隨著礦物絕緣電纜在消防設(shè)施、重要場所及危險(xiǎn)區(qū)域電氣線路的廣泛應(yīng)用，其優(yōu)越的 技術(shù)及安全性能越來越受到關(guān)注。通過在超高層建筑上使用案例的探討，對電纜選型與敷設(shè)方式提出了應(yīng)用方案，該案例可供電氣設(shè)計(jì)、業(yè)主和施工單位借鑒。 1. 礦物絕緣電纜的發(fā)展
礦物絕緣電纜(Mineral Insulated Cable)簡稱MI電纜。目前按結(jié)構(gòu)特性可以分為剛性和柔性兩種。
剛性礦物絕緣電纜(BTTZ)發(fā)明較早，19世紀(jì)末瑞士工程師Arnold Francois Borel就提出礦物絕緣電纜的設(shè)想，并于1896年獲得專利權(quán)，1934-1936年法、英投入生產(chǎn)以后發(fā)展很快。我國也于上世紀(jì)六十年代研制，開始用于軍事領(lǐng)域，80年代中期開始工業(yè)化生產(chǎn)，并逐步被建筑領(lǐng)域全面接受。由于剛性礦物絕緣電纜在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的天然不足，造成其在性能、生產(chǎn)及敷設(shè)等方面都存在著一定的缺陷。在發(fā)達(dá)國家特別是歐盟國家中，柔性礦物絕緣防火電纜的崛起，剛性礦物絕緣電纜的使用正在被替代。
柔性礦物絕緣電纜(BBTRZ)的發(fā)明較晚，大約是在上個(gè)世紀(jì)七十年代誕生于瑞士斯圖特電纜公司，國內(nèi)最早、最新的柔性礦物絕緣防火電纜于2005年由上海快鹿電線電纜有限公司推出。
2. 柔性礦物絕緣電纜的組成
相對傳統(tǒng)的剛性礦物絕緣電纜，柔性礦物絕緣電纜是由銅絞線、礦物化合物絕緣、和礦物化合物護(hù)套所構(gòu)成。其采用柔性結(jié)構(gòu)，主要材料均采用無機(jī)材料，彌補(bǔ)了結(jié)構(gòu)硬、易燃燒、有毒等缺陷，并且具有一些其他電纜不具有的優(yōu)點(diǎn)，如：耐火、載流量大、耐沖擊電壓、耐機(jī)械損傷、無鹵無毒、防爆、防水、耐腐蝕、壽命長、安全、耐過載、耐高溫、成本低等特點(diǎn)。
圖1 產(chǎn)品的表示方法
例一，額定電壓500V，單芯25mm2 , 表示為：BBTRQ-500 1*25
例二，額定電壓750V，3芯25mm2，表示為：BBTRZ-750 3*25
例三，額定電壓1000V，5芯16 mm2，表示為：BBTRZ-1000 5*16
3. 性能對比
一般的電線電纜由于絕緣使用的都是有機(jī)高分子材料，因此在火焰條件下極易碳化從而失去絕緣作用。由于柔性礦物絕緣防火電纜主要材料全都采用無機(jī)礦物或礦物化合物組成，它本身不會引起火災(zāi)，不可能燃燒或助燃。而這些材料一般都具有1500℃以上的較高熔點(diǎn)，因此防火電纜即使用于火焰條件下也能發(fā)揮正常的輸電功能，是一種真正意義上的防火電纜。
柔性礦物絕緣防火電纜產(chǎn)品的工藝結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)電纜完全相同，成功的解決了氧化鎂銅管礦物絕緣電纜的生產(chǎn)工藝所決定的產(chǎn)品眾多不足之處。該產(chǎn)品的問世，成為防火電纜發(fā)展史上的一個(gè)里程碑，同時(shí)也加快了中國電纜的技術(shù)研發(fā)水平與國際接軌的進(jìn)程。
表1 BBTR(Z)與BTTZ比較
比較內(nèi)容 | BBTR（Z）柔性礦物絕緣電纜 | BTTZ剛性礦物絕緣電纜 | |
安全可靠 | 絕緣性 | 增強(qiáng)了電性能與機(jī)械物理性，耐化學(xué)性，更有絕緣能力 | 容易吸潮影響絕緣，特備是大量的接頭所導(dǎo)致，保護(hù)絕緣體的銅管同樣具有風(fēng)險(xiǎn) |
