工程配電設計中礦物絕緣電纜應用特性研究

張殿恩

摘要：根據各種工程配電線路設計的需要，從防火安全、使用經濟等方面，研究分析了礦物絕緣電纜優于任何有機物電纜的主要特征；針對礦物絕緣電纜附件的特殊性，提出了有關安裝時的注意事項；最后建議：在一些重要建筑、高溫、易燃易爆和危險場合以及有關消防等電氣配線工程設計中盡可能考慮使用礦物絕緣電纜。

關鍵詞：配電設計；礦物絕緣電纜；特性；應用研究

礦物絕緣電纜俗稱防火電纜或氧化鎂電纜（簡稱MI電纜），是由高導電率的銅芯、銅護套、氧化鎂絕緣等全無機物組成的耐火電纜。由于其獨特的制造方式：用礦物材料氧化鎂作絕緣高度緊密壓實在金屬銅棒（芯）和無縫銅護套之間，從而在高危防火安全、綜合應用經濟性方面較其它有機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體組成，導體之間和每根導體與銅護套之間的絕緣標稱厚度以及電氣性能都必須符合GB/T 13033.1-2007要求，20℃時其絕緣電阻(MΩ)與電纜長度(km)的積應不小于1000 MΩ·km；當電纜長度小于100m時，其絕緣電阻應不低于10000MΩ。

1.2 耐熱耐高溫防火性

在高溫時，無論是線芯或者是銅護套均不產生氧化。由于電纜絕緣內的含氧量很低，線芯氧化并不嚴重。但電纜護套因暴露在空氣介質中而劇烈的氧化，溫度越高氧化就越嚴重。當電纜銅護套的溫度超過250℃時，便開始發生急劇氧化，形成氧化層CuO，使護套厚度減薄。電纜在250℃時，護套厚度減薄0.25mm，一般要經過240年左右的時間，而在1000℃時，則只需2.87 h，所以允許正常工作溫度必須在250℃及以下，當銅護套厚度為0.5mm時，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機材料組成的，銅的熔點為1083℃，氧化鎂的熔點為2800℃，而且均是非燃燒物質，這是其它有機物材料組成的電纜所無法比擬的。經試驗表明，防火電纜在溫度高達800℃~900℃的火焰中燒2h，電纜一直能正常運行；在1 000℃的火焰下燃燒30min，電纜仍完好無損，繼續正常運行。

1.3 耐腐蝕防爆防輻射

由于銅護套具有較好的耐腐蝕性能，一般情況下，無需加防護措施。當電纜應用于化學腐蝕(如酸、堿)較嚴重的場合或工業污染嚴重的地點時，宜選用加PVC護套的防火電纜。因無縫銅管作護套，電纜完全密封，氧化鎂絕緣是一個密實體，可經受巨大的外界沖擊力，不會透水、油和氣體，可在水中敷設長期使用防爆; 銅護套具有屏蔽層的功能，使電纜也具有耐輻射性。

1.4 柔軟耐壓強過載

由于礦物絕緣電纜的銅護套有一定的強度和韌性，氧化鎂在加工過程中又是經高度壓縮的，所以電纜在遭受到彎曲、壓扁、扭轉等變形時，電纜芯線間、芯線和護套間的相對位置保持不變，不會短路，且其銅護套可以達到鎧裝電纜的機械性能，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。對于其它相同截面的電纜而言，礦物絕緣電纜由于本身結構特點和允許更高的使用溫度，使之比其它類型的電纜能傳送更大的電流。根據比較，小規格的電纜載流量提高30%左右，大規格的電纜提高10%左右。在過電壓的情況下，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的過載能力，也是其它有機物電纜無法比擬的一個明顯特征。

1.5 高危行業安全性

在石油化工、鋼鐵冶煉、地鐵隧道、核電站等潛在危險爆炸區域、線路等高危行業和場所，有機絕緣電纜在著火或長期過載時會釋放出煙霧及有害氣體。尤其火災情況下，由于陰燃時有機物會產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，其燃燒時煙霧中會有溴化物;橡皮絕緣電纜燃燒時會釋放出大量的硫化氫。有些電纜燃燒時還會產生氟化物，這些有害氣體對人的生命安全造成極大的危害。根據日本提供的資料，聚氯乙烯在400℃時發煙量為4.0m3/g，而在300℃時為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不存在上述問題，因而它也是最安全型的電纜。

