工程配電設(shè)計(jì)中礦物絕緣電纜應(yīng)用特性研究

張殿恩

摘要：根據(jù)各種工程配電線(xiàn)路設(shè)計(jì)的需要，從防火安全、使用經(jīng)濟(jì)等方面，研究分析了礦物絕緣電纜優(yōu)于任何有機(jī)物電纜的主要特征；針對(duì)礦物絕緣電纜附件的特殊性，提出了有關(guān)安裝時(shí)的注意事項(xiàng)；最后建議：在一些重要建筑、高溫、易燃易爆和危險(xiǎn)場(chǎng)合以及有關(guān)消防等電氣配線(xiàn)工程設(shè)計(jì)中盡可能考慮使用礦物絕緣電纜。

關(guān)鍵詞：配電設(shè)計(jì)；礦物絕緣電纜；特性；應(yīng)用研究

礦物絕緣電纜俗稱(chēng)防火電纜或氧化鎂電纜（簡(jiǎn)稱(chēng)MI電纜），是由高導(dǎo)電率的銅芯、銅護(hù)套、氧化鎂絕緣等全無(wú)機(jī)物組成的耐火電纜。由于其獨(dú)特的制造方式：用礦物材料氧化鎂作絕緣高度緊密壓實(shí)在金屬銅棒（芯）和無(wú)縫銅護(hù)套之間，從而在高危防火安全、綜合應(yīng)用經(jīng)濟(jì)性方面較其它有機(jī)物電纜具有明顯特征。

1 高危防火安全性

1.1 絕緣電阻

礦物絕緣電纜的絕緣是由緊壓成形的粉末礦物密實(shí)體組成，導(dǎo)體之間和每根導(dǎo)體與銅護(hù)套之間的絕緣標(biāo)稱(chēng)厚度以及電氣性能都必須符合GB/T 13033.1-2007要求，20℃時(shí)其絕緣電阻(MΩ)與電纜長(zhǎng)度(km)的積應(yīng)不小于1000 MΩ·km；當(dāng)電纜長(zhǎng)度小于100m時(shí)，其絕緣電阻應(yīng)不低于10000MΩ。

1.2 耐熱耐高溫防火性

在高溫時(shí)，無(wú)論是線(xiàn)芯或者是銅護(hù)套均不產(chǎn)生氧化。由于電纜絕緣內(nèi)的含氧量很低，線(xiàn)芯氧化并不嚴(yán)重。但電纜護(hù)套因暴露在空氣介質(zhì)中而劇烈的氧化，溫度越高氧化就越嚴(yán)重。當(dāng)電纜銅護(hù)套的溫度超過(guò)250℃時(shí)，便開(kāi)始發(fā)生急劇氧化，形成氧化層CuO，使護(hù)套厚度減薄。電纜在250℃時(shí)，護(hù)套厚度減薄0.25mm，一般要經(jīng)過(guò)240年左右的時(shí)間，而在1000℃時(shí)，則只需2.87 h，所以允許正常工作溫度必須在250℃及以下，當(dāng)銅護(hù)套厚度為0.5mm時(shí)，在1000℃高溫下可使用6.79h。另外，由于防火電纜是由銅和氧化鎂兩種無(wú)機(jī)材料組成的，銅的熔點(diǎn)為1083℃，氧化鎂的熔點(diǎn)為2800℃，而且均是非燃燒物質(zhì)，這是其它有機(jī)物材料組成的電纜所無(wú)法比擬的。經(jīng)試驗(yàn)表明，防火電纜在溫度高達(dá)800℃~900℃的火焰中燒2h，電纜一直能正常運(yùn)行；在1 000℃的火焰下燃燒30min，電纜仍完好無(wú)損，繼續(xù)正常運(yùn)行。

1.3 耐腐蝕防爆防輻射

由于銅護(hù)套具有較好的耐腐蝕性能，一般情況下，無(wú)需加防護(hù)措施。當(dāng)電纜應(yīng)用于化學(xué)腐蝕(如酸、堿)較嚴(yán)重的場(chǎng)合或工業(yè)污染嚴(yán)重的地點(diǎn)時(shí)，宜選用加PVC護(hù)套的防火電纜。因無(wú)縫銅管作護(hù)套，電纜完全密封，氧化鎂絕緣是一個(gè)密實(shí)體，可經(jīng)受巨大的外界沖擊力，不會(huì)透水、油和氣體，可在水中敷設(shè)長(zhǎng)期使用防爆; 銅護(hù)套具有屏蔽層的功能，使電纜也具有耐輻射性。

