刚性和柔性矿物绝缘电缆适用性的综合比较研究

随着国内经济建设的飞速发展，人们越来越重视消防安全。自2015年设计规范GB50016-2014“建筑设计防火规范”修订并实施以来，明确要求在消防配电线路设施中强制使用矿物绝缘非燃性电缆，到目前为止，矿物绝缘电缆已呈爆炸性国内市场的增长。传统的矿物绝缘电缆也被称为（刚性）矿物绝缘电缆。它们具有优良的耐火性和较高的技术含量，但是制造工艺复杂，生产公司需要投入相对较高的资金用于技术研发和设备改进。尽管该产品在我国已经推广应用了20多年，但是国内没有足够的研发能力的公司，特别是矿物绝缘电缆的专业生产商更加匮乏。同时，受其结构特性的限制，矿物绝缘电缆的输送长度随着导体横截面的增加而减小。长距离敷设中的中间接头很多，氧化镁绝缘层容易吸收水分，电缆刚性大，敷设不便。在具有先进施工标准的企业之外，它们可用于大多数安装公司。因此，一些制造商必须满足矿物绝缘电缆的BS6387C，W，Z的防火检查标准。在传统的有机塑料电缆制造工艺的基础上，他们推出了一系列符合检验标准的产品。没有相关的国家标准，在行业中也称为非标准矿物绝缘电缆。由于其结构类似于有机电缆，因此被称为（挠性）矿物绝缘电缆，以取代传统的（刚性）矿物绝缘电缆。通过近年来的市场推广，非标准（柔性）矿物绝缘电缆在中国也取得了许多成就，但是非标准（柔性）矿物电缆是否等同于传统（刚性）矿物电缆？它的耐火性，安全性和可靠性与传统的（刚性）矿物电缆有什么区别？根据现行的国家标准和规范，作者对两种产品的结构原理，电气性能和结构特点进行了全面比较。 1矿物绝缘电缆概述1.1传统（刚性）矿物绝缘电缆诞生于19世纪末。它们是由瑞士工程师Arnold Francois Borel构思并于1896年获得专利的。它们于1934-1936年在法国和英国投入生产，并迅速发展。我国在1960年代的研究与开发最初只是涉及军事领域。工业生产出现在1980年代中期，现在已经完全扩展到建筑领域。根据GB50054-2011“低压配电设计规范”和JGJ232-2011“矿物绝缘电缆敷设技术规程”，其定义为：在同一金属护套中由一根或多根导体形成的粉末状矿物绝缘。致密的成分。 GB / T13033-2007“额定电压750V及以下的矿用绝缘电缆和端子”明确规定，矿用绝缘电缆的类型包括750V重型（BTTZ，BTTVZ，WD-BTTYZ），500V轻型（BTTQ， BTTYQ，WD-BTTYQ）。根据表1，（柔性）矿物绝缘电缆的绝缘层不是由致密的矿物粉末制成。因此，严格来说，它不是矿物绝缘电缆。表1普通矿物绝缘电缆的结构比较1.2非标准（柔性）矿物绝缘电缆的发明相对较晚，最初是由瑞士Studer公司在1970年代开发的。该产品自2001年进入中国以来，其类型一直在变化，例如YTTW型金属护套的柔性矿物绝缘电缆，NG-A（BTLY）绝缘的柔性矿物绝缘电缆，BBTRZ柔性矿物绝缘电缆等。制造商为其产品命名，其原材料和制造标准也有所不同。由于尚未颁布相关的国家标准，因此仅一些企业标准或行业可以参考标准，缺乏防火性能。 2结构原理的比较2.1绝缘材料2.1.1（刚性）矿物绝缘电缆的绝缘是由无机矿物材料MgO（氧化镁）粉末压缩和压实而成，通常填充密度为75％至80％，如表所示2.熔点远远超过铜皮的熔点（1083°C），电阻率受温度变化的影响较小。在高温下具有出色的电绝缘性和散热性。作为一种无机矿物材料，它自然不燃，无烟，无卤素。该特性非常适合重要场所的消防配电线路。唯一的缺点是MgO容易吸收空气中的水分。电缆或电缆头生产的临时终止必须在1h内完成，否则绝缘电阻将迅速降至10MΩ以下。但是，由于MgOH2O（热水）Mg（OH）2↓是可逆反应，因此在施工过程中使用火焰炬反复加热电缆末端区域可以消除这一缺点。表2绝缘材料性能比较2.1.2但是，（柔性）矿物绝缘电缆的绝缘材料很难统一。最有代表性的一种是使用通常用于耐火（NH）电缆的云母带。以A级难熔级合成云母KMg3（AlSi3O10）F3为例：它是在常压下用F-代替（OH）-合成的大晶体人造云母，在云母片上粘贴粘合剂。布。参照表2，可以看出其熔点小于氧化镁粉末的熔点的1/2，并且其导热率仅为氧化镁粉末的导热率的1/10。在室温下，电阻率略高于氧化镁粉末，但是随着温度升高，电阻率显着下降。该材料只能用作有机耐火电缆（如NH-YJV）的耐火层，而不能用作绝缘层，因为其绝缘和散热性能远不如交联聚乙烯。云母带还具有易受潮的缺点，潮湿后绝缘性会迅速下降，无法恢复。 BBTRZ和NG-A（BTLY）等其他材料甚至使用交联聚乙烯作为绝缘层，其结构完全偏离了无机矿物绝缘的定义。 2.2金属外壳2.2.1（硬质）矿物绝缘电缆使用无缝铜管作为外壳。具体的生产过程如下：铜套通过拉拔工艺进行延伸，并在达到预定长度后进行两次热处理。