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一文弄懂仪表电缆选用及经济性评价

2025年02月04日 09:32:38 来源：云南昌晖仪表制造有限公司 >> 进入该公司展台阅读量：20

仪表信号电缆用于传输仪表和控制系统中的信号，确保各种仪表设备之间的可靠通信。想要正确选用仪表信号电缆和长度？犹豫不决该如何选择仪表电缆？常用电缆的经济性又有何区别？在工业自动化的发展中，仪表信号电缆的应用将继续发挥重要作用，推动生产效率和质量的提升。

仪表电缆选用
1、信号电缆类型
在化工项目中，仪表信号电缆宜选用多股铜芯聚氯乙烯(聚乙烯)绝缘聚氯乙烯护套带屏蔽的软电缆。对于多信号的仪表电缆，则宜选用总屏加分屏。

某公司常用的仪表电缆类型

注：导体的最小单线数量见GBT3956-2008。

针对某公司常用的仪表电缆类型说明如下：
①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。
②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)
③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。
④本安：当采用本安仪表时，应配套本安电缆。
⑤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。
⑥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。

2、线芯截面积
信号的传输距离受到以下几个因素的制约：信号输出端的带载能力，以欧姆数值表示(如700Ω)；信号输入端的内阻；传输线的静态电阻值(双线)。信号输出端的负载能力必须大于信号输入端的内阻与传输线电阻之和。

线芯截面积选用原则
①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；
②电缆的截面积应根据线路压降、后确定；
③除本质安全系统电路外，在爆炸危险区内穿保护钢管敷设的仪表信号电缆在1区时的最小线芯截面积不应小于2.5mm2；在2区时不应小于1.5mm2；若采用多芯电缆，其线芯截面积应最小为1.0mm2。

3、线芯截面积计算
仪表信号的电缆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仪表电缆截面积和。

电缆上允许电压压降Ul、仪表正常工作电压Umin、系统的供电电压U之间的关系如公式1：

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之间的关系如公式2：

对于电缆长度l(2芯)、电阻值r、电阻率ρ、截面s的关系如公式3：

电阻率ρ的取值与温度有关，温度越高电阻率越低。

注1：电缆的电阻也可以参考GBT3956-2008中表3单芯和多芯电缆用第5中软铜导体中的数值。
注2：计算时取值为35℃时铜电阻率0.0188Ω·mm2/m。

①以两线制仪表计算(EJA压力变送器为例)

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，可以得出rmax=Ul/I=7.2/0.0244=303(Ω)；根据公式3，可以得出不同的截面积所敷设的计算距离。

注：大多变送器工作电压差不多，不同类型不同厂家的二线制仪表不再做计算。

②以四线制仪表计算(E+H质量流量计)
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。

假定系统中电源压力为24VDC，则根据公式1即可得出电缆上允许电压压降Ul=24-16=8(V)；根据公式2，可以得出rmax=Ul/I=8/15*24=12.8(Ω)；根据公式3，可以得出不同的截面积所敷设的计算距离：

③以位置开关计算
假定开关无电阻，根据公式2，可以得出rmax=Ul/I=24/0.005=4800(Ω)；根据公式3，可以得出不同的截面积所敷设的计算距离，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。

④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，可以得出rmax=Ul/I=2.4/0.0583=41.14(Ω)；根据公式3，可以得出不同的截面积所敷设的计算距离：

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)。

注：本安仪表的电缆敷设距离因为数据的缺乏，本文不做讨论。

4、截面积与敷设长度的选用
结合线芯截面积选用原则c的要求，截面积与敷设长度的选用推荐值如下表。

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。

常用电缆经济性有什么区别？
1、常用电缆费用
从下表中可以得出，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。

2、项目举例
假定某项目有1万个I/O，根据之前9个项目数据统计系统I/O类型占比，系统I/O点分布如下表。

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，如下表所示。

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×+8200×25×3.5≈429(万)

注：不考虑铠装电缆的铠装格兰头与普通格兰头、接地、穿线管、桥架的费用差异。

随着新技术、新事物的应用，信号的布线方式也在发生改变，新一代的电子布线技术(光纤，代表性如艾默生CHARM、霍尼韦尔、横河NetWork)也逐渐应用，就目前来说，传统布线方式仍为主流、方案。因此根据总图合理地布置机柜间位置、选用仪表信号电缆型式和截面积是十分必要的。

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