引言

隨著國內(nèi)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的迅猛發(fā)展，人們對消防安全的重視程度與日俱增，自2015 年設(shè)計(jì)規(guī)范 GB50016-2014《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》重新修訂實(shí)施后，明確要求礦物絕緣類不燃電纜強(qiáng)制應(yīng)用于消防配電線路設(shè)施，至此礦物絕緣電纜在國內(nèi)市場呈現(xiàn)出爆炸式增長。傳統(tǒng)礦物絕緣電纜也被稱為（剛性）礦物絕緣電纜，其防火性能出色、科技含量高，但制造過程復(fù)雜， 生產(chǎn)企業(yè)需要投入較高資金用于技術(shù)研發(fā)及裝備改良。雖然該產(chǎn)品在我國推廣應(yīng)用已經(jīng)超過20 年，但國內(nèi)有能力研制的企業(yè)并不多，尤其是專業(yè)化礦物絕緣電纜生產(chǎn)企業(yè)更為稀缺。同時，受其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的限制，礦物絕緣電纜的交貨長度隨導(dǎo)線截面增大而縮短，長距離敷設(shè)時中間接頭多、氧化鎂絕緣易吸潮、電纜剛度大敷設(shè)不便等特點(diǎn)，除少數(shù)具備先進(jìn)施工水準(zhǔn)的企業(yè)外，被大多數(shù)安裝公司抵觸使用。

因此，一些生產(chǎn)企業(yè)針對礦物絕緣電纜須滿足 BS6387C、W、Z 的防火檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，在傳統(tǒng)有機(jī)塑料電纜制造工藝的基礎(chǔ)上，進(jìn)而推廣了一系列同樣滿足該檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品，目前該類產(chǎn)品尚無國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，業(yè)內(nèi)也被稱為非標(biāo)礦物絕緣電纜。由于構(gòu)造類似于有機(jī)電纜，故而冠以（柔性）礦物絕緣電纜之名，借此替代傳統(tǒng)（剛性）礦物絕緣電纜。

通過近幾年的市場推廣，非標(biāo)（柔性）礦物絕緣電纜在國內(nèi)也取得了諸多業(yè)績，但非標(biāo)（柔性）礦物電纜是否等同于傳統(tǒng)（剛性）礦物電纜？其耐火性能、安全可靠性與傳統(tǒng)（剛性）礦物電纜有何區(qū)別？筆者結(jié)合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范，就兩者產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)原理、電氣性能、施工特點(diǎn)進(jìn)行綜合比較。

1 礦物絕緣電纜綜述

1.1 傳統(tǒng)（剛性）礦物絕緣電纜誕生于19 世紀(jì)末，由瑞士工程師ArnoldFrancoisBorel 提出設(shè)想，并于1896年獲得專利權(quán)， 隨后于1934-1936 年投入到法、英生產(chǎn)便迅速發(fā)展。我國于上世紀(jì)60 年代研制，zui初只涉及軍事領(lǐng)域，80 年代中期出現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，如今已被全面推廣到建筑領(lǐng)域。按照 GB50054—2011《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》、JGJ232—2011《礦物絕緣電纜敷設(shè)技術(shù)規(guī)程》對其定義為 ：在同一金屬護(hù)套內(nèi)，由一根或數(shù)根導(dǎo)體經(jīng)緊壓成形的粉末礦物絕緣密實(shí)組成。GB/T13033-2007《額定電壓750V 及以下礦物絕緣電纜及終端》明確規(guī)定礦物絕緣電纜的型號包括750V 重型（BTTZ、BTTVZ、WD-BTTYZ）、500V 輕型（BTTQ、BTTYQ、WD-BTTYQ）共六種型號，根據(jù)表1 可知（柔性）礦物絕緣電纜的絕緣并非采用密實(shí)礦物粉末組成。因此從嚴(yán)格意義來講，它并非礦物絕緣類電纜。