在此过程中，基本上消除了拉拔过程中产生的应力，并且轧制还确保了电缆的整体横截面尺寸最小化，并且护套和内部氧化镁被紧密压实。根据上述方法形成的电缆在抗压强度和机械性能方面超过了普通的耐火电缆。但美中不足的是，铜管的原材料一次落料是有限的，拉拔的长度也是有限的。以750VBTTZ-4-25mm2电缆为例，最大运输长度仅为130m。如果用于超高层建筑，则需要大量的中间连接工作，这势必会增加工程量和施工难度。 2.2.2（挠性）矿物绝缘电缆最典型的外套是采用铜压花焊接技术。生产过程如下：为了无限延长电缆的运输长度，（柔性）矿物绝缘电缆的外皮采用铜带包扎，压花后进行压花。由于未进行任何热处理，因此无法消除由焊接在护套上引起的残余应力，并且在实际铺设过程中经常会出现裂纹。同时，铜带压花也增加了电缆的整体横截面尺寸。如表3所示，类似规格的（柔性）电缆的体积比（刚性）大10％至174％，重量比3.9％至86.2％。表34 * 25mm2（含2.3电气性能比较2.3.1耐火性测试耐火性是为了验证电缆在着火条件下继续供电的能力。作者结合工厂验收经验，选择具有代表性的BTTZ类型进行分析（刚性）和YTTW（柔性）规格均为4-25mm2。测试标准基于英国BS6387（C，W，Z级）耐火性测试，每个样本依次进行3次测试。比较结果示于表4。表4 BS6387耐火性测试比较。从结果来看，两者都可以通过BS6387标准测试，但YTTW（柔性）样品的铜护套在90°弯曲处已经变形。当样品重复上述测试时，YTTW（挠性）铜护套的套筒破裂。同时，在压纹结构的影响下，云母带绝缘层被烧成黑色粉末，并在护套的缝隙中掉落，而BTTZ（刚性）样品再次重复上述测试，护套只剩下少量撞击痕迹。当同时测试两者的绝缘电阻时，YTTW（柔性）绝缘电阻几乎为0Ω，而BTTZ（刚性）电阻仍超过200MΩ。 2.3.2耐压试验根据GB / T13033-2007的耐压试验要求：750V电缆导体之间/每根导体与铜护套之间使用2500V，升压速度应≥150V/ s，且每组应持续使用1次。 1分钟。过程电缆不应断开。这里，同一制造商，相同规格的BTTZ（刚性）和YTTW（柔性）样品为测试对象。 （1）首先将BTTZ电缆升压到2500V，并持续15分钟而无击穿现象。继续提高电压，直到3300V附件损坏。静置3小时后，样品再次耐压，并且电压升至2500V而没有击穿，这表明氧化镁绝缘的击穿是由于部分熔融引起的，但击穿并未改变其化学性质，因此绝缘性能可以自行恢复。 （2）YTTW电缆在试验过程中在2800V附近断裂，并在3h后重新施加耐压，当最大电压增加到50V时再次发生击穿。这表明YTTW电缆的绝缘性能在击穿后无法恢复，只能更换。 2.3.3载流温度测试在标准室温20℃的环境中，选择同一制造商生产的BTTZ（刚性）电缆和YTTW（柔性）电缆样本，规格为4至25mm2，分别通过140A的额定电流，并连接两根样品线温度传感器的位置与铜护套的位置相同。结果如图1所示：图1电缆在额定载流量下的温升曲线。从结果可以看出，在相同的测试条件下，BTTZ（刚性）电缆的电线比YTTW多。 （柔韧性）低5.5℃，铜护套低6.7℃。这验证了上述有关绝缘材料性能分析的论文，氧化镁粉的散热明显优于合成云母带。至于电缆本身，散热也会对载流量产生更大的影响。 3施工特性的比较3.1弯曲能力3.1.1根据标准图集09D101-6“矿物绝缘电缆敷设”的规定，（刚性）矿物绝缘电缆的最小弯曲半径R≥6D，是由于电缆的退火引起的。生产过程中的电缆铜护套消除了变形应力，其柔韧性不亚于普通耐火电缆。 3.1.2没有相关的国家标准提及（挠性）矿物绝缘电缆的弯曲能力。根据某些（柔性）电缆的产品手册，最小弯曲半径R在15D到20D之间。事实证明，相同规格的（挠性）电缆的体积和重量均超过（刚性）。未加热的波纹铜护套也使电缆本身变硬，因此在实际敷设过程中不如（刚性）软。 3.2端子/中间接头的紧密度3.2.1制作（刚性）矿物绝缘电缆端子时，为了确保绝缘不受潮湿影响，端子头/中间接头附件将附上绝缘盖并粘在电缆切口上。从而使氧化镁隔离空气中的水分污染并确保电绝缘性能。 3.2.2由于（柔性）矿物绝缘电缆大多使用云母带作为绝缘层，因此电缆的切口不能用胶水密封，只能使用热缩套管来密封电缆连接。此过程适用于有机电缆，例如交联聚乙烯。密封方法，其隔离水分的能力远远不如胶密封。 4结论通过以上研究，可以发现（刚性）和（柔性）矿物绝缘电缆本质上是国家标准与非标准产品之间的区别。作为成熟的产品，传统的（刚性）矿物绝缘电缆已经使用了120多年。依靠其稳定可靠的性能，国内外替代耐火电缆的趋势已逐渐显现。但是，非标准（柔性）矿物绝缘电缆仍然存在许多缺陷。尽管国内一些制造商已经开发出多种（柔性）电缆，但它们的性能从未与传统（刚性）相提并论，甚至其柔性还不如（刚性）优秀。如今，只能使用传统的（刚性）矿物绝缘电缆来确保安全可靠的火力分配。