引言
隨著國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的迅猛發(fā)展，人們對(duì)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(guó)內(nèi)市場(chǎng)呈現(xiàn)出爆炸式增長(zhǎng)。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(diǎn)的限制，礦物絕緣電纜的交貨長(zhǎng)度隨導(dǎo)線截面增大而縮短，長(zhǎng)距離敷設(shè)時(shí)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)，在發(fā)達(dá)國(guó)家特別是歐盟國(guó)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(duì)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(wú)國(guó)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(guò)近幾年的市場(chǎng)推廣，非標(biāo)（柔性）礦物絕緣電纜在國(guó)內(nèi)也取得了諸多業(yè)績(jī)，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(guó)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(guó)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(jì)規(guī)范》、JGJ232—2011《礦物絕緣電纜敷設(shè)技術(shù)規(guī)程》對(duì)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(hào)包括750V 重型（BTTZ、BTTVZ、WD-BTTYZ）、500V 輕型（BTTQ、BTTYQ、WD-BTTYQ）共六種型號(hào)。
1.2 柔性礦物絕緣電纜發(fā)明較晚，最初于上個(gè)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(gè)世界開始研究柔性礦物絕緣防火電纜，于2012年推出國(guó)內(nèi)最新的柔性礦物絕緣防火電纜（BTGZ、YTGRZ）。目前各個(gè)生產(chǎn)廠家自行對(duì)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(guó)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(wú)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(guò)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(wú)機(jī)礦物材料，其天然的不燃性以及無(wú)煙無(wú)鹵特性非常適合于重要場(chǎng)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(shí)封端或電纜頭制作須在1h 內(nèi)完成，否則絕緣阻值會(huì)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(guò)程中利用火焰噴燈等方式對(duì)電纜端部區(qū)域反復(fù)加熱，可以消除這一缺點(diǎn)。
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(jí)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(wú)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(wú)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(zhǎng)度后又經(jīng)過(guò)2 道熱處理工序，其拉拔過(guò)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(shí)壓緊。按上述工藝成型的電纜無(wú)論是抗壓強(qiáng)度、還是機(jī)械性能，都超過(guò)普通耐火電纜。但美中不足的是，銅管在一次下料時(shí)原材料有限，拉拔的長(zhǎng)度也有限制，以750VBTTZ-4×25mm2 電纜為例，其最大出貨長(zhǎng)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(shì)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(zhǎng)度無(wú)限延長(zhǎng)，（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(méi)有消除，在實(shí)際敷設(shè)過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)開裂。同時(shí)，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(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，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(cè)標(biāo)準(zhǔn)以英國(guó) BS6387（C、W、Z 級(jí)）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(duì)結(jié)果見(jiàn)表4。
從結(jié)果來(lái)看，兩者均能通過(guò) BS6387 標(biāo)準(zhǔn)測(cè)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(shí)，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(duì)兩者進(jìn)行絕緣電阻測(cè)試時(shí)，YTTW（柔性） 絕緣阻值近乎為0Ω，BTTZ（剛性）阻值仍超過(guò)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(gè)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(guò)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(duì)象。
（1） 首先對(duì) 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(duì)該樣品重新打耐壓，升壓至2500V 未擊穿，說(shuō)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(duì) YTTW 電纜試驗(yàn)時(shí)于2800V 附近擊穿，3h 后重新打耐壓，最高升壓至50V 時(shí)再次擊穿。表明 YTTW 電纜擊穿后絕緣性能無(wú)法恢復(fù)，只能重新更換。
2.3.3 載流溫度測(cè)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(gè)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(jiàn)圖1 ：
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(duì)載流量會(huì)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(jiàn)，（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(shí)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(méi)有相關(guān)國(guó)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(shuō)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(diǎn)已證明同規(guī)格的（柔性）電纜無(wú)論在體積還是重量上均超過(guò)（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(shí)，為確保絕緣層不受潮氣影響，終端頭 / 中間接頭附件都會(huì)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(wú)法膠封，只能采用熱縮套對(duì)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(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(huì)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 .