礦物絕緣電纜在國家體育場的應用

2010-09-28 11:02:10唐崇健陳大勇蔡如明

電線電纜 2010年5期

唐崇健，陳大勇，蔡如明

(寶勝科技創新股份有限公司，江蘇寶應225800)

0 引言

隨著礦物絕緣電纜生產工藝的不斷改進，其應用范圍也不斷擴大。礦物絕緣電纜幾十年的實踐應用以及成熟的國際與國內標準，使人們對礦物絕緣電纜的性能有了充分地肯定。雖然近幾年，國家及地方設計規范已將礦物絕緣電纜列入了設計要求，特別是一些重要場所已規定強制性采用，但是，目前設計人員對礦物絕緣電纜應用的場所及其電纜附件的可靠性，仍心存疑惑。

奧運期間，國家體育場“鳥巢”容納運動員、觀眾和演員等約12萬多人，場館防火等級須達到特級。為此電纜的防火要求及供電系統的穩定性要求也非常高，特別是要保證正常供電的同時，確保電纜不會成為火災或事故的源頭。因在火災中電氣引起的占到50%以上，故電氣線路可謂是中樞神經，線路產品的選擇顯得尤為重要。按中國建筑設計院的電氣設計，供電系統的主動脈應采用礦物絕緣電纜。而由寶勝自行研發并取得國家實用新型專利的礦物絕緣電纜，其生產工藝、改進型氧化鎂配方以及新型礦物絕緣電纜用附件，完全可以滿足“鳥巢”特級防火等級的要求，符合安全、環保和綠色奧運的理念。

由北京市“2008”工程建設指揮部的電力保障專家組(第一組)、中國建筑設計研究院、國家體育場有限公司、國家體育場運行團隊、中信國華公司、寶勝科技創新股份有限公司等部門相關人員組成專家組，對該礦物絕緣電纜及其附件系統可靠性進行評估和論證。并對礦物絕緣電纜應用場所、電纜吸潮性、電纜附件溫升等幾個方面進行了權威驗證。

1 礦物絕緣電纜應用場所

在國家體育場中礦物絕緣電纜主要用在特一級設備干線和一級消防設備干線。在開、閉幕式及體育比賽中，能否保證各項工作的正常、有序進行，礦物絕緣電纜所承載線路顯得尤為重要。

選擇礦物絕緣電纜是根據低壓出線原則，作為特一級設備干線、一級消防設備干線。

主要應用場所為主席臺、VIP貴賓室、計時計分裝置、計算機房、電話機房、體育競賽綜合信息管理系統、安全防范系統、數據網絡、消防控制室、仲裁錄像系統等(雙電源+油機+UPS/EPS)。

此外，在比賽場地照明、消防負荷、消防電梯、消防栓泵、自動噴淋裝置、水噴霧泵、消防穩壓設備、防排煙風機、變電所、顯示屏及顯示系統、廣播機房、電臺和電視轉播、新聞攝像電源(雙電源+油機)等也均通過礦物絕緣電纜輸送各用電設備。

除了消防以外，其它線路為何也要用礦物絕緣電纜?其主要原因如下:

(1)因為火災層面向上燃燒，加之體育場使用面積太大，所以電纜作為用電設備間電流傳輸的載體，在確保設備正常工作的同時，還應消除事故隱患，確保國家體育場萬無一失。消除電氣火災有兩個要求:一是自身不能成為引發電氣火災的主體。因礦物絕緣電纜是由無機材料組成，即便因過載發熱，電纜自身的溫度超過銅的熔點時，電纜才會被破壞，而此時線路保護裝置在電流達一定值時已率先起動保護。過載能力強是礦物絕緣電纜的突出電氣優點，在特殊情況下，可以保證線路通電時間更長。二是自身不成為電氣火災傳播介質。很多情況并非電纜產生火源并引發火災，而是火焰沿著電纜四處傳播，迅速擴大。而礦物絕緣電纜因采用無機材料，因而電纜本身遇火不自燃、不延燃。因此電纜本身安全性不僅體現在不引燃，更不會傳播火災。而現有所有的有機塑料電纜均不具有上述兩點性能。