表1 常見礦物絕緣電纜結(jié)構(gòu)對比

1.2 非標(biāo)（柔性）礦物絕緣電纜發(fā)明較晚，zui初于上個世紀(jì)70 年代由瑞士 Studer 公司研制而成。我國自2001 年出現(xiàn)該產(chǎn)品后，其種類也在不斷變化，諸如 YTTW- 金屬護(hù)套柔性礦物絕緣電纜、NG-A（BTLY）- 隔離型柔性礦物絕緣電纜、BBTRZ- 柔性礦物絕緣電纜等，目前各個生產(chǎn)廠家自行對產(chǎn)品命名，原材料及制造標(biāo)準(zhǔn)也不盡相同。由于還未頒布相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)今只能參考一些企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，其防火性能更是缺乏依據(jù)。

2 結(jié)構(gòu)原理比較

2.1 絕緣材料

2.1.1 （剛性）礦物絕緣電纜的絕緣采用無機(jī)礦物材質(zhì) MgO（氧化鎂）粉末壓縮密實(shí)而成，通常填充密度為75%~80%，如表2 所示，其熔點(diǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過銅護(hù)套熔點(diǎn)（1083℃），且電阻率受溫度變化影響小，在高溫下具有優(yōu)良的電絕緣性和散熱性，作為無機(jī)礦物材料，其天然的不燃性以及無煙無鹵特性非常適合于重要場所消防配電線路，唯一的不足是MgO 易吸收空氣中的水分，電纜的臨時封端或電纜頭制作須在1h 內(nèi)完成，否則絕緣阻值會迅速降至10MΩ 以下。但由于MgO+H2O（熱水） Mg（OH）2 ↓屬可逆反應(yīng)，在施工過程中利用火焰噴燈等方式對電纜端部區(qū)域反復(fù)加熱，可以消除這一缺點(diǎn)。

表2 絕緣材料性能對比

2.1.2 而（柔性）礦物絕緣電纜的絕緣材料就難以統(tǒng)一了， zui具代表性的就是采用耐火（NH）電纜常用的云母帶繞包。在此以 A 類耐火級的合成云母 KMg3（AlSi3O10）F3 為例 ： 它是以 F- 代替（OH）-，在常壓下合成出的大晶體人工云母， 再用粘合劑將云母片粘貼于玻璃布上。參考表2 可知，其熔點(diǎn)不足氧化鎂粉的1/2，導(dǎo)熱率僅為氧化鎂粉的1/10，常溫下電阻率略高于氧化鎂粉，但伴隨溫度上升電阻率卻顯著下降， 該材料在有機(jī)耐火電纜（如 NH-YJV）中只能作耐火層，而不可作為絕緣層，因?yàn)槠浣^緣性能、散熱性能遠(yuǎn)不及交聯(lián)聚乙烯。云母帶也同樣具有易受潮的缺陷，其受潮后絕緣迅速下降， 且不可恢復(fù)。而其他諸如 BBTRZ、NG-A（BTLY）竟然采用交聯(lián)聚乙烯作為絕緣層，其構(gòu)造已完全脫離了無機(jī)礦物類絕緣的定義。

2.2 金屬外護(hù)套

2.2.1 （剛性）礦物絕緣電纜的采用無縫銅管作為外護(hù)套， 具體生產(chǎn)工藝流程如下 ：

銅護(hù)套管采用拉拔工藝延伸，達(dá)到預(yù)定長度后又經(jīng)過2 道熱處理工序，其拉拔過程中產(chǎn)生的應(yīng)力已基本消除，軋制也確保了電纜整體截面尺寸做到zui小，并且使護(hù)套與內(nèi)部氧化鎂密實(shí)壓緊。按上述工藝成型的電纜無論是抗壓強(qiáng)度、還是機(jī)械性能，都超過普通耐火電纜。但美中不足的是，銅管在一次下料時原材料有限，拉拔的長度也有限制，以750VBTTZ-4×25mm2 電纜為例，其zui大出貨長度僅為130m，若在超高層建筑中應(yīng)用，需耗費(fèi)大量的中間接頭作業(yè)進(jìn)行連接，勢必增加工程量與施工難度。

