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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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。