对本安电缆的特性及技术分析

摘 要：随着工业自动化水平的提高，在生产区域里，供电系统、控制系统和信息传递系统的网络密度不断增大。对于石油、化工、冶炼、煤炭等行业，由于生产环境易燃易爆，因此对电线电缆产品的安全性能要求很高。本安电缆就是根据这一要求而产生的。本文概述了本安电缆的特征，根据本安电缆的特性和使用环境，研制本安电缆的结构及性能。

关键词：本安电缆的特征；结构设计；性能及参数

中图分类号：TM726.4 文献标识码：A

1 概述

随着世界微电子技术、信息技术的飞速发展，相关行业产品的技术和含量也在不断提高。石油、化工、冶金、煤炭等行业的工业过程自动化产品主要用于具有爆炸性危险的环境和可靠性要求极高的工业生产中实现过程控制，其使用的电缆除具有一般工业过程自动化使用的电缆的特性外，还必须要通过防爆、防静电和防电磁干扰等适合恶劣环境的严格等级检验，即要求具有低电容、低电感和极高的可靠性。因此，用于生产环境恶劣的石油、化工、冶金、煤炭等行业的本安电缆，将伴随对工业过程自动化产品的可靠性要求的综合化、网络化、智能化装置的发展，成为电缆行业产品发展的又一增长点。

2 本安电缆的特征

本安电缆是本质安全电缆的简称。它主要用于石油化学工业本质安全电路中的各种自动化检测设备，电子计算机处理控制系统，数字信号检测仪以及控制电路中。另外对于非本安电缆的类似设备和系统也同样适用。由于本安电缆具有低电容和低电感，且屏蔽性能和抗干扰性能极佳，在化学工业和石油化学工业中其防爆性能优于一般控制电缆，故称之为本安电缆。本安电缆分为本安控制电缆和本安信号电缆。

3 项目产品的试制依据

本安控制电缆和本安信号电缆没有现成的国际和国内标准，可参照英国BS5308标准或根据用户提供使用方面的技术要求。编制企业标准。

4 电缆结构设计

4.1电缆在特定环境中运行，技术要求高

本安电缆主要用于石油化学工业本质安全电路中的各种自动化检测设备电子计算机处理控制系统，数字信号检测仪以及控制电路中。这给电缆结构设计带来诸多困难。比如：既要求电缆屏蔽性能和抗静电、抗干扰性能好，还要具有低电容和低电感，且电磁兼容性要好。这对于电缆结构的布局、节距的规定及绝缘屏蔽护套等各种材料的选择有较高要求。由于同一根电缆要完成输电、信号传输、控制等多种功能，为确保电缆安全可靠运行。因此，在电缆结构设计上采取了一系列措施。

4.2 材料选择

绝缘材料采用进口的聚乙烯绝缘料,它具有良好的电气绝缘性能，长期工作温度可达到70℃。该材料还具有良好的机械性能和工艺性能。屏蔽材料采用铝/塑复合薄膜，并在其金属面下放入镀锡铜线或镀锡铜绞线，使其具有优异的屏蔽性能和抗静电、抗干扰性能。护套材料采用70℃阻燃型护层级软聚氯乙烯塑料，氧指数为33%，物理机械性能良好，满足使用要求。

4.3 电缆结构设计

在本安电缆的结构设计中，绝缘、屏蔽、护套材料选择之后，主要考虑的是电缆总体结构设计问题。由于电缆既要求低电容和低电感，还要求具有良好的屏蔽性能和抗静电、抗干扰性能。在电缆的结构设计中解决了绝缘厚度问题，绞组节距选择问题，分屏总屏问题及不同线芯相互信号干扰问题。

5 技术要求

5.1 导体：导体采用符合GB/T 3956-2008中的第1种单根实芯铜导体或第2种绞合铜导体。根据使用场合，在保证电缆的弯曲性的同时使导体易加工不断线，传输性能优异。

5.2 绝缘标称厚度根据电缆规格从小到大为0.6mm～0.8mm。绝缘厚度的平均值应不小于标称值，其最薄处厚度应不小于标称值的90%。

5.3 屏蔽采用分屏和总屏。选用具有高导电和高导磁性能的金属复合带作为电磁屏蔽材料，其屏蔽层为重叠绕包，重叠率不小于20%。放入相应规格的引流线。

5.4 外护套最小厚度不小于1.5mm，护套平均厚度应不小于标称值，其最薄点厚度应不小于标称值的85%mm。

5.5 研制产品结构图

以本安信号电缆为例，其本安信号电缆结构图见图1所示

6 研制产品主要工艺流程

以本安信号电缆为例，研制本安信号电缆主要工艺流程见图2

7 产品主要性能

7.1 20℃时导体直流电阻Ω/km。

7.2 20℃时绝缘电阻MΩ・km。

7.3 工作电容(芯-芯) (1kHz)pF/m。

7.4 对-对 电容不平衡(1kHz) pF/m。

7.5 分布电感（1kHz）μΗ/m。

7.6 L/R 感阻比μΗ/Ω。

7.7 电磁干扰感应电压(干扰磁场400A/m)。

7.8 静电感应电压(静电电压15kV)。

7.9 辐射场透入强度(干扰场200MHz,200dB)。

7.10 试验电压kV

7.11 绝缘线芯应经受50Hz，最小为4kV交流有效值的火花试验，作为中间检查，应无绝缘损坏。

7.12 电缆外观：表面应光滑，色泽均匀。无气泡，无裂纹和明显划伤。

8 主要问题及解决方法

为保证电缆良好的屏蔽性能和抗静电、抗干扰性能，采用了分屏和总屏，并且分屏是双层铝/塑复合薄膜结构，分屏和总屏金属面下还放入引流线，从而实现了电缆的本质安全性。电缆在15kV静电作用下，其性能非常优异。因为电缆在15kV静电作用下是破坏性试验，而我们的电缆却完好无损，受到国家级仪器仪表防爆安全监督检验站的好评。由于分屏的缆芯比较细，我们公司从未生产过这种电缆，再加上铝/塑复合薄膜在绕包过程中易翻面，可以说工艺难度大生产比较困难。初试车时几乎开不起来车，经过对设备进行改装调整，制备相应的工装，克服了许多预想不到的困难。特别是在进行金属编织时，由于要求的钢丝编织金属层的履盖率比较高达82%，我们在试车中通过不断摸索，在摸索中积累经验，最终解决了这一工艺难题。

9 技术分析与总结

本安电缆产品技术要求较高，工序繁多，生产有一定的难度。电缆具有低电容和低电感，优异的屏蔽性能和抗静电、抗干扰性能。电缆在本质安全系统中可靠运行。电缆经国家级仪器仪表防爆安全监督检验站检验，产品完全满足技术条件和使用要求。该电缆研制成功，在技术和工艺上具有一定的先进性。有较好的经济和社会效益。

参考文献

[1]英国标准BS 5308 供内部安全系统用检测仪器电缆.

[2]GB/T 3956-2008 电缆的导体.

[3]GB/T 9330-2008 塑料绝缘控制电缆.