电缆敷设及故障考核优化措施

1.电缆选择

在爆炸性气体环境中，由于危险场所分为三种危险区域，所以，对某一区域中所用的电缆提出的要求也是不同的。

（1）0区用电缆

0区用电缆，在这里主要是指在0区安装“ia”级本质安全型电路、电气设备和关联设备时使用的电缆。

1）电缆结构和相关参数

这种电缆常常是多芯电缆，而且有一些电缆的芯线之间还有屏蔽层保护。

这种电缆的芯线的直径（包括绞线的每个金属丝）不应该小于0.1mm，绝缘层的厚度至少应该等于芯线直径的数值；当采用聚乙烯绝缘材料时，绝缘层的厚度不应该小于0.2mm。

在本质安全电气系统中，一根多芯电缆，有时候，可能连接着多个本质安全电路。

在选择电缆时，设计人员和安装人员应该考虑到电缆的电气参数：电缆电容C_c和电缆电感L_c，或者，电缆电容C_c和比值L_c/R_c，并按照以下方法来确定这些参数：

●由制造商提供的最严酷的电气参数。

●由测试试验样品确定的电气参数。

●当电缆为普通结构（屏蔽型或非屏蔽型）由2芯或3芯构成时，C_c=200pF/m和L_c=1μH/m；或者，C_c=200pF/m和L_c/R_c=30μH/Ω。

设计人员和安装人员可以根据这些参数和设备的相关参数（C_o、L_o、L_o/R_o；C_i、L_i、L_c/R_c）来确定电缆的实际允许使用长度。

2）电缆电气参数测试

当制造商没有提供电缆的相关电气参数时，人们可以自行测试这些参数。

测试电缆参数的实验室环境条件：环境温度为20～30℃，相对湿度为30%～60%。

测量电缆电阻的仪表的精度为±1%；测量电缆电容、电缆电感的仪表的测试频率为（1±0.1）kHz，精度为±1%。

试验样品长度为10m。

在测量时，人们应该分别测量同一根电缆各芯线之间、各芯线与屏蔽之间的电容和电感。测得的最大值除以10则是试验样品单位长度的电缆电容和电缆电感。

对于结构松散的电缆，试验时人们应该至少弯曲和扭转电缆10次，测得的数据变化不应该超过2%。

3）介电强度试验

这样的电缆，应该具有很好的绝缘性能，应该能够承受如下试验电压的介电强度试验：

●对于单芯电缆，在芯线导体与绝缘层外试验导体之间施加本质安全电路工作电压2倍值的试验电压，且至少为500V。

●对于铠装和（或）屏蔽电缆，在所有芯线与铠装带和（或）屏蔽层、铠装带和（或）屏蔽层与地之间施加至少500V交流试验电压（有效值），或750V直流试验电压。

●对于电缆芯线没有屏蔽层的电缆，在一半芯线连接在一起后与另一半芯线连接在一起后的芯线束之间施加1000V交流试验电压（有效值），或1500V直流试验电压。

试验电压电源（例如，变压器）的容量至少为500VA，频率为48～52Hz或58～62Hz。试验电压应该在不小于10s时间内上升至规定值，且至少保持60s。

4）电缆故障考核

“ia”级和“ib”级本质安全型设备和电路所用连接电缆应该承受故障考核，以便与设备的设备保护级别（“ia”级或“ib”级）相适应。

这样的故障考核，根据电缆的结构和连接电路情况，分为两类：一类是不考虑故障；另一类是考虑故障。

①如果多芯电缆通过上述的介电强度试验，且电缆符合以下任一种情况，则人们不必考虑它可能会发生故障：

●电缆芯线有屏蔽层保护，且这种屏蔽层遍布绝缘层表面至少60%。

●电缆固定安装并有机械保护措施防止外部损伤，且工作电压不大于60V。

●多芯电缆中每个电路的安全系数是相应设备的安全系数的4倍值。

②如果多芯电缆通过上述的介电强度试验，但是电缆芯线之间没有屏蔽层保护，或者，电缆的工作电压不小于60V，则人们必须考虑2根芯线之间可能发生短路故障以及4根芯线可能发生开路故障。

