Экранированный кабель для передачи данных измерения температуры жидкой стали завод

Когда речь заходит о передаче данных с пирометров в конвертерных цехах, многие сразу думают о термопарах или беспроводных системах. Но в реальности именно экранированный кабель часто становится тем незаметным звеном, от которого зависит, дойдут ли данные о 1650°C без искажений. Наша компания ООО 'Шэньян Тэнъи Электроникс' за 12 лет накопила достаточно случаев, когда замена обычного кабеля на специализированный экранированный вариант сокращала погрешность измерений на 0,3-0,5%.

Почему экранирование — не просто 'металлическая оплетка'

В цехе с дуговыми печами и трансформаторами мы фиксировали наводки до 2 В/м. Обычный контрольный кабель здесь выдавал случайные скачки в показаниях, которые операторы иногда списывали на 'помехи от расплава'. После установки кабеля с двойным экраном из алюмополимерной ленты и медной оплетки удалось снизить уровень помех до 0,1 В/м. Важно, что экран должен быть заземлен с двух сторон — это часто упускают при монтаже.

Для температурных датчиков в системе непрерывного измерения мы используем кабели с индивидуальными экранами для каждой пары. В контуре ККП-6 на одном из заводов это позволило избежать перекрестных помех между сигналами пирометра и термопары типа S. Кстати, толщина изоляции из сшитого полиэтилена здесь не менее 1,5 мм — иначе при температуре окружающей среды 80°C рядом с ковшом начинается деградация диэлектрика.

Особенность жидкой стали — не только высокая температура, но и интенсивное ИК-излучение. Поэтому в кабелях для наших инфракрасных систем измерения мы дополнительно добавляем алюминиевый экран поверх тефлоновой изоляции. Это предотвращает нагрев жил от излучения раскаленных стенок кислородного конвертера.

Реальные кейсы с заводами — где экранированный кабель спасал ситуацию

На Череповецком металлургическом комбинате в 2021 году была проблема с 'плавающими' показаниями пирометра в системе контроля температуры в МНЛЗ. После диагностики выяснилось, что кабель проложен в 20 см от силового кабеля двигателя гидросистемы. Замена на экранированный кабель для передачи данных с сечением 2×1,5 мм2 и экраном из луженой меди решила проблему. Монтажники изначально экономили — проложили обычный КВВГ.

Другой случай — Запорожский сталеплавильный завод, где при измерении температуры жидкой стали в ковше возникали регулярные сбои в зимний период. Оказалось, конденсат в неэкранированном кабеле замерзал при -25°C в неотапливаемом тоннеле, что приводило к микротрещинам в изоляции. Перешли на кабель с экраном и морозостойким изолятором из полипропилена — сбои прекратились.

Самое сложное — убедить заказчика, что экономия 15% на кабеле может обернуться потерями в 200% от стоимости всей системы измерения. Мы в Тэнъи Электроникс всегда приводим пример с Новолипецким меткомбинатом, где из-за некорректных данных о температуре пришлось переплавлять 3 тонны стали — убыток превысил 600 тыс. рублей.

Технические нюансы, которые не пишут в спецификациях

Сопротивление изоляции — параметр, который многие проверяют при 20°C, но в реальности кабель работает при 90-110°C рядом с сталеразливочным желобом. Мы тестируем все кабели при 120°C в течение 100 часов — только после этого даем гарантию на использование в системах измерения температуры жидкой стали.

Экраны из фольги хороши для статических помех, но при динамических нагрузках (вибрация от работы МНЛЗ) они быстро разрушаются. Для таких условий мы рекомендуем комбинированный экран — фольга плюс оплетка с покрытием не менее 85%. В аргоновой продувке это особенно критично.

Разъемы — слабое место любой системы. Даже идеальный экранированный кабель теряет 70% эффективности при неправильном подключении к клеммам пирометра. Мы используем коаксиальные разъемы с двойным уплотнением, но некоторые заводы до сих пор пытаются экономить на 'крокодилах'.

Ошибки проектирования, которые мы регулярно видим

Самая частая — прокладка кабелей измерения температуры в одном лотке с силовыми линиями. Даже при наличии экрана на расстоянии менее 50 см неизбежно наведение помех. В проекте для ОЭМК нам пришлось перекладывать 120 метров кабеля — зато погрешность снизилась с 1,2% до 0,3%.

Вторая ошибка — игнорирование температурного расширения. При нагреве от 20°C до 80°C медная жила сечением 1,5 мм2 удлиняется на 3-4 см на 100 метров. Если не предусмотреть слабину — возникают механические напряжения, ведущие к обрыву экрана. В Днепровском метзаводе такой случай привел к недельному простою установки непрерывной разливки.

Третье — неправильный выбор материала экрана. Для сред с сернистыми газами (выплавка некоторых марок стали) оцинкованная сталь служит не более 6 месяцев. Мы в таких случаях применяем никелированные экраны — дороже на 40%, но срок службы увеличивается до 5 лет.

Как мы тестируем кабели перед поставкой на завод

Все партии проходят испытание на стойкость к термическим ударам — от -50°C до +250°C в камере с 50 циклами. Это имитирует работу вблизи сталеразливочного ковша, где возможны брызги металла температурой 1500°C на расстоянии до 2 метров.

Отдельно проверяем устойчивость к вибрации — на стенде с частотой 10-150 Гц и амплитудой 2 мм в течение 72 часов. После таких испытаний становятся видны проблемы с адгезией экрана к изоляции, которые при обычной приемке не обнаружить.

Для кабелей длиной более 100 метров обязательно измеряем волновое сопротивление — рассинхронизация даже в 5 нс может дать погрешность в 2-3°C при измерении температуры жидкой стали. Это особенно критично для высокоскоростных систем с частотой опроса 100 Гц и выше.

Перспективы развития — что будет меняться в ближайшие годы

Сейчас мы в Тэнъи Электроникс экспериментируем с композитными экранами на основе углеродных волокон — они легче и устойчивее к коррозии, но пока дороже медных на 60%. В тестовом режиме такие кабели работают на двух предприятиях в условиях повышенной влажности.

Еще одно направление — интеллектуальные системы мониторинга состояния экрана. В кабель встраиваются датчики целостности экрана — при повреждении более 30% система предупреждает о необходимости замены. Это позволяет избежать внезапных сбоев в процессе измерения температуры.

Для особо ответственных участков (непрерывное измерение в вакуумных печах) разрабатываем кабели с тройным экранированием — дополнительный слой из наномодифицированного полимера с металлическим напылением. Лабораторные испытания показывают снижение уровня помех на 15 дБ по сравнению с традиционными решениями.