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矿物绝缘电缆的特性及其相关电气规范采用情况
         矿物绝缘电缆的特性及其相关电气规范采用情况
1 引言
矿物绝缘电缆简称MI电缆，国内也有人称为氧化镁绝缘电缆或防火电缆，矿物绝缘电缆是由铜导体、无机绝缘材料（通常采用氧化镁粉）和铜护套三者组合加工而成。由于矿物绝缘电缆独特的结构和使用材料的无机绝缘本性，使得矿物绝缘电缆具有优于其他电缆的特性。矿物绝缘电缆典型的特性有：
●   使用寿命可达百年；
●   不燃烧，不支持燃烧，不释放有毒气体，零燃烧能量；
●   连续工作温度可达250℃，短期工作温度可达1083℃；
●   耐火性极佳，火灾后电缆可重复使用；
●   电缆终端和中间联接器随电缆配备，电缆耐火可靠性增强；
●在火灾中电缆能够承受极高温度、物体坠落冲击、消防水喷淋；
●   电缆可用于高温场合；
●   防水、防潮、防油、耐腐蚀；
●无老化，电缆性能极其稳定；
●   电缆的金属护套可用作接地回路；
●   机械强度优异，弯曲性能好，可用于结构复杂，空间狭小的安装环境；
●   由于电缆结构的特殊性，其载流量大；
●   电缆外径小，安装方便，综合成本低，电缆无需穿管保护；
●   防爆性能好，抗核辐射性能优异；
●   电磁屏蔽性能和电磁兼容性能优异；
●   可防动物啃咬。
综上所述，矿物绝缘电缆有很多其他电缆无法相比的优点，是一种“安全型”电缆。1996年连接英法两国的英吉利海峡海底隧道发生严重火灾，安装在隧道内的矿物绝缘电缆系统甚至在钢筋混凝土和焊接钢轨被摧毁以后，依然为疏散乘客提供应急照明，并经受熊熊烈火和高温的严峻考验。由于矿物绝缘电缆有着普通电缆无法可比的质量和性能，它的使用范围也越来越广泛。
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2           矿物绝缘电缆模拟实体火灾实验
2001年，公安部四川消防研究所和浙江湖州久立耐火电缆股份有限公司[现为泰科热控（湖州）分公司]共同开展了模拟实体电缆特性实验，其目的：一是检测消防设备通常选用的电缆及敷设方式在实体火灾实验中的延续供电能力；二是常用电缆在火灾时，有消防喷水和重物坠落的情况下能否保证供电；三是火灾时，矿物绝缘电缆降低截面等级使用，能否正常启动消防设备。试验的方案类似于英国消防研究所的实体火灾试验。
实验在三个实验房进行，房子的尺寸为3.22m×3.25m×2.98m（长×宽×高），墙体为240mm实心砖墙体，房顶为150mm厚的现浇整体式房顶。实验用电缆及敷设方式见表1。模拟实体电缆特性实验耐火实验电缆失效情况见表2。
表1 实验电缆及敷设方式一览表
敷设方式
实验电缆
名称
型号规格
支架裸敷
支架穿管明敷
防火桥架内裸敷
防火桥架内穿管
穿管埋墙暗敷
矿物绝缘电缆
BTTZ3×6
BTTZ3×4
BTTZ3×2.5
普通电缆
VV3×6+1×4
阻燃电缆
ZR-VV3×6+1×4
隔氧层阻燃电缆
GZR-VV4×1.5
耐火电缆
NH-VV3×6+1×4
NH-VV4×16

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表2 耐火实验电缆失效情况
<DIV align=center>
燃烧失效
（短路）时间
电缆名称
型号规格
短路电缆
敷设方式
7分14秒
普通电缆
VV3×6+1×4
支架裸敷
12分30秒
阻燃电缆
ZR-VV3×6+1×4
支架穿管明敷
14分12秒
隔氧层阻燃电缆
GZR-VV4×1.5
支架裸敷
16分04秒
GZR-VV4×1.5
支架穿管明敷
16分09秒
阻燃电缆
ZR-VV3×6+1×4
支架裸敷
23分28秒
耐火电缆
NH-VV3×6+1×4
支架穿管明敷
27分17秒
NH-VV3×6+1×4
支架裸敷
32分58秒
NH-VV4×16
支架裸敷
34分04秒
普通电缆
VV3×6+1×4
防火桥架内穿管
41分28秒
VV3×6+1×4
