對本安電纜的特性及技術分析

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、信息技術的飛速發展，相關行業產品的技術和含量也在不斷提高。石油、化工、冶金、煤炭等行業的工業過程自動化產品主要用于具有爆炸性危險的環境和可靠性要求極高的工業生產中實現過程控制，其使用的電纜除具有一般工業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，用于生產環境惡劣的石油、化工、冶金、煤炭等行業的本安電纜，將伴隨對工業過程自動化產品的可靠性要求的綜合化、網絡化、智能化裝置的發展，成為電纜行業產品發展的又一增長點。

2 本安電纜的特征

本安電纜是本質安全電纜的簡稱。它主要用于石油化學工業本質安全電路中的各種自動化檢測設備，電子計算機處理控制系統，數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備和系統也同樣適用。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，在化學工業和石油化學工業中其防爆性能優于一般控制電纜，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 項目產品的試制依據

本安控制電纜和本安信號電纜沒有現成的國際和國內標準，可參照英國BS5308標準或根據用戶提供使用方面的技術要求。編制企業標準。

4 電纜結構設計

4.1 電纜在特定環境中運行，技術要求高

本安電纜主要用于石油化學工業本質安全電路中的各種自動化檢測設備電子計算機處理控制系統，數字信號檢測儀以及控制電路中。這給電纜結構設計帶來諸多困難。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。這對于電纜結構的布局、節距的規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，在電纜結構設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，氧指數為33%，物理機械性能良好，滿足使用要求。

4.3 電纜結構設計

在本安電纜的結構設計中，絕緣、屏蔽、護套材料選擇之后，主要考慮的是電纜總體結構設計問題。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。在電纜的結構設計中解決了絕緣厚度問題，絞組節距選擇問題，分屏總屏問題及不同線芯相互信號干擾問題。

5 技術要求

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

5.2 絕緣標稱厚度根據電纜規格從小到大為0.6mm～0.8mm。絕緣厚度的平均值應不小于標稱值，其最薄處厚度應不小于標稱值的90%。

5.3 屏蔽采用分屏和總屏。選用具有高導電和高導磁性能的金屬復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%。放入相應規格的引流線。

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

5.5 研制產品結構圖

森林高火險預警期，所有撲火隊員保持24h通信暢通，整裝待命，全員處于臨戰戒備狀態，一旦發現有火情，根據森林防火應急預案，以最快速度出擊，快速撲救，確保實現“打早、打小、打了”。撲火隊員到有關鄉、鎮、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，其本安信號電纜結構圖見圖1所示

圖1 本安信號電纜產品結構示意圖

6 研制產品主要工藝流程

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 產品主要性能

7.1 20 ℃時導體直流電阻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 電磁干擾感應電壓 (干擾磁場400A/m)。

7.8 靜電感應電壓(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 絕緣線芯應經受50Hz，最小為4kV交流有效值的火花試驗，作為中間檢查，應無絕緣損壞。

7.12 電纜外觀：表面應光滑，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/塑復合薄膜結構，分屏和總屏金屬面下還放入引流線，從而實現了電纜的本質安全性。電纜在15kV靜電作用下，其性能非常優異。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，我們公司從未生產過這種電纜，再加上鋁/塑復合薄膜在繞包過程中易翻面，可以說工藝難度大生產比較困難。初試車時幾乎開不起來車，經過對設備進行改裝調整，制備相應的工裝，克服了許多預想不到的困難。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，在摸索中積累經驗，最終解決了這一工藝難題。

9 技術分析與總結

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

[1]英國標準BS 5308供內部安全系統用檢測儀器電纜.

[2]GB/T 3956-2008電纜的導體.

[3]GB/T 9330-2008塑料絕緣控制電纜.