2 綜合應用經濟性

由于組成礦物絕緣電纜的全部材料均為無機材料，它的允許使用溫度要比耐火電纜高得多(現耐火電纜一般為70℃)，IEC92出版物推薦礦物絕緣電纜的使用溫度為95℃，IEC364-5-523修訂版規定裸的礦物絕緣電纜使用溫度可達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℃來選擇礦物絕緣電纜在25mm2及以下時，其截面比耐火電纜接近小一個截面等級，而在35mm2及以上時，可小兩個以上戴面等級。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，也完全可小1個以上的截面等級，因為礦物絕緣電纜35mm2及以上的，全部為單芯電纜。IEC認可，對于70安培負荷，用礦物絕緣電纜可用10 mm2，而用聚氯乙烯絕緣、聚氯乙烯護套和鋼絲鎧裝的電纜為25mm2，此時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套就是一個完好的地線，因此與耐火電纜相比，它完全可少一根地線，也就是說3芯電纜可代4芯耐火電纜，4芯可代5芯耐火電纜。恰當的選用礦物絕緣電纜的一次性投資費用，就不會比選用耐火電纜高多少，甚至持平。用礦物絕緣電纜的銅護套做地線，按比耐火電纜降低二種截面等級選擇，從性能價格比上看，防火電纜價格不高，但比低煙無鹵耐火電纜的性能要好，價格要比低煙無鹵耐火電纜低30%左右，目前防火電纜價格已不斷下浮，價格更接近耐火電纜。

如果考慮到安全就是最大的經濟性以及它也是永久型的電纜(在250℃下長期使用壽命可達數百年，而一般型塑料絕緣電纜估計預期壽命20余年)，那麼，選用礦物絕緣電纜的綜合應用經濟性就更可想而知了。

3 附件安裝獨特性

終端。礦物絕緣電纜在正式安裝時，在其兩端要用一種永久性的金屬終端進行密封，這種終端由兩個部分構成，一個用來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、密封材料和導體的絕緣套管組成)。另外一個用來把電纜連接到開關柜上的壓蓋部分(一般由壓蓋本體、壓縮環和壓蓋螺母組成)。由于礦物絕緣電纜的無機絕緣層易吸潮，若電纜兩端不作任何密封處理，則在開始的幾周里潮氣就會進入100mm，且隨著終端頭在潮濕空氣里的暴露時間的增加，潮氣進入深度會逐漸達到200～300mm。用500V兆歐表對芯線進行對地絕緣測試時(注意：如果電纜運行溫度載70℃時，線芯的阻值應按其額定阻值再乘以1.21進行修正)，若絕緣電阻值達不到100MΩ以上，就必須對電纜受潮段進行驅潮處理，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趕出去。經過燒結后(或切除后)的電纜仍可以保持良好的絕緣。因此，礦物絕緣電纜在倉儲和安裝時要求做到以下幾點：倉儲時，電纜必須要由臨時封端；安裝時需將臨時封端換成永久性的封端；在測試絕緣電阻時要切除臨時封端的長度。

中間連接器。安裝過程中，由于電纜的生產長度有限，在電纜敷設長度不夠時，就需要安裝中間連接器。對于多芯礦物絕緣電纜的中間連接器，由于多芯電纜的線芯截面相對較小，所以在安裝中間連接器時，不僅要保證芯線與芯線、芯線與銅護套層之間的距離，還要保證每相芯線的絕緣電阻值，因此，在芯線連接時，為減小芯線連接段的體積，縮小中間連接器中連接套管的直徑，應采用錯位連接法。在施工安裝中，必須按中間連接附件標記好每相芯線連接的具體尺寸和具體位置，處理好芯線絕緣。

絕緣測試。在礦物絕緣電纜的終端頭、中間連接器安裝之后，應再進行一次絕緣測試，在測試中，兆歐表的指針指向∞時說明線路的絕緣性能良好，若測量時發現阻值下降，則可能的故障點應該在終端頭或中間連接器處，此時應拆除終端頭或中間連接器，用噴燈對電纜重新進行燒結直至電纜絕緣合格為止。

4 建議配電設計中考慮推廣使用

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、柔軟耐壓強過載、高危行業安全性等本質特征，并隨著技術的成熟和生產線大規模生產能力的形成，使用成本將會更低，綜合應用經濟性更加明顯。因此建議：各種配電工程設計中，盡可能優先選用礦物絕緣電纜，尤其是安全要求高及條件惡劣區域。