(2)通常，體育場館內鼠害問題嚴重，必須防范。而礦物絕緣電纜不但具有優越的防火及電性能，還有機械強度高、使用壽命長、載流量大、無煙、無鹵、無毒、防水、防鼠、防白蟻等塑料電纜無法比擬的綜合性能。

(3)體育場所有照明系統對電纜的電壓降要求非常高。國內一直以來對銅芯銅護套氧化鎂絕緣電纜稱之為“防火電纜”，現在統稱為“礦物絕緣電纜”，其目的就是糾正人們認為“防火電纜’只能用于消防、安全系統。因此GB/T 13033—2007明確規定，礦物絕緣電纜適用于一般布線系統。由于礦物絕緣電纜應用于照明系統中其壓降是比較小的，因此公安部大樓照明系統也選用了礦物絕緣電纜。

因此可見，礦物絕緣電纜不僅適用于消防等安保系統，而且還可用于公共場所或關鍵電力系統的主干線、重要的照明控制線路等。

2 礦物絕緣電纜吸潮性

礦物絕緣電纜的絕緣電阻在很大程度上取決于氧化鎂的純度及其內水分含量，在標準條件下，當濕度不超過0.4%(最大允許值)時，應用于電纜絕緣的高純度緊壓氧化鎂絕緣，電阻通常比常用的氧化鎂絕緣材料高，20℃時可達1011～1013Ω·m。

氧化鎂的吸潮過程基本上取決于絕緣層的最終密度、周圍介質溫度及相對濕度。當氧化鎂粉與潮氣相互作用時便會產生水合反應，從而導致絕緣電阻降低。

礦物絕緣電纜絕緣在正常條件下，一方面由于氧化鎂吸潮后生成氫氧化鎂，使體積增大，從而有效阻止了電纜縱向深處的絕緣進一步吸潮，因此，即使未封頭礦物絕緣電纜長期放在潮濕的空氣介質中，其絕緣的吸潮深度也不超過200 mm，如果存在24 h其吸潮深度通常不超過30 mm;另一方面，即使電纜端部受潮，只需進行局部加熱，會使氫氧化鎂重新變成氧化鎂，同樣可恢復其原有的絕緣性能。

為了保證礦絕緣電纜氧化鎂絕緣不吸潮，在生產過程中，我們采用具有自封閉特性的氧化鎂粉，即在氧化鎂粉中滴入0.08% ～0.1%(按重量)的疏水性硅有機液體——聚二甲基硅氧烷，因此，氧化鎂粉在注硅油前不需要任何排潮處理。用這種方法制成的電纜，即使電纜兩端不用臨時密封，也可長期貯存，絕緣性能也不會下降。電纜安裝時，未經臨時密封的端頭也不必截去。

我公司曾對礦物絕緣電纜的吸潮性做了如下一個試驗:將礦物絕緣電纜兩端進行防潮處理后的試樣浸入水箱內24 h后取出，測其絕緣電阻與浸水前的絕緣電阻相比未發生變化。這進一步證明，含有疏水性有機硅的氧化鎂絕緣電纜具有自封閉特性。

3 電纜附件的溫升

礦物絕緣電纜性能優越，但中間聯接器是否會成為故障點?中間聯接器雖有成熟的設計(國家專利)、工程應用的證明和國家檢測中心的防火、絕緣性能試驗，但為了消除體育場線路中上萬個中間聯接器給專家組帶來的擔憂，與會相關專家提出了熱循環溫升試驗要求，即將聯接器中導體聯接體與電纜進行聯接，然后送國家檢測中心進行試驗。預分支電纜的分支聯接體的試驗方法已有國家標準，專家組參照該標準制訂了《國家體育場用礦物絕緣電纜中間聯接器溫升試驗方法》:

(1)溫升試驗環境:溫度為－20℃ ～+55℃;海拔2000 m以下;濕度不低于95%;

(2)檢測電纜品種:單芯電纜、BTTZ 1×185和多芯電纜BTTZ 4×25，取樣長度為8～10 m;

(3)將聯接器、終端與電纜聯接時，以最差的情況進行檢測，即不用扳手僅手動擰緊，并從如圖1所示聯接體的觀察孔中，查驗兩根電纜的導體端部應不緊密接觸，然后進行試驗，試驗線路接線如圖2所示。表1為我公司進行溫升試驗數據，表2、表3為國家檢測中心的報告數據。