在0区安装除“ia”级本质安全型设备外的其他设备（例如“ma”级浇封型电气设备）时所用的电缆应该经过高级专业技术人员审查批准。

（2）1区和2区用电缆

1区和2区用电缆，根据电气设备和电气线路的安装状态，可以分为固定式设备用电缆和移动式设备用电缆。

对于固定安装的设备及相应的电路，设计人员可以采用相应电压等级的热塑性护套电缆、热固性护套电缆、合成橡胶护套电缆以及矿物绝缘金属护套电缆。

对于移动式设备，例如手持行灯、手持电钻等在使用时拖动供电电缆的设备，设计人员可以采用相应电压等级的重型橡胶护套软电缆和重型氯丁橡胶护套软电缆；对于电压不超过250V，电流不大于6A的手持式设备，也可以采用普通的橡胶护套软电缆和普通的氯丁橡胶护套软电缆。

此外，不管电缆是什么型式的，它们的绝缘都应该具有阻燃性能。当然，电缆埋设在地下或穿过充砂的金属管时可以不必具有阻燃性能。

还应该指出的是，在1区和2区安装“ib”级本质安全型设备、电路和关联设备时使用的电缆也应该符合在0区安装“ia”级本质安全电气系统时使用的电缆的要求。

2.电缆敷设

（1）电缆敷设的一般原则

为了把电气线路可能造成的点燃危险降低到最小的程度，设计人员在设计爆炸性危险场所的电缆敷设时应该遵守以下原则。

①电气线路应该尽可能地远离释放源，敷设在爆炸危险性较小的地方。一般情况下，电气线路应该尽可能地敷设在建筑物的外部。在爆炸性气体环境中，当可燃性气体的密度比空气的大时，电气线路应该设置在较高的地方或直接埋设在地下；当可燃性气体的密度比空气的小时，电气线路应该设置在较低的地方或电缆沟中。架空电缆应该沿电缆桥架敷设。电缆沟内应该在电缆敷设后填充石英砂，必要时还应该设置排水系统。

②敷设电缆的沟道或钢管和电缆在穿过不同危险区域的间壁（例如建筑物的墙壁、楼层板）时应该采用不燃性材料严密地密封起来。

③当电缆沿着输送可燃性物质的管道敷设时，电缆应该敷设在危险性小的管道的上方（当可燃性物质的密度比空气的大时）或下方（当可燃性物质的密度比空气的小时）。

④电气线路应该尽可能地避开可能遭受到机械损伤、化学腐蚀或高温作用的地方，若不能避开则应该采取合适的防护措施。

⑤低压电力线路和照明线路中使用的电线电缆的额定电压不应该低于它的工作电压，至少为500V（交流有效值）。系统中性线耐压等级应该与相线一致，而且中性线应该与相线在同一护套内或敷设在同一管道内。