防火桥架内裸敷
52分06秒
隔氧层阻燃电缆
GZR-VV4×1.5
防火桥架内穿管
52分23秒
阻燃电缆
ZR-VV3×6+1×4
防火桥架内裸敷
52分52秒
隔氧层阻燃电缆
GZR-VV4×1.5
防火桥架内裸敷
54分56秒
阻燃电缆
ZR-VV3×6+1×4
防火桥架内穿管
55分30秒
普通电缆
VV3×6+1×4
穿管埋墙暗敷
</DIV>
模拟实体火灾特性实验最终得出以下结论：
在模拟实体火灾条件下，以多种规格的电缆按照选定的敷设方式进行试验，其实验记录表明：
⑴在电缆的耐火性能上，矿物绝缘电缆最佳，耐火电缆次之，隔氧层阻燃电缆、阻燃电缆、普通电缆依次降低。即：
①   普通电缆五种敷设方式，60分钟内，电缆全部失效；
阻燃电缆和隔氧层阻燃电缆五种敷设方式，60分钟内，除埋墙暗敷的电缆外，其余电缆全部失效；
耐火电缆五种敷设方式，60分钟内，除埋墙、防火桥架敷设外，其余电缆全部失效。
②   普通电缆、阻燃电缆、隔氧层阻燃电缆及耐火电缆，在裸敷及穿管明敷方式时其供电时间均未达到30分钟；
③   裸敷矿物绝缘电缆60分钟内全部正常工作。
⑵矿物绝缘电缆能够承受试验重物坠落的冲击，能够经受消防喷淋的冲击，能再次正常通电启动设备。
⑶矿物绝缘电缆可比塑料绝缘电缆降低截面等级使用，但降低程度应根据矿物绝缘电缆的额定载流量确定。
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3 影响矿物绝缘电缆使用的几个误区
3.1 关于弯曲半径问题
多数电气设计人员和电缆安装人员都认为矿物绝缘电缆较硬，电缆不易弯曲，其实矿物绝缘电缆在形成成品前都经过650℃～700℃的高温退火，电缆具有较好的柔软性，它的弯曲性能完全和普通电缆一样，甚至更好，我们可以从下面的数字中得出结论。
99D163《矿物绝缘电缆敷设》国家建筑标准设计图集对电缆弯曲半径规定见表3。
表3 矿物绝缘电缆允许最小弯曲半径 单位：mm
<DIV align=center>
电缆外径 D
D<7
7≤D<12
12≤D<15
D≥15
电缆内侧最小弯曲半径
2D
3D
4D
6D
</DIV>
GB/T××××《船舶电气装置-低压电力系统用电缆的选择和安装》（报批稿）规定矿物绝缘电缆最小弯曲内半径为电缆外径的6倍。
原派龙澳大利亚控股有限公司出版的矿物绝缘电缆手册规定的电缆弯曲半径为：对于截面在240 mm2及以下的电缆其弯曲半径为电缆直径的6倍，对于截面为300 mm2和400 mm2的电缆其弯曲半径为电缆直径的12倍。
BS6207-3：2001《额定电压750及以下矿物绝缘电缆 第三部分：使用说明》规定：
⑴每次弯曲的内径不低于电缆直径的6倍，此时它允许弯曲后再被拉直和重新就位；只有进行一次性弯曲并且以后不再进行重复时允许更小半径的弯曲；这样的弯曲内径也不能低于电缆直径的3倍。
⑵电缆垂直安装时，无任何中间支撑，且不易接近和受到干扰时，此时电缆的最上面的一圈必须要进行支撑，以保证必要弯曲的内径不低于电缆直径的6倍。
⑶电缆不能安装在经受重复挠曲环境条件下，但它在使用时可以偶尔弯曲一下。
而我国对普通电力电缆、控制电缆、电线（电缆）产品的弯曲半径规定为：
⑴PVC（XLPE）绝缘PVC护套电力电缆
单芯电缆：20（D+d）±5%；
三芯电缆：20（D+d）±5%。
其中：D、d分别为电缆及导体直径。
⑵PVC绝缘PVC护套控制电缆
无铠装层的电缆，应不小于电缆外径的6倍；
有铠装或铜带屏蔽结构的电缆，应不小于电缆外径的12倍；
有屏蔽层结构的软电缆，应不小于电缆外径的6倍。
⑶PVC绝缘电线（电缆）
电缆外径小于25 mm时应不小于电缆外径的4倍；
电缆外径为25 mm及以上时应不小于电缆外径的6倍。
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3.2 关于价格问题
