工程配电设计中矿物绝缘电缆应用特性研究

张殿恩

摘要：根据各种工程配电线路设计的需要，从防火安全、使用经济等方面，研究分析了矿物绝缘电缆优于任何有机物电缆的主要特征；针对矿物绝缘电缆附件的特殊性，提出了有关安装时的注意事项；最后建议：在一些重要建筑、高温、易燃易爆和危险场合以及有关消防等电气配线工程设计中尽可能考虑使用矿物绝缘电缆。

关键词：配电设计；矿物绝缘电缆；特性；应用研究

矿物绝缘电缆俗称防火电缆或氧化镁电缆（简称MI电缆），是由高导电率的铜芯、铜护套、氧化镁绝缘等全无机物组成的耐火电缆。由于其独特的制造方式：用矿物材料氧化镁作绝缘高度紧密压实在金属铜棒（芯）和无缝铜护套之间，从而在高危防火安全、综合应用经济性方面较其它有机物电缆具有明显特征。

1 高危防火安全性

1.1 绝缘电阻

矿物绝缘电缆的绝缘是由紧压成形的粉末矿物密实体组成，导体之间和每根导体与铜护套之间的绝缘标称厚度以及电气性能都必须符合GB/T 13033.1-2007要求，20℃时其绝缘电阻(MΩ)与电缆长度(km)的积应不小于1000 MΩ·km；当电缆长度小于100m时，其绝缘电阻应不低于10000MΩ。

1.2 耐热耐高温防火性

在高温时，无论是线芯或者是铜护套均不产生氧化。由于电缆绝缘内的含氧量很低，线芯氧化并不严重。但电缆护套因暴露在空气介质中而剧烈的氧化，温度越高氧化就越严重。当电缆铜护套的温度超过250℃时，便开始发生急剧氧化，形成氧化层CuO，使护套厚度减薄。电缆在250℃时，护套厚度减薄0.25mm，一般要经过240年左右的时间，而在1000℃时，则只需2.87 h，所以允许正常工作温度必须在250℃及以下，当铜护套厚度为0.5mm时，在1000℃高温下可使用6.79h。另外，由于防火电缆是由铜和氧化镁两种无机材料组成的，铜的熔点为1083℃，氧化镁的熔点为2800℃，而且均是非燃烧物质，这是其它有机物材料组成的电缆所无法比拟的。经试验表明，防火电缆在温度高达800℃~900℃的火焰中烧2h，电缆一直能正常运行；在1 000℃的火焰下燃烧30min，电缆仍完好无损，继续正常运行。

1.3 耐腐蚀防爆防辐射

由于铜护套具有较好的耐腐蚀性能，一般情况下，无需加防护措施。当电缆应用于化学腐蚀(如酸、碱)较严重的场合或工业污染严重的地点时，宜选用加PVC护套的防火电缆。因无缝铜管作护套，电缆完全密封，氧化镁绝缘是一个密实体，可经受巨大的外界冲击力，不会透水、油和气体，可在水中敷设长期使用防爆; 铜护套具有屏蔽层的功能，使电缆也具有耐辐射性。

1.4 柔软耐压强过载

由于矿物绝缘电缆的铜护套有一定的强度和韧性，氧化镁在加工过程中又是经高度压缩的，所以电缆在遭受到弯曲、压扁、扭转等变形时，电缆芯线间、芯线和护套间的相对位置保持不变，不会短路，且其铜护套可以达到铠装电缆的机械性能，电缆仍能保持本身的工作性能的特性，具有很好的柔软耐压性能。对于其它相同截面的电缆而言，矿物绝缘电缆由于本身结构特点和允许更高的使用温度，使之比其它类型的电缆能传送更大的电流。根据比较，小规格的电缆载流量提高30%左右，大规格的电缆提高10%左右。在过电压的情况下，即使是矿物绝缘电缆被击穿，但去掉电压后仍可恢复到电缆被击穿前的耐压水平，电缆仍可正常使用。矿物绝缘电缆有如此强的过载能力，也是其它有机物电缆无法比拟的一个明显特征。

1.5 高危行业安全性

在石油化工、钢铁冶炼、地铁隧道、核电站等潜在危险爆炸区域、线路等高危行业和场所，有机绝缘电缆在着火或长期过载时会释放出烟雾及有害气体。尤其火灾情况下，由于阴燃时有机物会产生大量烟雾和有害气体，如聚氯乙烯绝缘电缆燃烧的烟雾中除了一氧化碳、二氧化碳外，还有大量的氯化物;阻燃电缆由于采用溴化物阻燃剂，其燃烧时烟雾中会有溴化物;橡皮绝缘电缆燃烧时会释放出大量的硫化氢。有些电缆燃烧时还会产生氟化物，这些有害气体对人的生命安全造成极大的危害。根据日本提供的资料，聚氯乙烯在400℃时发烟量为4.0m3/g，而在300℃时为10.4m3/g，由于供气不足，烟雾中大量的是使人窒息的一氧化碳，而二氧化碳较少。同时大量烟雾增加了人们的恐慌，也给救授和消防增加了困难。而矿物绝缘电缆绝对不存在上述问题，因而它也是最安全型的电缆。