耐電性 | 耐電壓等級重型為1000伏，符合現(xiàn)代建筑電氣設(shè)計(jì)，大大提高使用壽命 | 耐電壓能力最多達(dá)到750伏，很難承受變頻與電感因素形成的沖擊電壓，很難符合現(xiàn)代設(shè)計(jì)的安全要求 | |
使用安全性 | 耐溫等級 | 接頭過多引起的不可靠性 | |
節(jié)能環(huán)保 | 環(huán)保性 | 無機(jī)物組成，無污染，綠色環(huán)保 | 金屬構(gòu)成，其制造過程存在環(huán)保問題 |
節(jié)能性 | 耐壓、耐受性更高，更支持現(xiàn)代建筑的節(jié)能設(shè)計(jì) | 耐電壓等級低，對現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)有局限性 | |
公益性 | 從根本上節(jié)約了資源與能源型產(chǎn)品的消耗 | 大量消耗金屬銅與鎂等資源性材料 | |
施工便利 | 規(guī)格限制 | 多芯結(jié)構(gòu)中的單芯最大截面積可做到2，可以覆蓋各種規(guī)格建筑電線電纜需求 | 多芯結(jié)構(gòu)的單芯截面積局限于2以下，難以實(shí)現(xiàn)多芯大截面的防火電纜要求 |
敷設(shè)要求 | 無接頭、重量輕，各種常規(guī)方法敷設(shè)均可，占用空間很小，無敷設(shè)安全隱患 | 接頭多、外徑大，占用寶貴空間，而且線路設(shè)計(jì)、施工難，且易產(chǎn)生敷設(shè)安全隱患 | |
施工問題 | 結(jié)構(gòu)柔性，便于彎曲，中間無接頭，方便省力 | 在具體的施工過程中，難以彎曲，造成接頭過多，施工麻煩 | |
3.1 傳統(tǒng)剛性礦物絕緣電纜特性
1. 銅管拉拔工藝使得單根連續(xù)長度有限，安裝的過程中需要不斷使用接頭，增加材料和人工成本，并且需要對接頭處電氣性能作特殊處理。
2. 35mm2及以上均為單芯電纜，安裝工序多，并且不利于各芯電氣參數(shù)的均衡。
3. 線芯棒型實(shí)心銅導(dǎo)體，非常堅(jiān)硬，使得其最大截面通常為400mm2。
4. 氧化鎂粉末充當(dāng)絕緣層，易產(chǎn)生厚薄不均現(xiàn)象，工藝稍有差池便會擊穿，額定電壓最高為450/750V。
5. BTTZ電纜不斷的使用專用接頭，因此需要特別處理以保證火焰下承受水噴淋后仍保持通電。
6. 一旦受火銅管外殼即為直接受火溫度——950℃+50℃(塑料外護(hù)套瞬間燒損)，銅導(dǎo)體芯線阻隨溫升而增加，因此火災(zāi)中BTTZ壓降損失大。
7. 金屬套采用分段拉拔工藝，大截面400mm2單根最長不超過60米，氧化鎂對環(huán)境有污染，成本高，效率難以提高。
3.2 柔性礦物絕緣電纜特性
1. 提高了絕緣的穩(wěn)定性：不僅保留了剛性礦物絕緣電纜的耐火特性，而且還具有不宜吸潮等特點(diǎn)，因此絕緣性更穩(wěn)定。
2. 提高了耐電壓等級：耐壓水平可達(dá)到1000V，從而減少了很多因電感、變頻電器的頻繁啟動而造成的沖擊電壓，相應(yīng)地使得線路系統(tǒng)使用壽命大大提高。
3. 全系列性：可以根據(jù)用戶實(shí)際需求，加工成單芯或多芯結(jié)構(gòu)，最多可做到96芯，幾乎可以覆蓋電力電纜、控制電纜等各種規(guī)格的建筑電纜需求。
4. 無中間接頭：采用了成熟的絞線和成纜技術(shù)，可以根據(jù)用戶要求定長生產(chǎn)，不僅減少了接頭成本，更可以提高并實(shí)現(xiàn)線路的整根一致性。
5. 柔性易安裝：因?yàn)椴捎昧私g線、成纜等傳統(tǒng)電纜結(jié)構(gòu)，使得電纜更柔軟，同時(shí)由于不需要專用終端接頭，更方便了安裝和敷設(shè)。
6. 節(jié)省空間：由于可提供大截面、大長度的多芯電纜，從而避免了因多根排列以及中間接頭而造成的不必要的敷設(shè)空間浪費(fèi)。