1.4 柔軟耐壓強(qiáng)過(guò)載

由于礦物絕緣電纜的銅護(hù)套有一定的強(qiáng)度和韌性，氧化鎂在加工過(guò)程中又是經(jīng)高度壓縮的，所以電纜在遭受到彎曲、壓扁、扭轉(zhuǎn)等變形時(shí)，電纜芯線(xiàn)間、芯線(xiàn)和護(hù)套間的相對(duì)位置保持不變，不會(huì)短路，且其銅護(hù)套可以達(dá)到鎧裝電纜的機(jī)械性能，電纜仍能保持本身的工作性能的特性，具有很好的柔軟耐壓性能。對(duì)于其它相同截面的電纜而言，礦物絕緣電纜由于本身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和允許更高的使用溫度，使之比其它類(lèi)型的電纜能傳送更大的電流。根據(jù)比較，小規(guī)格的電纜載流量提高30%左右，大規(guī)格的電纜提高10%左右。在過(guò)電壓的情況下，即使是礦物絕緣電纜被擊穿，但去掉電壓后仍可恢復(fù)到電纜被擊穿前的耐壓水平，電纜仍可正常使用。礦物絕緣電纜有如此強(qiáng)的過(guò)載能力，也是其它有機(jī)物電纜無(wú)法比擬的一個(gè)明顯特征。

1.5 高危行業(yè)安全性

在石油化工、鋼鐵冶煉、地鐵隧道、核電站等潛在危險(xiǎn)爆炸區(qū)域、線(xiàn)路等高危行業(yè)和場(chǎng)所，有機(jī)絕緣電纜在著火或長(zhǎng)期過(guò)載時(shí)會(huì)釋放出煙霧及有害氣體。尤其火災(zāi)情況下，由于陰燃時(shí)有機(jī)物會(huì)產(chǎn)生大量煙霧和有害氣體，如聚氯乙烯絕緣電纜燃燒的煙霧中除了一氧化碳、二氧化碳外，還有大量的氯化物;阻燃電纜由于采用溴化物阻燃劑，其燃燒時(shí)煙霧中會(huì)有溴化物;橡皮絕緣電纜燃燒時(shí)會(huì)釋放出大量的硫化氫。有些電纜燃燒時(shí)還會(huì)產(chǎn)生氟化物，這些有害氣體對(duì)人的生命安全造成極大的危害。根據(jù)日本提供的資料，聚氯乙烯在400℃時(shí)發(fā)煙量為4.0m3/g，而在300℃時(shí)為10.4m3/g，由于供氣不足，煙霧中大量的是使人窒息的一氧化碳，而二氧化碳較少。同時(shí)大量煙霧增加了人們的恐慌，也給救授和消防增加了困難。而礦物絕緣電纜絕對(duì)不存在上述問(wèn)題，因而它也是最安全型的電纜。

2 綜合應(yīng)用經(jīng)濟(jì)性

由于組成礦物絕緣電纜的全部材料均為無(wú)機(jī)材料，它的允許使用溫度要比耐火電纜高得多(現(xiàn)耐火電纜一般為70℃)，IEC92出版物推薦礦物絕緣電纜的使用溫度為95℃，IEC364-5-523修訂版規(guī)定裸的礦物絕緣電纜使用溫度可達(dá)105℃。因而它的載流量要比耐火電纜高得多。如果按允許溫升到90℃來(lái)選擇礦物絕緣電纜在25mm2及以下時(shí)，其截面比耐火電纜接近小一個(gè)截面等級(jí)，而在35mm2及以上時(shí)，可小兩個(gè)以上戴面等級(jí)。即便按70℃與耐火電纜同樣的允許溫度選擇，在35mm2及以上截面時(shí)，也完全可小1個(gè)以上的截面等級(jí)，因?yàn)榈V物絕緣電纜35mm2及以上的，全部為單芯電纜。IEC認(rèn)可，對(duì)于70安培負(fù)荷，用礦物絕緣電纜可用10 mm2，而用聚氯乙烯絕緣、聚氯乙烯護(hù)套和鋼絲鎧裝的電纜為25mm2，此時(shí)電纜的外徑比分別為12.7mm和23mm，體積比為1：4，重量比為0.6 kg/m和1.5kg/m。另外礦物絕緣電纜的銅護(hù)套就是一個(gè)完好的地線(xiàn)，因此與耐火電纜相比，它完全可少一根地線(xiàn)，也就是說(shuō)3芯電纜可代4芯耐火電纜，4芯可代5芯耐火電纜。恰當(dāng)?shù)倪x用礦物絕緣電纜的一次性投資費(fèi)用，就不會(huì)比選用耐火電纜高多少，甚至持平。用礦物絕緣電纜的銅護(hù)套做地線(xiàn)，按比耐火電纜降低二種截面等級(jí)選擇，從性能價(jià)格比上看，防火電纜價(jià)格不高，但比低煙無(wú)鹵耐火電纜的性能要好，價(jià)格要比低煙無(wú)鹵耐火電纜低30%左右，目前防火電纜價(jià)格已不斷下浮，價(jià)格更接近耐火電纜。