过去人们一直认为矿物绝缘电缆价格是十分昂贵的，其实，通过近几年制造厂和材料供应商的不断努力，矿物绝缘电缆的价格正在不断向普通电缆价格靠拢，表4是矿物绝缘电缆和耐火电力电缆、无卤低烟耐火电力电缆有关载流量和价格的对比情况。此外，矿物绝缘电缆截面在25 mm2以上者均为单芯，因而该电缆的载流量比普通电缆的载流量要大，从模拟实体电缆特性实验也得出了这一结论，同时矿物绝缘电缆的铜护套可直接用于接地线，这样在选用矿物绝缘电缆时可减少一根电缆线芯。
国家人民大会堂大礼堂照明系统改造项目，原计划采用耐火电缆穿管，后决定改用矿物绝缘电缆，两个方案拟选的电缆规格相同（均为小规格电缆），最终工程的总造价，用矿物绝缘电缆和耐火电缆的价格比为97.59：100。
表4 矿物绝缘电缆载流量和价格比较
<DIV align=center>
对比性能
矿物绝缘电缆
BTTZ
耐火电缆
NH-YJV
无卤低烟耐火电缆
WDNH-YJY
电缆规格
4×120
4×150+1×70
4×150+1×70
载流量 A
380
360
365
敷设条件
可明敷、不用桥架
需封闭桥架保护
需封闭桥架保护
价格（元/m）
305
290
310
</DIV>
国家电力调度中心新建项目，原计划采用无卤低烟阻燃电力电缆，后决定改用矿物绝缘电缆，选用矿物绝缘电缆比原计划使用的电缆减小一个截面（均为大规格电缆），最终工程的总造价，用矿物绝缘电缆和无卤低烟阻燃电力电缆的价格比为96.38：100。
由于矿物绝缘电缆使用寿命可达百年，而一些重要的建筑物其设计使用寿命也要几十年或者上百年，如果选用普通电缆，在这几十或者上百年中，建筑物内的电缆至少更换3～4次。另外，美国保险商试验室确认矿物绝缘电缆比其他电缆穿刚性电缆管重量轻60%，所需空间少80%。
3.3 关于安装问题
随着矿物绝缘电缆应用范围的扩大,许多安装或施工单位开始接触矿物绝缘电缆,由于这些单位不了解产品的施工方法,不知如何安装，这样导致在许多工程项目中安装或施工单位抵制使用矿物绝缘电缆。其实，该电缆放线方式简单，不需要专用工具和辅助设施；敷设时既可走桥架、支架，也可明敷。在电缆附件（终端及联接器）安装时，制造厂都会派专业技术人员到现场指导，并配套供应专用施工工具。现在使用的附件均为压装式，该附件联接简单、操作方便，对于第一次接触者，用不到两个小时便可掌握安装和敷设技术。另外，99D163《矿物绝缘电缆敷设》国家建筑标准设计图集对矿物绝缘电缆安装和敷设方法作了详细阐述，安装单位只要按此步骤施工，即使没有制造厂的技术人员指导，也可完成电缆的安装和敷设。
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3.4 关于适用范围问题
较好的耐火性能是矿物绝缘电缆优越的特性之一，所以，人们在选用矿物绝缘电缆时都将其和耐火要求联系在一起，也习惯将其称之为“防火电缆”。其实，它的适用范围很广，可在海上、陆地、室内外、地上和地下应用；特别是在历史性建筑物、超高层、宾馆、商场、医院、机场、电视台、通讯枢纽工程、舰船、剧场、古建筑、地铁、人防工程、人流密集的公共场所、易发生火灾的危险场所（如天然气厂、化工厂、炼油厂、海上石油平台）得到广泛应用。它同时也可适用于环境温度高的场所，如发电厂、钢铁厂。对特殊环境，如抗电磁干扰、防动物啃咬、防水以及核电站、卫生条件要求高的食品加工厂也得到应用。
矿物绝缘电缆在上述场所中可用于主干、支干配电系统、普通照明、机器设备内部布线、本质安全电路、应急照明、应急备用电源、消防相关设备的信息数据传送和控制线路、潜在爆炸危险区域等。
4        矿物绝缘电缆在相关电气规范中的采用情况
4.1         GB50045《高层民用建筑设计防火规范》
该标准95年版本对矿物绝缘电缆的使用无规定，而2003年局部修订条文报批稿在第9章关于消防电源及其配电，其标准条文号9.1.4.2条规定为：当采用明敷时，应采用有防火保护的金属管或有防火保护的封闭式金属线槽保护，矿物绝缘类电缆，可直接敷设。
9.1.4.4条则规定为：对供电时间要求较长的消防设备供电线路，当采用明敷时，宜采用矿物绝缘电缆，或封闭式防火桥架等有效保护的耐火类电缆。
4.2         99D163-99《矿物绝缘电缆敷设》国家建筑标准设计图集