7. 公益性：由于結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，大量使用了礦物和礦物化合物，不僅節(jié)約了銅、鎂等資源，還相應(yīng)地節(jié)約了大量的能源消耗，公益價(jià)值同樣十分顯著。
4 在超高層建筑上的應(yīng)用案例
4.1 案例介紹
考慮到高層建筑內(nèi)人員的反應(yīng)速度慢，以及由煙霧和缺乏電力供應(yīng)造成的恐慌和混亂，致使對高層建筑的疏散時(shí)間在很大程度上無法確定，因此，緊急線路和消防報(bào)警提示線路成為火災(zāi)中最重要的線路，必須要保持線路完整。
河南電視塔是鄭州市標(biāo)志性建筑，高度388m，全鋼結(jié)構(gòu)。由于工程的重要性，防火系統(tǒng)全部采用了BBTRZ-1000v電纜，該系列電纜由于是柔性礦物絕緣電纜，耐壓等級是1000v，規(guī)格從3×2.5+E2.5開始，到3×240+2×120全系列電纜，共20145Km。設(shè)計(jì)單位是在比較了剛性礦物絕緣電纜(即銅管氧化鎂絕緣電纜)和各類其他結(jié)構(gòu)的耐火電纜的基礎(chǔ)上，作出采用了BBTRZ-1000v柔性礦物絕緣系列電纜的決定。
4.2 安裝與敷設(shè)
電纜明敷時(shí)，應(yīng)沿全長采用電纜支架、掛鉤或金屬吊繩等支持，最大跨距，應(yīng)符合下列規(guī)定：
1. 滿足支持件的承載能力和無損電纜的外層及其纜芯。
2. 使電纜相互間能夠配置整齊。
3. 適應(yīng)工作條件下的布置要求。
4. 直接支持電纜用的普通支架(臂式支架)，吊架的允許跨距宜符合下表規(guī)定的數(shù)值。
表2 普通支架、吊架的允許跨距(mm)
電纜特征 電纜外徑D | 敷設(shè)方式 | |
水平 | 垂直 | |
D≤20 | 400 | 1000 |
20＜D≤30 | 600 | 1200 |
30＜D≤50 | 800 | 1500 |
D＞50 | 1000 | 2500 |
柔性礦物絕緣防火電纜的截面積單芯為1.5mm2～600mm2，多芯為1.5mm2～300m2。在防火電纜領(lǐng)域，最大限度的降低了使用單位的投資成本，提高了建筑物的安全防火性能等級。
4.3 驗(yàn)證
柔性礦物絕緣防火電纜的設(shè)計(jì)參數(shù)，是嚴(yán)格遵循英國BS6387標(biāo)準(zhǔn)，以及國際電工委員會IEC標(biāo)準(zhǔn)。這些技術(shù)參數(shù)，已經(jīng)分別通過了國家消防總局與上海電纜研究所的專項(xiàng)檢測。
表3 燃燒試驗(yàn)的測試標(biāo)準(zhǔn)
試驗(yàn)方法：
單純防火試驗(yàn)：C級 直接受火溫度950±40℃，燃燒180min
防水防火試驗(yàn)：W級 650℃，先燃燒15min，再燃燒和噴淋15min
防火防撞試驗(yàn)：Z級 950℃、15min/30次
5. 結(jié)論
該類電纜在安裝完畢后能夠保證應(yīng)急使用，平時(shí)也可作為耐溫125℃無鹵阻燃電纜、耐火電纜使用，因該系列電纜覆蓋面廣，既克服剛性MI電纜的缺陷，又發(fā)揮了柔性MI電纜的優(yōu)勢，并且為各重點(diǎn)工程提供了實(shí)用產(chǎn)品，使現(xiàn)代工程在電氣線路中達(dá)到了短路不燃燒，燃燒不短路的功效，本文采用的應(yīng)用案例證明柔性礦物絕緣電纜不僅在消防報(bào)警和緊急救生回路等防火性能上能夠成功應(yīng)用，在高密度電流及其他特殊性能要求的情況下也能得推廣應(yīng)用。
參考文獻(xiàn)
【1】中國消防手冊 郭鐵男、李世雄等 上海科學(xué)技術(shù)出版社 2007
【2】電線電纜簡史 湖北省宜昌市紅旗電纜廠 1985年11月
【3】GB/T 12706
【4】GB/T 13033
【5】GB/T 12666
【6】BS-6387
【7】IEC-60331
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