多组对支架型仪表控制电缆研发

摘 要：本文介绍了多组对支架型仪表控制电缆的特性要求。对为满足电缆的这些特性要求而在设计研制过程中的选材依据、制作工艺特点，重点说明了材料选择、电缆结构设计。

关键词：支架型仪表控制电缆；电气参数；“十”字支架；电缆结构设计

中图分类号：TM247 文献标识码：A

一、引言

随着我国经济的迅猛发展，远控操作越来越多，对控制信号的稳定性要求也越来越高。传统的仪表控制电缆的传输单元结构为对线组或星形四线组。在星形四线组中四根绝缘线芯的位置为不稳定易滑动的正方形，有时在外力的作用下（如在卷盘、放线、敷设时）变为菱形，从而影响电缆的电气参数，致使电缆的废品率升高，即使合格出厂后，在电缆敷设时的外力作用下，可能使这种变形加大，导致信号传输的精度和传输距离大受影响，严重时会产生被控制设备的误动作。造成生产事故。本文就电缆使用现场设备对电缆的特性要求，结合我们对多组对支架型仪表控制电缆的设计和研制进行了总结。

二、现场仪表控制电缆的主要技术问题及要求

控制台对设备进行远端控制，要求传输信号稳定可靠，传输距离内衰减在允许范围内。对其影响最重要的两个因素就是衰减和干扰。多组对支架型仪表控制电缆就是对着两个因素进行控制。分布电容是影响衰减的一个重要因素，多组对支架型仪表控制电缆解决的就是分布电容的问题。而干扰用加屏蔽层进行解决。

三、电缆设计与研制

1 绝缘单线，导体采用无氧铜丝，能较好地传输电信号。绝缘采用高密度聚乙烯，形成绝缘单线。聚乙烯是一种乳白色的塑料，表面呈蜡状且半透明，是电线电缆较为理想的绝缘和护套材料。其主要优点是：

（1）优异的电气性能。其绝缘电阻和耐电强度高；在较宽的频率范围内，介电常数ε和介质损耗角正切tgδ值小，且基本不受频率变化的影响，作为信号传输用电缆的绝缘材料，是近乎理想的一种介质。

（2）机械性能较好，富有可挠性，而且强韧，耐溶性好。

（3）耐热老化性能、低温耐寒性能及耐化学稳定性好。

（4）耐水性好，吸湿率低，浸在水中绝缘电阻一般不下降。

（5）作为非极性材料，透气性大，聚乙烯的透气性是各种塑料中最为优良的。

（6）比重轻，其比重均小于1。高压聚乙烯尤为突出，约为0.92g/cm3；低压聚乙烯虽其密度较大，也仅为0.94g/ cm3左右。

（7）具有良好的加工工艺性能，易于熔融塑化，而不易分解，冷却易于成型，制品几何形状和结构尺寸易于控制。

（8）用它制作的电线电缆重量轻，使用、敷设方便，接头容易。

绝缘单线的制作精度直接决定电缆的总体电气性能，其主要相关指标为：导体直流电阻差，绝缘偏心度，绝缘外径的均匀度。

2 传输单元绞合

相较于对线组，星形四线组中对角的两根绝缘单线为一个工作线对，由于距离的增大，降低了分布电容，可获得更远的传输距离或更精准的传输信号。但星形四线组中四根绝缘线芯的位置为不稳定易滑动的正方形，有时在外力的作用下变为菱形，引起星形四线组分布电容变化，从而影响线路的信号传输。如一般的工作线对的工作电容为小于52nF/km，若星形四线组变形为菱形后，其中一个工作线对的极板距离变大，另一个变小，致使一个工作线对的电容小于52nF/km，而另一对的电容大于52nF/km。这对电缆的传输质量和传输距离产生严重影响。多组对支架型仪表控制电缆针对此问题的解决办法为，在星形四线组中心的缝隙内添加一个“十”字形支架条，对四根绝缘单线的位置进行固定。设计专门的模具生产“十”字形支架条，当做填充填在四线组的缝隙内。由于没有了滑移的空间，工作线对间的距离不再变化。影响信号传输距离和精度的一个重要因素：分布电容也就此被控制住。即使经常被移动的电缆也不会有影响。星形四线组下车的中控检测项目为：混、断线，工作对的工作电容、直流电组差，电容耦合系数。

3 抗干扰设计

当信号在电缆中传输时，因为传输路径中周围干扰源的存在，例如电气电缆或变压器等，可能因为电磁干扰而导致信号的偏移。这对于上节提及的信号传输影响尤为明显，而且相当难以量化。在实际使用中，去电气的继电器触点因为出现超过较强电感的存在，导致触点信号检测延迟，甚至动作失误的可能性。电缆的分布电容严重影响信号传输的速率。例如电缆的电容与信号波特率之间有严格对应关系，多组对支架型计算机电缆对此有针对性地设计，传输单元四线组绞合完成后，已经尽可能地减少了电缆的单位长度分布电容，此后在增加一道铜丝编织屏蔽工序，实现电磁屏蔽的目的，并沿铜网加添了一根铜导线作为引流线，以确保屏蔽层在电缆敷设施工和长期使用中具有稳定可靠的屏蔽性能。 进一步减少感抗和阻抗，使用该类电缆，可以减少电缆造成的传输瓶颈。

4 为了改善电缆的串音指标，在成缆工序中合理设计、匹配绞合节距，并实现完全退扭绞合，降低了线间直接系统性耦合，达到减小串音的目的。

5 护套，电缆的护套是对电缆工作单元的保护层，可根据电缆的使用环境选择相应的护套材料，如阻燃、低烟无卤、防化学腐蚀、防鼠等要求。大部分信号控制用电缆都敷设在室内，对于防紫外线、耐候等特性可不考虑。

6 电缆的总体结构如图1所示

1-软铜导体；

2-绝缘；

3-聚乙烯支架；

4-传输单元内护层；

5-缆芯内护层；

6-铜丝编织层；

7-外护层。

结语

（1）我公司研发设计的多组对支架型计算机电缆已获得国家实用新型专利，并通过了国家电线电缆质量监督检验中心的全面型式试验。

（2）多组对支架型计算机电缆的成功研发，使精确控制远端设备更加可靠，增加了控制距离，减少设备因信号偏移而导致的故障率。使客户有了更好的选择。同时也减少了中间的信号放大设备，降低了成本。

参考文献

[1] YD/T 838.1～4-1996，数学通信用对绞/星级对称电缆标准[S].