如果考慮到安全就是最大的經(jīng)濟(jì)性以及它也是永久型的電纜(在250℃下長(zhǎng)期使用壽命可達(dá)數(shù)百年，而一般型塑料絕緣電纜估計(jì)預(yù)期壽命20余年)，那麼，選用礦物絕緣電纜的綜合應(yīng)用經(jīng)濟(jì)性就更可想而知了。

3 附件安裝獨(dú)特性

終端。礦物絕緣電纜在正式安裝時(shí)，在其兩端要用一種永久性的金屬終端進(jìn)行密封，這種終端由兩個(gè)部分構(gòu)成，一個(gè)用來(lái)使電纜絕緣材料氧化鎂與外界隔絕的密封部分(一般由黃銅罐、罐蓋、密封材料和導(dǎo)體的絕緣套管組成)。另外一個(gè)用來(lái)把電纜連接到開(kāi)關(guān)柜上的壓蓋部分(一般由壓蓋本體、壓縮環(huán)和壓蓋螺母組成)。由于礦物絕緣電纜的無(wú)機(jī)絕緣層易吸潮，若電纜兩端不作任何密封處理，則在開(kāi)始的幾周里潮氣就會(huì)進(jìn)入100mm，且隨著終端頭在潮濕空氣里的暴露時(shí)間的增加，潮氣進(jìn)入深度會(huì)逐漸達(dá)到200～300mm。用500V兆歐表對(duì)芯線(xiàn)進(jìn)行對(duì)地絕緣測(cè)試時(shí)(注意：如果電纜運(yùn)行溫度載70℃時(shí)，線(xiàn)芯的阻值應(yīng)按其額定阻值再乘以1.21進(jìn)行修正)，若絕緣電阻值達(dá)不到100MΩ以上，就必須對(duì)電纜受潮段進(jìn)行驅(qū)潮處理，即用噴燈火焰加熱電纜受潮段，使電纜逐漸受熱而將潮氣慢慢驅(qū)趕出去。經(jīng)過(guò)燒結(jié)后(或切除后)的電纜仍可以保持良好的絕緣。因此，礦物絕緣電纜在倉(cāng)儲(chǔ)和安裝時(shí)要求做到以下幾點(diǎn)：倉(cāng)儲(chǔ)時(shí)，電纜必須要由臨時(shí)封端；安裝時(shí)需將臨時(shí)封端換成永久性的封端；在測(cè)試絕緣電阻時(shí)要切除臨時(shí)封端的長(zhǎng)度。

中間連接器。安裝過(guò)程中，由于電纜的生產(chǎn)長(zhǎng)度有限，在電纜敷設(shè)長(zhǎng)度不夠時(shí)，就需要安裝中間連接器。對(duì)于多芯礦物絕緣電纜的中間連接器，由于多芯電纜的線(xiàn)芯截面相對(duì)較小，所以在安裝中間連接器時(shí)，不僅要保證芯線(xiàn)與芯線(xiàn)、芯線(xiàn)與銅護(hù)套層之間的距離，還要保證每相芯線(xiàn)的絕緣電阻值，因此，在芯線(xiàn)連接時(shí)，為減小芯線(xiàn)連接段的體積，縮小中間連接器中連接套管的直徑，應(yīng)采用錯(cuò)位連接法。在施工安裝中，必須按中間連接附件標(biāo)記好每相芯線(xiàn)連接的具體尺寸和具體位置，處理好芯線(xiàn)絕緣。

絕緣測(cè)試。在礦物絕緣電纜的終端頭、中間連接器安裝之后，應(yīng)再進(jìn)行一次絕緣測(cè)試，在測(cè)試中，兆歐表的指針指向∞時(shí)說(shuō)明線(xiàn)路的絕緣性能良好，若測(cè)量時(shí)發(fā)現(xiàn)阻值下降，則可能的故障點(diǎn)應(yīng)該在終端頭或中間連接器處，此時(shí)應(yīng)拆除終端頭或中間連接器，用噴燈對(duì)電纜重新進(jìn)行燒結(jié)直至電纜絕緣合格為止。

4 建議配電設(shè)計(jì)中考慮推廣使用

礦物絕緣電纜將以其所具有耐熱耐高溫防火性、耐腐蝕防爆防輻射、柔軟耐壓強(qiáng)過(guò)載、高危行業(yè)安全性等本質(zhì)特征，并隨著技術(shù)的成熟和生產(chǎn)線(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)能力的形成，使用成本將會(huì)更低，綜合應(yīng)用經(jīng)濟(jì)性更加明顯。因此建議：各種配電工程設(shè)計(jì)中，盡可能優(yōu)先選用礦物絕緣電纜，尤其是安全要求高及條件惡劣區(qū)域。