Сечение кабеля питания и подбор блока питания для расходомеров «ЭМИС»

Одним из факторов, влияющих на корректную работу расходомеров, является правильное подключение прибора к электропитанию, в связи с чем следует уделить должное внимание выбору сечения кабеля и подбору блока питания.

О том, какие параметры влияют на выбор типа кабеля для подключения прибора к электропитанию рассказал руководитель группы «Автоматика и схемотехника» ЗАО «ЭМИС» Руслан Фаритович Султанов.

Когда размер имеет значение. Длина и толщина кабеля

Если кабель, с определенной длиной, толщиной (сечением жилы) и из конкретного материала, нарисовать на электрической схеме, то он превратится в электрическое сопротивление, включенное последовательно с прибором.

При протекании тока через сопротивление, на этом сопротивлении теряется часть напряжения (происходит падение напряжения). Чем больше сопротивление, тем больше падение напряжения, то же самое справедливо и для тока, чем больше ток, тем больше падение напряжение: U=I*R (закон Ома).

Из электротехники мы знаем, что U_б.п. = U_пад + U_{прибора} (второй закон Кирхгофа, внутренним сопротивлением источника можно пренебречь).

Если переписать эту формулу: U_{прибора} = U_б.п. – U_пад, то можно сделать вывод, что при одинаковом напряжении блока питания, чем больше напряжения попадает на кабели, тем меньше подается на прибор.

У каждого прибора есть допустимый диапазон напряжения питания и если в ходе работы напряжение выходит за этот диапазон, то прибор может работать некорректно или даже отключаться.

Также, стоит отметить, что падение напряжения больше влияет на приборы с постоянным напряжением питания, потому что мощность у любых приборов на постоянном токе и на переменном примерно одинаковая, а, следовательно, при низком напряжении (например, 24 В постоянного напряжения) будет протекать больший ток, чем при высоком (например, 230 В переменного напряжения).

Теперь более подробно рассмотрим сопротивление кабеля и ток в линии. Обычно оно нормируется в формате, не более хх Ом для 1 км, кабеля и, обычно, указывается температура окружающей среды 20 С. Рассчитать сопротивление отрезка, известной длины, в этом случае не составляет труда, но важно помнить, что для подключения питания используются две жилы, поэтому нужно полученный результат умножить на 2.

При этом напряжение должно соответствовать тому диапазону, который допустим для прибора. Например, блоки питания у счетчика-расходомера в большинстве своем имеют номинальное значение 24 вольта, а диапазоны напряжения питания прибора, например, могут быть шире: нижний предел составляет 16-18 вольт.

Почему так сделано? Потому что между блоком питания и прибором, как минимум, пролегает кабель, кроме того, могут быть и дополнительные устройства. При этом следует учитывать, что кабель - это элемент, имеющий последовательное сопротивление. Слишком большое сопротивление может привести к падению напряжения до параметров, ниже требуемого допуска. Например, вихревой счетчик-расходомер «ЭМИС-ВИХРЬ 200» с электронным блоком вторичного преобразователя типа «-В/ВВ-» питается от 12 вольт. Если сопротивление в кабеле будет слишком большим и напряжение упадет ниже 12 вольт, то прибор не включится и не будет работать, или, как говорят специалисты КИП и А на профессиональном жаргоне, «не запустится». Поэтому важно понимать, какое сопротивление имеет кабельная линия.

Сопротивление в кабеле зависит от двух параметров – его длины и толщины. По закону Ома, чем кабель толще, тем меньше в нем сопротивления и больше тока может пропустить, при таком же падении напряжения. Аналогично на сопротивление кабеля влияет его длина – чем длиннее кабель, тем больше падение напряжения, поэтому при подключении на удаленное расстояние необходимо подбирать кабель большего сечения.

Например, мы берем кабель МКЭШВнг(А)-LS 2х2х0,75, как наиболее практичный и применимый. Этого сечения кабеля достаточно, чтобы запитать упомянутый счетчик-расходомер «ЭМИС-ВИХРЬ 200» без индикатора на расстояние до 1000 метров. Если же прибор потребляет какую-то энергию дополнительно, например, имеет дисплей, то уже этот же кабель можно использовать на расстояние до 500 метров, а при необходимости подключения на более дальнее расстояние сечение кабеля необходимо увеличить.

Постоянное или переменное напряжение - какой кабель нужен и почему их нужно два?

Кроме сказанного выше, при выборе кабеля необходимо учитывать, постоянное или переменное напряжение будет подаваться на прибор. Постоянное напряжение – это, как правило, 24 Вольта, переменное - 230 Вольт. Соответственно при одной и той же мощности при более низком напряжении требуется более высокий ток. При постоянном напряжении используется кабель МКЭШ, потому что для обычных 24-вольтовых приборов по одному и тому же кабелю, возможно, передавать и питание, и сигнальную линию.

Необходимо отметить, что в тех случаях, когда для питания расходомера необходимо 230 Вольт, мы рекомендуем использовать КГВВнг(А)-LS 3х1,5, который имеет более высокое сопротивление изоляции. То есть это трехпроводная схема подключения, когда в кабеле имеются три жилы, по которым идет напряжение в 230 вольт и 0, фаза заземления.

При этом для передачи основных выходных сигналов – токового, частотно- импульсного и RS485 - дополнительно применяется и может входить в комплект поставки по требованию заказчика кабель МКЭШ. При подключении расходомера кабель для питания и кабель для съема сигнала заводят через разные кабельные вводы и, как правило, прокладывают на расстоянии друг от друга.

