工程配電設(shè)計中礦物絕緣電纜應(yīng)用特性研究

楊廣林

【摘 要】根據(jù)各種工程配電線路設(shè)計的需要，從防火安全、使用經(jīng)濟等方面，研究分析了礦物絕緣電纜優(yōu)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(guān)安裝時的注意事項。

【關(guān)鍵詞】配電設(shè)計；礦物絕緣電纜；特性；應(yīng)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(dǎo)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(yīng)用經(jīng)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(dǎo)體之間和每根導(dǎo)體與銅護套之間的絕緣標(biāo)稱厚度以及電氣性能都必須符合GB/T13033.1-2007要求，20℃時其絕緣電阻（MΩ）與電纜長度（km）的積應(yīng)不小于1000MΩ·km；當(dāng)電纜長度小于100m時，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，無論是線芯或者是銅護套均不產(chǎn)生氧化。由于電纜絕緣內(nèi)的含氧量很低，線芯氧化并不嚴(yán)重。但電纜護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)電纜銅護套的溫度超過250℃時，便開始發(fā)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(jīng)過240年左右的時間，而在1000℃時，則只需2.87h，所以允許正常工作溫度必須在250℃及以下，當(dāng)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(zhì)，這是其它有機物材料組成的電纜所無法比擬的。經(jīng)試驗表明，防火電纜在溫度高達(dá)800℃～900℃的火焰中燒2h，電纜一直能正常運行；在1 000℃的火焰下燃燒30min，電纜仍完好無損，繼續(xù)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(dāng)電纜應(yīng)用于化學(xué)腐蝕（如酸、堿）較嚴(yán)重的場合或工業(yè)污染嚴(yán)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(jīng)受巨大的外界沖擊力，不會透水、油和氣體，可在水中敷設(shè)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(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，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(dá)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(jié)構(gòu)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(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(yè)安全性

在石油化工、鋼鐵冶煉、地鐵隧道、核電站等潛在危險爆炸區(qū)域、線路等高危行業(yè)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(zāi)情況下，由于陰燃時有機物會產(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(chǎn)生氟化物，這些有害氣體對人的生命安全造成極大的危害。聚氯乙烯在400℃時發(fā)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(yīng)用經(jīng)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(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(rèn)可，對于70安培負(fù)荷，用礦物絕緣電纜可用10mm2，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0.6kg/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(dāng)?shù)倪x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。

如果考慮到安全就是最大的經(jīng)濟性以及它也是永久型的電纜（在250℃下長期使用壽命可達(dá)數(shù)百年，而一般型塑料絕緣電纜估計預(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)濟性就更可想而知了。

3.附件安裝獨特性

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(jìn)行密封，這種終端由兩個部分構(gòu)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(dǎo)體的絕緣套管組成）。另外一個用來把電纜連接到開關(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(jìn)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(jìn)入深度會逐漸達(dá)到200～300mm。用500V兆歐表對芯線進(jìn)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(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。

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(yīng)再進(jìn)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(fā)現(xiàn)阻值下降，則可能的故障點應(yīng)該在終端頭或中間連接器處，此時應(yīng)拆除終端頭或中間連接器，用噴燈對電纜重新進(jìn)行燒結(jié)直至電纜絕緣合格為止。