该图集对矿物绝缘电缆及其附件的性能和指标、设计要求、安装和敷设以及必要的工程技术数据等作了详细的规定。
4.3         DGJ08-93-2002《民用建筑电线电缆防火设计规程》上海市工程建设规范
该规程对矿物绝缘电缆的选用作了详细的规定，从该标准的下列条文号中可以看出：
5.1.4条规定：在外部火势的作用下，需保持线路完整性、维持通电的场所，其线路应采用耐火电线电缆或矿物绝缘电缆。
5.2.4条规定：用于重要的木结构公共建筑的电源主干线路应采用矿物绝缘电缆。
5.2.5条规定：用于特级、一级场所中的特别重要负荷的电源主干线路宜采用矿物绝缘电缆。
5.3.2条规定：由变电所（或总配电室）引至消防设备的电源主干线路应采用阻燃耐火电缆或矿物绝缘电缆，但在特级、一级场所应采用矿物绝缘电缆。
5.3.3条规定：双电源自切箱引至消防设备控制箱及由消防设备控制箱引至消防设备等分支线路，当电缆采用支架或沿墙明敷时，应采用矿物绝缘电缆。
4.4         福建省建筑用电线电缆技术政策公告
该公告规定：在超高层建筑和一类高层建筑中的消防水泵、消防电梯、防排烟风机、消控中心供电线路中优先采用矿物绝缘电缆。
4.5         GB/T××××《船舶电气装置-低压电力系统用电缆的选择和安装》（报批稿）
该标准规定矿物绝缘电缆可以用于船舶电气装置，并规定了矿物绝缘电缆在船舶电气装置使用时的工作温度、载流量、弯曲半径，同时对矿物绝缘电缆的安装敷设、适用场所和环境作了相关的说明。
4.6         GB50217-1994《电力工程电缆设计规范》
本规范第7.0.10条规定：在油灌区、重要木结构公共建筑、高温场所等其他耐火要求高且敷设安装和经济性能接受的情况下，可采用不燃性矿物绝缘电缆。
4.7         JGJ/T16-92《民用建筑电气设计规范》
由东北建筑设计院正在组织对JGJ/T16-92《民用建筑电气设计规范》进行修订，此项工作预计在2005年完成，修订后的规范将上升为国家标准，修订稿已规定在建筑物内的许多场合和线路中应采用或推荐采用矿物绝缘电缆，同时，也新增加了矿物绝缘电缆在民用建筑使用时的安装和敷设方面的内容。
4.8 GB50333-2002《医院洁净手术部建筑规范》
建设部于2002年11月26日颁布的GB50333-2002《医院洁净手术部建筑规范》第8.3.1.4条规定，洁净手术部配电管线应采用金属敷设，穿过墙和楼板的电线管应加套管，套管内用不燃材料密封。进入手术室内的电线管穿线后，管口应采用无腐蚀和不燃材料封闭。特殊部位的配电管线宜采用矿物绝缘电缆。
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4        结束语
5.1由于矿物绝缘电缆的众多优异特性，并在制造厂的大力推广下，近几年已被国内许多电气设计规范或标准相继采用，同时也在不同行业中的许多工程项目中得到使用，可以预期，在未来的十年中，我国矿物绝缘电缆的使用量将大幅度上升。
5.2 我国矿物绝缘电缆产品标准于91年正式颁布实施，现正在按IEC60702：2002标准进行修改采用，新标准与GB13033-91标准差异主要是电缆规格有所增加，同时增加了护套外径和椭圆度的要求。新标准颁布后其主要技术参数和99D163-99《矿物绝缘电缆敷设》国家建筑标准设计图集规定的工程技术参数指标上有差异，这方面工作还有待协调解决。
5.3虽然矿物绝缘电缆在模拟实体火灾电缆特性实验中，其电缆耐火、抗冲击、防水喷淋性能卓越，但该实验的遗憾是没有对带有中间联接器和终端的电缆进行试验验证，带有中间联接器和终端的电缆其耐火、抗冲击、防水喷淋性能还需进一步的试验验证，以确保满足用电设备在火灾发生期间的最小连续供电时间的规定。
参考文献
[1]    邢本仁、罗才漠，矿物绝缘电缆在电气防火中的作用，第八次电气防火学术研讨会论文集，2001.8。
[2]    矿物绝缘电缆，美国瑞侃公司资料。
[3]    模拟实体火灾电缆特性实验报告，公安部四川消防研究所，2001。
[4]王春江主编，电线电缆手册（第1册），机械工业出版社。