En los proyectos de ingeniería de control de automatización, la selección de cables de señal de 4 a 20 mA determina directamente el rendimiento antiinterferencia del sistema,precisión de la transmisión de la señal y fiabilidad operativa a largo plazoCombinando estándares de la industria y prácticas de ingeniería de campo, se puede realizar una selección precisa de cables a partir de las siguientes cinco dimensiones centrales.
I. Construcción del núcleo y diseño antiinterferencia
La señal de 4-20 mA es una señal analógica débil muy susceptible a las interferencias electromagnéticas de fuentes in situ como los convertidores de frecuencia, los grandes motores eléctricos y las máquinas de soldadura.la construcción del cable debe cumplir los siguientes requisitos:.
1. Estructura de parejas retorcidas
La simetría de los pares retorcidos compensa las interferencias inducidas por campos electromagnéticos externos.
2Protección basada en el grupo
Adoptar una estructura S/FTP con escudo en capas:una protección individual de papel de aluminio para cada par más una protección global de trenza de cobreEsto mitiga eficazmente el cruce de sonido entre pares y la interferencia externa de modo común.
3Conductores de cobre puro
Se utilizarán conductores de cobre de alta pureza (contenido de cobre ≥ 99,9%), estrictamente prohibidos los conductores de núcleo de aluminio o de aluminio revestido de cobre.para garantizar la conductividad del sonido y prevenir la oxidación y el sobrecalentamiento en las juntas.
4. Materiales de las capas aislantes
El aislamiento deberá ser de polietileno (PE) o cloruro de polivinilo (PVC), con una resistencia de aislamiento ≥ 500 MΩ·km. El aislamiento PE ofrece una constante dieléctrica inferior y un rendimiento superior de alta frecuencia,adecuado para escenarios de transmisión de datos de alta velocidad.
II. Sección transversal del conductor frente a la distancia de transmisión
Loop voltage drop shall be calculated during selection to guarantee that the voltage at the transmitter terminal remains above its minimum operating voltage (typically ≥ 16 V) at maximum transmission distanceA continuación se presentan selecciones de referencia para los sistemas de alimentación estándar de 24 V.
| Distancia de transmisión |
Sección transversal recomendada |
Resistencia aproximada del bucle |
Las observaciones |
| Dentro de los 100 m |
1.0 mm2 |
≤ 3,6 Ω |
Eficacia en términos de costes para los requisitos básicos |
| 100 m ~ 300 m |
1.5 mm2 |
≤ 2,4 Ω |
Tamaño estándar más común para proyectos de automatización |
| 300 m ~ 800 m |
2.0 mm2 o 2,5 mm2 |
≤ 1,8 Ω / ≤ 1,2 Ω |
Caída de la tensión de retención causada por la resistencia de la línea |
| Por encima de 800 m |
2.5 mm2 |
≤ 1,2 Ω |
Se requiere una verificación estricta de la caída de tensión; para distancias que superen los límites típicos (1000-1500 m), instalar aisladores o repetidores de señal |
Formula para el cálculo de la caída de tensión:
D = I × R × L × 2
Donde: ΔU = caída de voltaje del bucle (V); I = corriente del bucle (mA); R = resistencia por unidad de longitud (Ω/km); L = distancia de transmisión unidireccional (km).
III. Material de la chaqueta y compatibilidad ambiental
Las capas exteriores de los cables se seleccionarán de acuerdo con los entornos de instalación reales.
| Escenario de aplicación |
Material recomendado para chaquetas |
Propiedades |
Normas aplicables |
| Enrutamiento general en interiores o en cables |
El PVC |
Eficaz en cuanto a costes, ignífugo, resistente a la corrosión química leve |
Se aplicará el procedimiento siguiente: |
| En el interior de los gabinetes de control / zonas densamente ocupadas |
El número de unidades de producción de combustible de las que se trate se determinará en función de las características de las unidades de producción. |
No libera gases tóxicos durante el incendio; transmisión luminosa ≥ 60% |
Se aplicará el procedimiento siguiente: |
| Entornos industriales adversos (contaminación por petróleo, productos químicos) |
PUR (poliuretano) o CPE |
Resistente al aceite, a la abrasión, al ácido y al álcali, a bajas temperaturas |
HG/T 2006 |
| Aplicaciones con movimiento frecuente / cadena de arrastre |
PUR de alta flexibilidad |
Ciclos de flexión ≥ 1 millón, resistentes a la torsión |
VDE 0295 |
IV. Principales especificaciones de instalación y conexión a tierra
La selección adecuada del cable es sólo el primer paso; la correcta instalación también determina el rendimiento final.
