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[弱电] 仪表电路电缆敷设长度不能超过多少米?电缆最大敷设长度计算

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发表于 2021-3-4 20:10:01 | 显示全部楼层 |阅读模式
电缆的最大敷设长度与负载能力有直接关系(负载能力越强电缆敷设长度越长),所谓负载能力是指电路能够稳定工作的最大回路电阻,而在各个电路中,每个器件在出厂时其阻抗是一定的,因此实际的回路电阻主要由电缆线阻r决定,从而也决定了信号电缆的截面选择和最大敷设长度。
①理论计算
以下将以典型的二线制AI信号为例,计算电缆的最大理论敷设长度,一般现场二线制仪表的负载局限图可如下图所示:

图 负载局限图
图中横坐标表示仪表工作的电源电压,纵坐标表示仪表的负载能力,Usmax、 Usmin分别表示仪表正常工作的最大和最小电源电压,Rlmax为最大工作电压下的负载能力,图中工作区指仪表能够稳定运行的区域,因此当电源电压为Us时,其回路负载Rl应满足以下公式:
     .........................................公式1
即回路流过最大电流Imax时,应满足:
Rr+r≤Rlw     ...................................................公式2
式中Rlw为外部电源电压为Usw时,负载局限图中对应的负载值,即:
Rlw=k(Usw-Usmin)    ....................................公式3
考虑到电源电压的波动值△Us,得到:
Usw=Us-△Us            .....................................公式4
对于电缆,其线阻r与线长l、电阻率ρ及电缆截面s有如下关系:
         ......................................公式5
从而,由式公式2~公式5得到下式:
    ......................................公式6

根据HG/T20509-2000《仪表供电设计规范》对直流供电电压的要求,采用普通电源(gps)时,电压要求为24±1V,即Us=24V,△Us=1V;采用不间断电源(UPS)时,电压要求为24±0.3V,即Us=24V,△Us=0.3V。从而由式,对几个典型二线制仪表,计算其仪表信号电缆最大理论敷设长度,得到表1:
②根据设计规范计算
信号传输不仅与本身电缆的线阻有关,还与电缆线感、线容,以及线路敷设路径周围存在的静电或磁场有关,这些都限制了信号的传输距离,因此,HG/T20509-2000《仪表供电设计规范》也明确了设计要求:对于24V供电,线路压损不应超过0.24V;对于220V供电,线路压损不应超过2V,根据条文解释中关于电缆截面选择的计算,得到两个计算电缆最大敷设长度的公式:
         .................................公式7
公式7中第一个公式用于计算24VDC供电仪表(含回路供电的AI、DI、DO、PI信 号)的电缆最大敷设长度,第二个公式用于计算220VAC供电仪表的电缆最大敷设长度,对应的函数图如3和图4所示,图中横坐标为回路的最大电流或最大功耗,纵坐标为电缆最大敷设长度,四条曲线分别表示不同截面下的图形。

图3 电缆最大敷设长度(24VDC供电)

图4 电缆最大敷设长度(220VAC供电)
从上图可以看出,二线制回路供电仪表使用截面为2.5mm2的电缆,其最大敷设长度为798米,若仪表能耗增大,最大敷设长度将明显变短,如三线制可燃或有毒气体检测器,供电回路电流在90mA左右,截面为1.5mm2的电缆最大敷设到106.4米,对于PI信号,卡件每个通道最大电流按40mA,截面为1.5mm2的电缆最大敷设到239.4米,而DI卡件每个通道最大电流小于20mA,基本在5mA左右,所以电缆可以敷设的很长,对于DO信号,以为现场电磁阀供电为例,ASCO型号为EV8316G381V的电磁阀功耗为1.4W左右,对应电流接近60mA,截面为1.5mm2的电缆最大敷设到159.6米,IS8316A381V型号电磁阀功耗只有0.44W,即电流小于20mA,1.5mm2的电缆最大敷设长度略大于480米。对于更大功耗的仪表,采用24VDC供电将导致线路电流过大,线路压降明显,可导致仪表无法正常工作,因此,一般采用220VAC交流供电,例如:E+H的Proservo系列伺服液位计,其功耗在40VA,若采用24VDC供电,截面为1.5mm2的电缆最大敷设长度不到10米,而采 用220VAC交流供电,最长可敷设至434.8米。




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