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。自从2015年设计规范GB50016-2014《建筑设计防火规范》修订并执行以来，明确要求将矿物绝缘非可燃电缆强制用于消防配电线路设施，到目前为止，矿物绝缘电缆已显示出爆炸性。国内市场的增长。传统的矿物绝缘电缆也称为（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，生产公司需要投入更多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制造商稀缺。同时，由于其结构特性的限制，矿物绝缘电缆的输送长度随着导体横截面的增加而缩短。长距离放置时，中间接头很多，氧化镁绝缘层容易吸收水分，电缆也不容易放置。大多数安装标准先进的企业都受到大多数安装公司的抵制。因此，一些生产企业必须满足矿物绝缘电缆的BS6387C，W，Z的消防安全检查标准。在传统的有机塑料电缆制造工艺的基础上，他们推出了一系列也符合此检验标准的产品。没有国家标准，该行业也称为非标准矿物绝缘电缆。由于结构类似于有机电缆，因此被称为（柔性）矿物绝缘电缆，从而代替了传统的（刚性）矿物绝缘电缆。通过近年来的市场推广，非标（柔性）矿物绝缘电缆在中国也取得了许多成就，但是非标（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？作者结合了当前的国家标准和规范，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。它们由瑞士工程师Arnold Francois Borel构思，并于1896年获得专利。然后在1934-1936年在法国和英国投入生产，并迅速发展。我国于1960年代发展起来，最初只涉及军事领域。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》的定义为：粉状矿物绝缘体，是由一根或多根导体压实在同一金属上而形成的鞘致密成分。 GB / T13033-2007《额定电压750V及以下的矿物绝缘电缆和端子》明确规定，矿物绝缘电缆的类型包括750V重（BTTZ，BTTVZ，WD-BTTYZ），500V轻型（BTTQ，BTTYQ，WD- BTTYQ）共六种对于各种型号，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组成。因此严格来说，它不是矿物绝缘电缆。表1普通矿物绝缘电缆结构的比较1.2非标准（柔性）矿物绝缘电缆是后来发明的，最初由Swiss Studer公司在1970年代开发。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。产品名称，原料和制造标准也不同。由于尚未颁布相关的国家标准，因此今天只能参考一些企业标准或行业标准。并且缺乏防火性能。 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，其熔点远超过铜皮的熔点（1083℃），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，其天然不燃，无烟无卤的特性非常适合于重要场所的消防管道。唯一的缺点是MgO容易吸收空气中的水分。电缆的临时端接或电缆头的生产必须在1小时内完成，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，因此在施工过程中通过火焰炬反复加热电缆末端区域可以消除这一缺点。表2.绝缘材料的性能比较2.1.2（柔性）矿物绝缘电缆的绝缘材料很难统一。最有代表性的是使用通常包裹在耐火（NH）电缆中的云母带。这是耐火A类合成云母KMg3（AlSi3O10）F3的示例：它使用F-代替（OH）-，在常压下合成大晶体人造云母，然后将云母片用粘合剂粘贴在玻璃布上。从表2可以看出，其熔点小于氧化镁粉末的熔点的1/2，并且其热导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，但是随着温度的升高，电阻率显着下降。该材料只能用作有机耐火电缆（例如NH-YJV）的耐火层，而不能用作绝缘层，因为它的绝缘性能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，并且其绝缘材料受潮后会迅速下降，并且无法恢复。诸如BBTRZ和NG-A（BTLY）之类的其他材料实际上都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金属外护套2.2.1（硬质）矿物绝缘电缆的外护套采用无缝铜管，具体生产工艺如下：将铜护套管通过拉拔工艺进行拉长，达到预定长度后进行2热处理在此过程中，基本上消除了拉拔过程中产生的应力。滚动还可以确保电缆的整体横截面尺寸最小化，并且护套内部的氧化镁被压实。