⑥不管在哪种危险区域中，电线电缆应该采用铜芯的。

电线或电缆芯线的线径，在0区，不得小于1mm²；在1区，不得小于2.5mm²；在2区，不得小于1.5mm²。

对于2区，设计人员可以选用铝芯电缆（线径不得小于4mm²，控制线不得使用铝芯的），但是，在与电气设备接线端子连接时必须采用铜-铝过渡接头连接。

⑦本质安全电路系统与非本质安全电路系统应该尽可能地分开敷设；如不可能分开则应该采取隔离措施（当采用屏蔽电缆和金属护套电缆时可以不采取隔离措施）。

⑧当电缆被固定在电缆桥架或设备上时，电缆弯曲半径至少是直径最大的电缆直径的8倍值。

⑨当采用铠装电缆和（或）屏蔽电缆时，安装应该保证电缆的金属铠装带和（或）金属屏蔽层不得与输送可燃性物质的金属管道发生接触。

⑩当采用多芯电缆时，未使用的芯线应该在它的两端可靠地接地，不得使用绝缘胶带进行绝缘处理。

除了上述的设计原则外，设计人员还应该按照普通电气线路设计的方法进行工作。这些设计方法在保证电气系统安全运行方面也是至关重要的。

（2）0区中电缆的敷设

0区中电缆的敷设，主要是指“ia”级本质安全型设备、电路和关联设备的电缆敷设，除符合1区和2区中“ib”级本质安全电气系统电缆敷设的要求外，还应该注意系统接地时的特殊情况。

在爆炸性危险场所中，0区是在含有释放源的封闭区域形成的，例如，储罐中液位上部的空间。安装在这样的区域（0区）中的“ia”级本质安全型电气设备应该在0区外接地（假若需要接地的话），而且，接地应该尽量靠近0区，但是，不允许接在与储罐有关的金属构架上。(www.xing528.com)

对于除“ia”级本质安全型设备、电路和关联设备外的其他可适用于0区的设备，电缆的安装也可以参考这些要求。

（3）1区和2区中电缆的敷设

1）电缆布线

在1区和2区的危险区域中，电气线路只允许采用电缆布线。当使用不带护套的电线时，电线必须穿入钢管中敷设。

一般情况下，在危险区域中电缆不允许有“中间接头”，也就是说，不允许将两段电缆随便地连接在一起。当施工过程中实在不可避免“中间接头”时，安装人员可以在符合现场要求的防爆型接线盒（接线箱）内进行连接；也可以将要连接的电缆芯线通过机械的方法，例如绞接、螺栓连接、熔焊或钎焊等方法，连接在一起，然后用环氧树脂、绝缘粘合剂或热缩管材进行密封。后者，通常情况下不允许使用在1区。

另外，对于铠装电缆、屏蔽电缆和具有金属护套的电缆，安装人员应该采用适当隔离措施，防止这些电缆的外露金属部分（铠装带、屏蔽层和金属护套）接触输送可燃性气体和易燃性液体的管道系统，以免给可能出现的杂散电流提供通道，造成点燃危险。