1. Aterrizaje del escudo de punto único
El escudo del cablesólo deben estar conectados a tierra de forma fiable en el extremo del gabinete de control (módulo de tarjetas PLC/DCS)El escudo situado en el extremo del instrumento de campo deberá estar aislado y flotante.Como las diferencias de potencial de tierra crean bucles de tierra que introducen interferencias severas y deriva de señal.
2- Separación de los cables de señal baja y de alimentación
Los cables de señal de 4 a 20 mA nunca compartirán conductos o bandejas de cables con cables de alimentación (por ejemplo, cables de alimentación de 380 V, cables de salida de convertidores de frecuencia).mantener una separación mínima de 30 cmCuando el cruce sea inevitable, los cables deben ser encaminados en un ángulo perpendicular de 90 grados.
3Control del radio de flexión mínimo
Se evitarán curvas o torceduras bruscas durante la instalación: el radio mínimo de curvatura del cable no será inferior a 67,5 × el diámetro exterior del cable,para evitar daños en el aislamiento interno o quebradas de los cables de trenza de blindaje.
4Protección de conductos
Los cables de conducción situados en el interior de los conductos de metal galvanizado o de las bandejas de los cables; ambos extremos de los conductos de metal deberán estar conectados a tierra de forma fiable.El factor de llenado del conducto no deberá superar el 40% para garantizar la disipación de calor y el espacio de mantenimiento..
V. Trampas y mitigaciones comunes en la selección
| Una trampa común |
Riesgo potencial |
Práctica correcta |
| Conductores de cobre o de aluminio |
Oxidación articular, mayor resistencia al contacto, atenuación de la señal |
Especificar los conductores de cobre libres de oxígeno de alta pureza |
| Escudo en tierra en ambos extremos |
Interferencias en el circuito de tierra, deriva de señal |
Escudo de tierra sólo en el extremo del gabinete de control |
| Las demás placas |
Interferencia electromagnética del acoplamiento, distorsión de la señal |
Las placas deben estar separadas; mantener un espacio libre ≥ 30 cm |
| Calculación de la caída de voltaje |
Fuente de alimentación insuficiente para los instrumentos remotos, señales anormales |
Calcular la caída de voltaje por fórmula; añadir repetidores si es necesario |
| La chaqueta no se ajusta al entorno de operación |
Rasgaduras y envejecimiento de la chaqueta, falla del aislamiento |
Seleccionar el material de la chaqueta que se adapte a las condiciones del sitio |
VI. Tabla de selección de referencia rápida
| Escenario de aplicación |
Material del conductor |
Estructura de protección |
Material de la chaqueta |
Tamaño del conductor |
| Cabinet de control DCS / PLC estándar |
Cobre sin oxígeno |
Película de aluminio + doble blindaje de trenza de cobre |
El PVC |
1.5 mm2 |
| Conversores de frecuencia cercanos / zonas de alta interferencia |
Cobre sin oxígeno |
Protección de doble capa S/FTP |
El PVC |
1.5 a 2.5 mm2 |
| Áreas petroquímicas/peligrosas para explosiones |
Cobre sin oxígeno |
Película de aluminio + doble blindaje de trenza de cobre |
LSZH |
1.5 a 2.5 mm2 |
| Entornos al aire libre y hostiles |
Cobre sin oxígeno |
Película de aluminio + doble blindaje de trenza de cobre |
PUR/CPE |
2.5 mm2 |
| Transmisión a larga distancia (> 800 m) |
Cobre sin oxígeno |
Protección de doble capa S/FTP |
PVC / LSZH |
2.5 mm2 más repetidor |
Observaciones finales
La selección de cables de señal de 4 a 20 mA es una tarea de ingeniería sistemática.La durabilidad ambiental y las especificaciones de instalación deben considerarse de manera integral.Los ingenieros deberán investigar completamente las condiciones de funcionamiento del sitio antes de la selección, seguir estrictamente las normas nacionales pertinentes,y hacer cumplir el control de calidad en los pasos críticos, como la puesta a tierra del escudo durante la instalación, para garantizar el funcionamiento estable a largo plazo de los sistemas de automatización y control.
Normas de referencia
- GB/T 196662019Reglas generales para los cables eléctricos y los cables ópticos ignífugos y resistentes al fuego
- GB/T 50232008Cables aislados con cloruro de polivinilo de tensión nominal de hasta 450/750 V
- HG/T 2006-2022Elastómeros de poliuretano termoplástico
- IEC 610342Medición de la densidad de humo de los cables que arden en condiciones especificadas
GB 50057‐2010Código de diseño de la protección contra rayos de los edificios
- SY/T 3019‐2016Especificación para el diseño de tuberías y cableado de instrumentos en ingeniería petroquímica
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