根据上述方法形成的电缆的抗压强度和机械性能比普通的耐火电缆高。但缺点是一次性下料时铜管的原料有限，拉拔长度也受到限制。以750VBTTZ-4？25mm2电缆为例，最大装运长度仅为130m。如果用于超高层建筑，则需要大量的中间接头进行连接，势必增加工程量和施工难度。 2.2.2（挠性）矿物绝缘电缆的最外层护套采用铜压花焊接工艺，其生产工艺如下：为了实现电缆运输长度的无限延长，（挠性）矿物绝缘电缆的外护套使用铜带缠绕在包装周围，压接后安装磁盘。由于不进行热处理，因此尚未消除由于焊接而在护套上产生的残余应力，并且在实际铺设过程中经常会出现裂纹。同时，铜带压接也增加了电缆的整体横截面尺寸。如表3所示，类似规格的（挠性）电缆比（刚性）体积大10％至174％，重3.9％至86.2％。表34 * 25mm2（含防腐护套）电缆规格清除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情况下继续供电的能力。作者结合工厂验收经验，选择代表性的BTTZ型（刚性）和YTTW（柔性）规格为4？25mm2进行分析。检测标准基于英国BS6387（C，W，Z）耐火性测试，每个样品依次进行3次测试。比较结果列于表4。表4 BS6387耐火测试的比较从结果来看，它们都可以通过BS6387标准测试，但YTTW（柔性）样品的铜护套在90°弯曲处发生了变形。当样品重复以上测试时，YTTW（挠性）铜屏蔽套破裂。同时，在压接结构的影响下，云母带绝缘层被烧成黑色粉末，掉入护套的缝隙中，再次对BTTZ（刚性）样品重复上述测试后，护套仍留着。只有几个影响痕迹。后来，当测试两者的绝缘电阻时，YTTW（柔性）的绝缘电阻几乎为0Ω，而BTTZ（刚性）的电阻仍超过200MΩ。 2.3.2耐压测试按GB / T13033-2007的耐压测试要求：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，每次持续1min。 ，实验过程电缆不应断开。这里，来自同一制造商的相同规格的BTTZ（刚性）和YTTW（柔性）样品是测试对象。 （1）将BTTZ电缆升压到2500V 15分钟后，它没有破裂。继续将电压增加到3300V，配件损坏。静置3h后，样品重新加压，电压升至2500V而无击穿，表明氧化镁绝缘由于局部熔化而破裂，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电缆测试中击穿2800V左右，3h后再次耐压，最高电压升至50V时再次击穿。它表明，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℃下，选择制造商规格为4-25mm2的BTTZ（刚性）电缆和YTTW（挠性）电缆样品，分别通过140A的额定电流，然后连接两根样品线温度传感器与铜护套安装在同一位置。结果如图1所示：从结果可以看出电缆在额定载流量下的温升曲线。在相同的测试条件下，BTTZ（刚性）电缆的YTTW导体比在4h（柔性）下降低5.5℃，铜套降低6.7℃。因此，验证了上述有关绝缘材料性能分析的论点，氧化镁粉的散热明显优于合成云母带。就电缆本身而言，散热也会对载流量产生更大的影响。 3结构特性的比较3.1弯曲能力3.1.1根据标准Atlas 09D101-6“铺设矿物绝缘电缆”的准则，（刚性）矿物绝缘电缆由于铜护套的退火而具有的最小弯曲半径R≥6D生产过程中电缆的制造工艺消除了变形应力，其柔韧性不亚于普通耐火电缆。 3.1.2目前尚无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）电缆的产品规格，最小弯曲半径R在15D到20D之间。事实证明，相同规格的（挠性）电缆在体积和重量上都超过（刚性），并且未经热处理的压花铜护套也使电缆本身变硬，因此在实际使用中不如（刚性）柔软铺设过程。 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，为了确保绝缘层不受潮气影响，端子头/中间中间接头附件将配备绝缘套并粘在电缆切口上，因此，氧化镁与空气中的水分隔离，可以保证电气绝缘性能。 3.2.2大多数（柔性）矿物绝缘电缆都使用云母带包裹作为绝缘层，因此无法密封电缆切口，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XLPE。该密封方法，其隔离水分的能力远远小于完全密封。 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，国内外逐渐显示出替代耐火电缆的趋势。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了各种各样的（柔性）电缆，但是它们的性能无法与传统的（刚性）媲美，甚至柔性（刚性）也差一些。优秀的，只有传统的（刚性）矿物绝缘电缆才能确保电缆的安全性和可靠性。火分布。