2.2.2 （柔性）礦物絕緣電纜zui典型的外護(hù)套采用銅軋紋焊接工藝，其生產(chǎn)工藝流程如下 ：

為做到電纜出貨長度無限延長，（柔性）礦物絕緣電纜外護(hù)套采用銅帶繞包焊接，軋紋后即裝盤，由于未做熱處理，護(hù)套上因焊接產(chǎn)生的殘余應(yīng)力沒有消除，在實(shí)際敷設(shè)過程中經(jīng)常出現(xiàn)開裂。同時，銅帶軋紋也增大了電纜整體截面尺寸，如表3 所示，相近規(guī)格（柔性）電纜比（剛性）體積大10%~174%， 重量重3.9%~86.2%。

表3 4*25mm2（含防腐護(hù)套）電纜規(guī)格明細(xì)

2.3 電氣性能比較

2.3.1 耐火性試驗(yàn)

耐火性是驗(yàn)證電纜在火災(zāi)情況下持續(xù)供電的能力，筆者結(jié)合出廠驗(yàn)收經(jīng)歷，選取具有代表性的 BTTZ 型（剛性）與YTTW 型（柔性）規(guī)格都為4×25mm2 進(jìn)行分析，檢測標(biāo)準(zhǔn)以英國 BS6387（C、W、Z 級）耐火試驗(yàn)為準(zhǔn)，各選一樣品依次進(jìn)行3 項(xiàng)試驗(yàn)。比對結(jié)果見表4。

表4 BS6387耐火試驗(yàn)對比

從結(jié)果來看，兩者均能通過 BS6387 標(biāo)準(zhǔn)測試，但 YTTW（柔性）樣品的銅護(hù)套90°彎處已發(fā)生變形，當(dāng)樣品重復(fù)上述試驗(yàn)后，YTTW（柔性）銅護(hù)套發(fā)生開裂。同時，受軋紋結(jié)構(gòu)的影響，云母帶絕緣被燒至黑粉狀并脫落于護(hù)套縫隙內(nèi)，而BTTZ（剛性）樣品再次重復(fù)上述試驗(yàn)后，護(hù)套僅留有少量撞擊痕跡。隨后在對兩者進(jìn)行絕緣電阻測試時，YTTW（柔性） 絕緣阻值近乎為0Ω，BTTZ（剛性）阻值仍超過200MΩ。

2.3.2 耐壓試驗(yàn)

根據(jù) GB/T13033-2007 的電壓試驗(yàn)要求 ：2500V 用于750V 電纜導(dǎo)體間 / 每個導(dǎo)體與銅護(hù)套間，升壓速度應(yīng)≥ 150V/s，每次應(yīng)持續(xù)1min，實(shí)驗(yàn)過程電纜應(yīng)不擊穿。在此以同一廠家相同規(guī)格的 BTTZ（剛性）和 YTTW（柔性）樣品為試驗(yàn)對象。

（1） 首先對 BTTZ 電纜升壓至2500V 并持續(xù)15min 后， 未擊穿。繼續(xù)升壓至3300V 附件發(fā)生擊穿，靜置3h 后，對該樣品重新打耐壓，升壓至2500V 未擊穿，說明氧化鎂絕緣是因局部熔化造成擊穿，但擊穿并未改變其化學(xué)性質(zhì)，因此絕緣性能可自行恢復(fù)。

（2）在對 YTTW 電纜試驗(yàn)時于2800V 附近擊穿，3h 后重新打耐壓，zui高升壓至50V 時再次擊穿。表明 YTTW 電纜擊穿后絕緣性能無法恢復(fù)，只能重新更換。

2.3.3 載流溫度測試

于標(biāo)準(zhǔn)室溫 20 ℃環(huán)境下，選取同一廠家規(guī)格都為4×25mm2 的 BTTZ（剛性）和 YTTW（柔性）電纜樣品，分別通以額定電流140A，并于兩個樣品導(dǎo)線及銅護(hù)套相同位置設(shè)溫度傳感器，結(jié)果見圖1 ：