2 综合应用经济性

由于组成矿物绝缘电缆的全部材料均为无机材料，它的允许使用温度要比耐火电缆高得多(现耐火电缆一般为70℃)，IEC92出版物推荐矿物绝缘电缆的使用温度为95℃，IEC364-5-523修订版规定裸的矿物绝缘电缆使用温度可达105℃。因而它的载流量要比耐火电缆高得多。如果按允许温升到90℃来选择矿物绝缘电缆在25mm2及以下时，其截面比耐火电缆接近小一个截面等级，而在35mm2及以上时，可小两个以上戴面等级。即便按70℃与耐火电缆同样的允许温度选择，在35mm2及以上截面时，也完全可小1个以上的截面等级，因为矿物绝缘电缆35mm2及以上的，全部为单芯电缆。IEC认可，对于70安培负荷，用矿物绝缘电缆可用10 mm2，而用聚氯乙烯绝缘、聚氯乙烯护套和钢丝铠装的电缆为25mm2，此时电缆的外径比分别为12.7mm和23mm，体积比为1：4，重量比为0.6 kg/m和1.5kg/m。另外矿物绝缘电缆的铜护套就是一个完好的地线，因此与耐火电缆相比，它完全可少一根地线，也就是说3芯电缆可代4芯耐火电缆，4芯可代5芯耐火电缆。恰当的选用矿物绝缘电缆的一次性投资费用，就不会比选用耐火电缆高多少，甚至持平。用矿物绝缘电缆的铜护套做地线，按比耐火电缆降低二种截面等级选择，从性能价格比上看，防火电缆价格不高，但比低烟无卤耐火电缆的性能要好，价格要比低烟无卤耐火电缆低30%左右，目前防火电缆价格已不断下浮，价格更接近耐火电缆。

如果考虑到安全就是最大的经济性以及它也是永久型的电缆(在250℃下长期使用寿命可达数百年，而一般型塑料绝缘电缆估计预期寿命20余年)，那麽，选用矿物绝缘电缆的综合应用经济性就更可想而知了。

3 附件安装独特性

终端。矿物绝缘电缆在正式安装时，在其两端要用一种永久性的金属终端进行密封，这种终端由两个部分构成，一个用来使电缆绝缘材料氧化镁与外界隔绝的密封部分(一般由黄铜罐、罐盖、密封材料和导体的绝缘套管组成)。另外一个用来把电缆连接到开关柜上的压盖部分(一般由压盖本体、压缩环和压盖螺母组成)。由于矿物绝缘电缆的无机绝缘层易吸潮，若电缆两端不作任何密封处理，则在开始的几周里潮气就会进入100mm，且随着终端头在潮湿空气里的暴露时间的增加，潮气进入深度会逐渐达到200～300mm。用500V兆欧表对芯线进行对地绝缘测试时(注意：如果电缆运行温度载70℃时，线芯的阻值应按其额定阻值再乘以1.21进行修正)，若绝缘电阻值达不到100MΩ以上，就必须对电缆受潮段进行驱潮处理，即用喷灯火焰加热电缆受潮段，使电缆逐渐受热而将潮气慢慢驱赶出去。经过烧结后(或切除后)的电缆仍可以保持良好的绝缘。因此，矿物绝缘电缆在仓储和安装时要求做到以下几点：仓储时，电缆必须要由临时封端；安装时需将临时封端换成永久性的封端；在测试绝缘电阻时要切除临时封端的长度。

中间连接器。安装过程中，由于电缆的生产长度有限，在电缆敷设长度不够时，就需要安装中间连接器。对于多芯矿物绝缘电缆的中间连接器，由于多芯电缆的线芯截面相对较小，所以在安装中间连接器时，不仅要保证芯线与芯线、芯线与铜护套层之间的距离，还要保证每相芯线的绝缘电阻值，因此，在芯线连接时，为减小芯线连接段的体积，缩小中间连接器中连接套管的直径，应采用错位连接法。在施工安装中，必须按中间连接附件标记好每相芯线连接的具体尺寸和具体位置，处理好芯线绝缘。

绝缘测试。在矿物绝缘电缆的终端头、中间连接器安装之后，应再进行一次绝缘测试，在测试中，兆欧表的指针指向∞时说明线路的绝缘性能良好，若测量时发现阻值下降，则可能的故障点应该在终端头或中间连接器处，此时应拆除终端头或中间连接器，用喷灯对电缆重新进行烧结直至电缆绝缘合格为止。

4 建议配电设计中考虑推广使用

矿物绝缘电缆将以其所具有耐热耐高温防火性、耐腐蚀防爆防辐射、柔软耐压强过载、高危行业安全性等本质特征，并随着技术的成熟和生产线大规模生产能力的形成，使用成本将会更低，综合应用经济性更加明显。因此建议：各种配电工程设计中，尽可能优先选用矿物绝缘电缆，尤其是安全要求高及条件恶劣区域。