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)計規(guī)范 GB50016-2014《建筑設(shè)計防火規(guī)范》重新修訂實施后，明確要求礦物絕緣類不燃電纜強制應(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，其防火性能出色但受其結(jié)構(gòu)特點的限制，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，在發(fā)達(dá)國家特別是歐盟國家中，剛性礦物絕緣電纜的使用正在被替代。
因此，一些生產(chǎn)企業(yè)針對礦物絕緣電纜須滿足 BS6387C、W、Z 的防火檢驗標(biāo)準(zhǔn)，在傳統(tǒng)有機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，最初只涉及軍事領(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。
1.2 柔性礦物絕緣電纜發(fā)明較晚，最初于上個世紀(jì)70 年代由瑞士 Studer 公司研制而成。上海起帆電纜公司從上個世界開始研究柔性礦物絕緣防火電纜，于2012年推出國內(nèi)最新的柔性礦物絕緣防火電纜（BTGZ、YTGRZ）。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)。
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礦物材質(zhì) MgO（氧化鎂）粉末壓縮密實而成，通常填充密度為75%~80%，如表2 所示，其熔點遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過銅護(hù)套熔點（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。
2.1.2 而（柔性）礦物絕緣電纜的絕緣材料就難以統(tǒng)一了， 最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， 該材料在有機耐火電纜（如 NH-YJV）中只能作耐火層，而不可作為絕緣層，因為其絕緣性能、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最小，并且使護(hù)套與內(nèi)部氧化鎂密實壓緊。按上述工藝成型的電纜無論是抗壓強度、還是機械性能，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，其最大出貨長度僅為130m，若在超高層建筑中應(yīng)用，需耗費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）礦物絕緣電纜最典型的外護(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%。
2.3 電氣性能比較
2.3.1 耐火性試驗
耐火性是驗證電纜在火災(zāi)情況下持續(xù)供電的能力，結(jié)合出廠驗收經(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）耐火試驗為準(zhǔn)，各選一樣品依次進(jìn)行3 項試驗。比對結(jié)果見表4。
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
根據(jù) GB/T13033-2007 的電壓試驗要求 ：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，實驗過程電纜應(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 電纜試驗時于2800V 附近擊穿，3h 后重新打耐壓，最高升壓至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 ：
從結(jié)果可以看出，在相同試驗條件下，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℃。從而驗證了上述關(guān)于絕緣材料性能分析的論點， 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）礦物絕緣電纜最小彎曲半徑 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， 其最小彎曲半徑 R 的范圍在15D~20D 之間，由于上述論點已證明同規(guī)格的（柔性）電纜無論在體積還是重量上均超過（剛性）。
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。
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 .