Отдельный кабель для передачи выходных сигналов при переменном напряжении необходим, прежде всего, из соображений безопасности, поскольку, если по одной жиле идет напряжение в 230 вольт есть вероятность ошибочной подачи высокого напряжения на сигнальную линию, что выведет прибор из строя.

Если заказчику необходимо использовать специализированный кабель для передачи сигнала интерфейса RS-485 в соответствии с цифровым протоколом Modbus RTU, по желанию заказчика он также может входить в комплект поставки, однако, необходимо понимать, что в силу отличающихся технических характеристик этот кабель стоит существенно дороже. Применение такого специализированного кабеля имеет смысл, если на объекте имеется какая-то сложная сеть приборов, соединенных по цифровому интерфейсу RS-485 и необходимо обеспечивать устойчивую работу линии связи. Однако, в большинстве случаев кабеля МКЭШ вполне достаточно.

Двухпроводная схема подключения

Также отдельно целесообразно остановиться на двухпроводных исполнениях приборов, где по двум проводам происходит и питание, и съем сигнала. Такая схема подключения реализована в расходомерах «ЭМИС-ВИХРЬ 200» с версией электронного блока «-Т-», датчиках давления «ЭМИС-БАР», ротаметрах «ЭМИС-МЕТА 215». В руководствах по эксплуатации на приборы прописаны требования по общему сопротивлению линии и привязки к питающему напряжению.

При этом следует отметить, что бывают случаи, когда в линии помимо счетчика-расходомера с двухпроводной схемой подключения стоят еще какие-либо средства измерения и (или) автоматизации, например, измерители, которые добавляют свое сопротивление в линию и, следовательно, потребляют и снижают напряжение.

Кроме того, безотносительно схемы подключения (двухпроводная или четырехпроводная) при выборе сечения кабеля питания необходимо учитывать и уровень взрывозащиты прибора, поскольку применение барьеров с проходным сопротивлением ограничивает мощность от вторичного преобразователя. В данном случае сопротивление измерителя и сопротивление барьера складываются, в результате чего на кабель остается меньшее значение сопротивления, что требует увеличения толщины используемого кабеля либо сокращения его длины.

Подбор кабеля в зависимости от условий эксплуатации

Кроме перечисленных выше требований, при выборе кабеля необходимо учитывать температурный диапазон, место пролегания кабельной трассы, подверженность вибрациям и изгибам, как реализуется укладка, одиночно или идет пучком с кабелями другого электрооборудования, есть ли требования по пожаростойкости кабеля и другие параметры. Если необходима дополнительная защита, например, от попадания нефти и других химических соединений, имеется возможность подбора специального кабеля с учетом условий, в которых будет прокладываться кабель.

Важной характеристикой, влияющей на эксплуатационные свойства кабеля, является его конструкция. Для уменьшения влияния помех необходимо, чтобы кабель имел внешний экран, защищающий электрический сигнал от воздействия электромагнитных полей. Второе, жилы должны быть попарно свиты, что дает дополнительную защиту от влияния помех. Из вышеперечисленных соображений для питания счетчика-расходомера может быть подобран кабель МКЭШВнг(А)-LS, который обладает всеми необходимыми свойствами и подходит большинству заказчиков в его условиях эксплуатации.

Блоки питания

Блоки питания для расходомеров необходимо подбирать с учетом типа прибора и особенностей электроники, наличия либо отсутствия индикатора, дополнительных опций, таких как встроенный подогрев электронных плат, и других параметров.

При этом есть типы приборов, которые требуют специализированных блоков питания, что в первую очередь связано с искробезопасными цепями при взрывозащищенном исполнении прибора.

Например, блок питания BXNE совмещает в себе два устройства - блок питания, который преобразует высокое напряжение в низкое, необходимое для питания прибора, по умолчанию это переход с 220 вольт на 24 вольта. И второе, это, соответственно барьер искрозащиты. Такие блоки питания являются специализированными и их невозможно заменить на что-либо другое, поскольку необходимо выполнить совокупность требований по взрывозащите и по питающим линиям.

Если рассматривать блоки питания производства ЗАО «ЭМИС», г. Челябинск, то они представлены в двух категориях: трансформаторные блоки питания («ЭМИС-БРИЗ 90» и «ЭМИС-БРИЗ 500») и импульсные блоки питания («ЭМИС-БРИЗ 100» и «ЭМИС-БРИЗ 250»).

Трансформаторные блоки питания имеют несколько выходных каналов, гальванически развязанных между собой. Как правило, это два канала или четыре канала.

Импульсные блоки питания имеют только один канал, но при этом обладают более высокой выходной мощностью. Если трансформаторный блок рассчитан на значение тока от 100 до 500 миллиампер, то максимальный ток для импульсного блока составляет 2,5 Ампер. Поэтому, если необходимо гальванически разделить питание сигналов, то следует применять либо трансформаторный блок питания, либо два импульсных блока.

Количество каналов для трансформаторных блоков, значение входного напряжения и выходного тока прописаны в руководстве по эксплуатации для каждой отдельной модификации. При этом выходное напряжения для всех блоков питания «ЭМИС-БРИЗ» составляет 24 вольта.

По вопросам приобретения продукции торговой марки «ЭМИС» обращайтесь на номер +7 (727) 310 29 83. Заполняйте опросные листы и отправляйте на электронную почту sales@emis-kip.kz.