圖1 額定載流量時電纜溫升曲線

從結(jié)果可以看出，在相同試驗(yàn)條件下，持續(xù)通電4h， BTTZ（剛性）電纜的導(dǎo)線比 YTTW（柔性）低5.5℃，銅護(hù)套低6.7℃。從而驗(yàn)證了上述關(guān)于絕緣材料性能分析的論點(diǎn)， 氧化鎂粉的散熱性明顯優(yōu)于合成云母帶。而就電纜本身而言， 散熱性同樣對載流量會產(chǎn)生較大影響。

3 施工特點(diǎn)比較

3.1 彎曲能力

3.1.1 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)圖集09D101-6《礦物絕緣電纜敷設(shè)》的指導(dǎo)意見，（剛性）礦物絕緣電纜zui小彎曲半徑 R ≥ 6D，由于電纜銅護(hù)套在生產(chǎn)時的退火工藝已消除了變形應(yīng)力，其柔韌性并不亞于普通耐火電纜。

3.1.2 目前還沒有相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)提及（柔性）礦物絕緣電纜的彎曲能力，根據(jù)一些（柔性）電纜的產(chǎn)品說明書可知， 其zui小彎曲半徑 R 的范圍在15D~20D 之間，由于上述論點(diǎn)已證明同規(guī)格的（柔性）電纜無論在體積還是重量上均超過（剛性），未經(jīng)熱處理的軋紋銅護(hù)套也使電纜自身變得堅(jiān)硬，所以在實(shí)際敷設(shè)過程中并不及（剛性）柔軟。

3.2 終端 / 中間接頭密封性

3.2.1 在制作（剛性）礦物絕緣電纜終端時，為確保絕緣層不受潮氣影響，終端頭 / 中間接頭附件都會附帶絕緣封蓋， 并膠封于電纜切口處，從而使氧化鎂隔絕空氣水分的污染， 保證電氣絕緣性能。

3.2.2 由于（柔性）礦物絕緣電纜大多采用云母帶繞包作為絕緣，所以電纜切口處無法膠封，只能采用熱縮套對電纜連接處密封，該工藝是針對交聯(lián)聚乙烯等有機(jī)電纜的密封方法，其隔離潮氣的能力遠(yuǎn)不及膠封徹底。

4 結(jié)語

通過上述研究，可以發(fā)現(xiàn)（剛性）與（柔性）礦物絕緣電纜實(shí)質(zhì)上既是國家標(biāo)準(zhǔn)與非標(biāo)產(chǎn)品的區(qū)別，作為一款成熟產(chǎn)品，傳統(tǒng)（剛性）礦物絕緣電纜的應(yīng)用已超過120 年，依托其穩(wěn)定可靠的性能，國內(nèi)外已經(jīng)逐漸呈現(xiàn)出替代耐火電纜的趨勢。而非標(biāo)（柔性）礦物絕緣電纜目前還存在諸多缺陷， 雖然國內(nèi)一些生產(chǎn)企業(yè)研制了多種（柔性）電纜，但其性能始終無法與傳統(tǒng)（剛性）相媲美，甚至柔韌度也不及（剛性） 出色，現(xiàn)今只有選用傳統(tǒng)（剛性）礦物絕緣電纜才能確保消防配電安全可靠。

參考文獻(xiàn)

[1]GB/T13033-2007《額定電壓 750V 及以下礦物絕緣電纜及終端》.

[2]GB50016-2014《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》.

[3] 王希真 . 人工合成云母的性能及應(yīng)用 . 第七屆絕緣材料與絕緣技術(shù)學(xué)術(shù)會議論文集，2001 年 12 月 8 日 .

[4]I.O. 威爾遜，孫兆謂 . 耐高溫礦物絕緣電纜用氧化鎂絕緣 [J]. 電線電纜，1983 年 02 期 .

作者簡介 ：陶源（1986—），男，漢族，陜西西安人，工程師，學(xué)士，深圳市特區(qū)建發(fā)投資發(fā)展有限公司，研究方向?yàn)榻ㄖ离姎狻?