ℃時絕緣電阻MΩ·km。

7.3 工作電容(芯-芯)(1kHz)pF/m。

7.4 對-對 電容不平衡(1kHz)pF/m。

7.5 分布電感（1kHz）μΗ/m。

7.6 L/R 感阻比 μΗ/Ω。

7.7 電磁干擾感應(yīng)電壓 (干擾磁場400A/m)。

7.8 靜電感應(yīng)電壓(靜電電壓15kV)。

7.9 輻射場透入強度 (干擾場200MHz,200dB)。

7.10 試驗電壓kV

7.11 絕緣線芯應(yīng)經(jīng)受50Hz，最小為4kV交流有效值的火花試驗，作為中間檢查，應(yīng)無絕緣損壞。

7.12 電纜外觀：表面應(yīng)光滑，色澤均勻。無氣泡，無裂紋和明顯劃傷。

8 主要問題及解決方法

為保證電纜良好的屏蔽性能和抗靜電、抗干擾性能，采用了分屏和總屏，并且分屏是雙層鋁/塑復(fù)合薄膜結(jié)構(gòu)，分屏和總屏金屬面下還放入引流線，從而實現(xiàn)了電纜的本質(zhì)安全性。電纜在15kV靜電作用下，其性能非常優(yōu)異。因為電纜在15kV靜電作用下是破壞性試驗，而我們的電纜卻完好無損，受到國家級儀器儀表防爆安全監(jiān)督檢驗站的好評。由于分屏的纜芯比較細，我們公司從未生產(chǎn)過這種電纜，再加上鋁/塑復(fù)合薄膜在繞包過程中易翻面，可以說工藝難度大生產(chǎn)比較困難。初試車時幾乎開不起來車，經(jīng)過對設(shè)備進行改裝調(diào)整，制備相應(yīng)的工裝，克服了許多預(yù)想不到的困難。特別是在進行金屬編織時，由于要求的鋼絲編織金屬層的履蓋率比較高達82%，我們在試車中通過不斷摸索，在摸索中積累經(jīng)驗，最終解決了這一工藝難題。

9 技術(shù)分析與總結(jié)

本安電纜產(chǎn)品技術(shù)要求較高，工序繁多，生產(chǎn)有一定的難度。電纜具有低電容和低電感，優(yōu)異的屏蔽性能和抗靜電、抗干擾性能。電纜在本質(zhì)安全系統(tǒng)中可靠運行。電纜經(jīng)國家級儀器儀表防爆安全監(jiān)督檢驗站檢驗，產(chǎn)品完全滿足技術(shù)條件和使用要求。該電纜研制成功，在技術(shù)和工藝上具有一定的先進性。有較好的經(jīng)濟和社會效益。

[1]英國標(biāo)準BS 5308供內(nèi)部安全系統(tǒng)用檢測儀器電纜.

[2]GB/T 3956-2008電纜的導(dǎo)體.

[3]GB/T 9330-2008塑料絕緣控制電纜.