安装时，电缆可以通过桥架敷设。桥架通过间壁墙时必须进行可靠的密封。密封结构的示意图如图11.18所示。

电缆在电缆沟中敷设时，电缆沟里应该填充石英砂。电缆沟从非危险场所进入危险场所通过间壁墙时必须进行可靠的密封。密封结构的示意图如图11.19所示。

图11.18 电缆桥架穿墙密封结构示意图

1—石英砂 2—桥架 3—墙体 4—电缆

图11.19 电缆沟进入危险场所穿墙密封结构示意图

1—石英砂 2—电缆 3—墙体 4—轻质耐火砖（缝隙用防火堵料或密封胶泥密封）

电缆在通过间壁墙和楼层板时，通过处必须进行可靠的密封。密封结构的示意图如图11.20所示。

2）钢管布线

在1区和2区的危险区域中，电线和电缆可以穿入镀锌钢管中敷设。在钢管中穿入的电线电缆数量，以它们的总截面积计，不应该超过布线钢管内截面积的40%。

在下列情况下，设计人员应该在布线钢管内设置隔离密封盒（图11.21）：

●布线钢管进入或离开危险场所时。

●布线钢管由1区进入2区时。

●距离内部存在点燃源的外壳450mm范围内。

●内径为50mm及以上的布线钢管的分支接头处。

图11.20 电缆通过间壁墙和楼层板密封结构示意图

1—墙体 2—速固型防火堵料 3—密封胶泥 4—石棉绳堵料 5—钢管 6—电缆

图11.21 隔离密封盒

1—钢管 2—隔离密封件 3—电线电缆 4—封堵 5—粉剂密封填料 6—堵料

在这种隔离密封盒中，密封填料的厚度至少等于布线钢管的内径。密封填料在填入钢管固化后不得收缩，不得透水，不受危险场所中化学物质的不利影响。

钢管布线在通过间壁墙和楼层板时同样必须进行钢管与间壁墙、楼层板之间的密封。密封结构的示意图如图11.22所示。

对于较长距离的钢管布线，设计人员还应该设置排放冷凝水的排放装置。此外，钢管与钢管的连接处应该保持“金属”接触（等电位连接），钢管与设备外壳的连接处应该符合相应的防护等级。

不管是电缆布线和（或）钢管布线通过间壁墙和（或）楼层板的隔离密封，还是钢管布线时钢管内的隔离密封，都是为了避免可燃性气体或易燃性液体从一个地方“流动”到另一个地方，防止可能出现不必要的附加点燃事故。因而，人们应该注意到这一点。

图11.22 钢管布线通过间壁墙和 楼层板密封结构示意图

1—墙体 2—速固型防火填料 3—隔离密封盒 4—钢管

3）“ib”级本质安全型布线

①电缆敷设

在1区和2区的危险区域中，“ib”级本质安全电路布线的基本原则是“隔离”（机械的和电气的），具体要求如下：

●本质安全电路的电缆和非本质安全电路的电缆应该分开敷设。

●在一根多芯电缆中，不允许一部分芯线用于连接本质安全电路，另一部分芯线用于连接非本质安全电路。

●绑扎在同一束电缆束中的本质安全导线和非本质安全导线之间应该用接地的金属箔隔离开。

●本质安全电路电缆应该使用铠装电缆、屏蔽电缆或金属护套电缆。

●本质安全电路电缆的布线应该防止可能遇到的机械损伤和化学腐蚀。

除此之外，本质安全电路的电线电缆还应该进行颜色标识。通常情况下，用于本质安全电路的电线电缆应该标志浅蓝色，假若有中性线为蓝色，则可以使用标志牌进行标识。铠装电缆、屏蔽电缆和金属护套电缆应该使用标志牌进行标识。

②本质安全电路的接地

本质安全电路，就其对地的状态，可以分为两种模式：

●本质安全电路同地隔离，处于“悬浮”状态。

●本质安全电路有一点同危险场所中等电位体相连接。

当本质安全电路处于“悬浮”状态时，人们应该特别注意静电对电路可能造成的不利影响。此时，允许将电路通过一个电阻值为0.2～1MΩ的电阻接地，以泄放可能出现的静电电荷。这个范围的电阻值，对于静电来说，可以被认为是“导电”的。

当本质安全电路处于接地状态时，主电路与各分支电路应该进行“电流”隔离，而且，各分支电路应该同接地网络至少有一点连接。

在本质安全电路中，假若没有隔离措施进行电流隔离时，各电路的接地点尽可能接近等电位系统；在TN-S系统中，电路接地与主电源接地之间的连接电阻不应该大于1Ω。

不管在什么情况下，接地必须牢固可靠。接地导线应该是绝缘的，至少有两根截面积不小于1.5mm²的铜导线连接，而且，每根导线都能够承受最大的负载电流；当使用一根铜导线时，导线的截面积至少为4mm²。

③电缆屏蔽层和铠装带的接地

屏蔽电缆的屏蔽层和铠装电缆的铠装带都必须可靠地接地，接地点应该在由非危险场所进入危险场所时非危险场所一侧的端口处。

对于屏蔽电缆，电缆的屏蔽层必须至少有一点接地。假若需要防止周围其他电磁场的干扰，屏蔽层应该进行多点接地，如图11.23所示。

对于铠装电缆，电缆的铠装带必须用适当的方式连接到等电位系统中，以防止铠装带与等电位系统之间出现电位差，可能产生放电火花。

图11.23 屏蔽电缆屏蔽层的多点接地示意图