礦物絕緣電纜的結構及應用研究

文/劉 磊 荔建榮 賴泉斌 周冬花 趙 燕 （.江蘇珠影特種電纜有限公司；.廣西陽工電線電纜有限公司；.廣州恒星傳導科技股份有限公司）

隨著高層建筑物增多，高層建筑物發生火災時的救援日益重要。為保證建筑物發生火災后有一定的供電時間來進行救援，建筑物的供電設施尤其是電纜在火災環境下保持持續供電安全的能力尤為重要，火災消防系統用的礦物絕緣電纜是實現這一目標的保障。礦物絕緣電纜俗稱防火電纜，是利用礦物絕緣全無機材料結構所具有的耐高溫、抗輻射、耐腐蝕、高機械強度等特性，通過結構材料的合理選配制成，最高運行溫度可達1000 ℃，不僅能在火災環境下運行，也可以在高溫、高壓、強腐蝕等常規有機絕緣電纜無法使用的惡劣環境中長期運行。礦物絕緣電纜最早是把國外興起的Mineral Insulated Cable（簡稱MI cable）引進國內，引進后國內線纜行業企業對其進行了改進和改良，衍生出多種具有類似功能的礦物絕緣電纜。

一、礦物絕緣電纜的分類和結構

根據礦物絕緣電纜的主要的結構型式和產品的特點，本文將常用的礦物絕緣電纜分為四種類型。

一是銅芯礦物絕緣（氧化鋁、氧化鎂粉）銅護套結構的礦物絕緣電纜，電纜結構如圖1 所示。執行標準為GB/T 13033.1—2007，常用代表型號為BTTZ，簡稱礦物絕緣電纜。

圖1 BTTZ 電纜結構示意圖

二是銅芯無機礦物（無機礦物合成云母帶）絕緣銅護套結構的礦物絕緣電纜, 電纜結構如圖2 所示。執行標準為JG/T 313—2014 的常用代表型號為YTTW，執行標準為GB/T 34926—2017 的型號為RTTW，結構與YTTW 相同，以下簡稱云母帶絕緣銅護套礦物絕緣電纜。

圖2 YTTW 電纜結構示意圖

三是銅芯無機礦物（無機礦物合成云母帶）絕緣鋁護套加礦物隔離層和低煙無鹵阻燃護套結構的礦物絕緣電纜, 電纜結構如圖3 所示，主要執行生產企業標準和地方標準，常用代表型號為BTLY，簡稱云母帶絕緣鋁護套礦物絕緣電纜。

圖3 BTLY 電纜結構示意圖

四是銅芯無機礦物（無機礦物合成云母帶）絕緣交聯聚乙烯絕緣礦物隔離層低煙無鹵阻燃護套結構的礦物絕緣電纜, 電纜結構如圖4 所示，主要執行生產企業標準和地方標準，常用代表型號為BBTRZ，以下簡稱云母帶復合絕緣礦物絕緣電纜。

圖4 BBTRZ 電纜結構示意圖

二、不同結構礦物絕緣電纜工藝特點

不同類型的礦物絕緣電纜有著不同的結構和特點，為方便描述對比，對四種不同結構的電纜分別采用其代表型號BTTZ、YTTW、BTLY、BBTRZ 進行分析。

1.導體

BTTZ 型電纜采用單根實芯導體，單芯電纜標稱截面可生產到400 mm2（銅護套外徑31 mm），而通常多芯電纜只能生產25 mm2及其以下的規格，彎曲困難，通常電纜敷設需采用專門的折彎工具，也稱剛性礦物絕緣電纜。YTTW、BTLY、BBTRZ 型電纜和普通電力電纜相同，10 mm2以下采用單根導體，10 mm2以上采用絞合導體，50 mm2及以上采用絞合壓型導體，導體柔軟性相對較好，容易彎曲，也稱柔性礦物絕緣電纜。

2.絕緣

BTTZ 型電纜采用氧化鎂粉絕緣，傳統的絕緣制備流程為氧化鎂粉瓷柱壓制→瓷柱燒結→電纜裝配，工藝流程復雜。因采用水平式填充、拉拔模式生產，受重力影響，氧化鎂粉易偏心，進而導致產品耐壓不良，一般只能確保良好成品的長度在100 m 以下[1]。YTTW、BTLY、BBTRZ 電纜都采用云母帶繞包的工藝方式生產防火層，長度可以不受限制。與YTTW 和BTLY 不同的是，BBTRZ 在防火層外擠包一層塑料絕緣層，因此電纜具有較高的絕緣電阻。隨著新的耐火材料陶瓷化硅橡膠帶的推出，也可用陶瓷化硅橡膠帶替代云母帶或者和云母帶搭配使用，來提高電纜的電氣絕緣強度[2]。

3.金屬護套

BTTZ 型和YTTW 型采用銅護套結構，銅的熔點為1083.4 ℃，電纜可在1000 ℃以下的高溫下運行，銅護套不僅具有良好的耐火性能，而且由于銅是優良的導體，可以兼作電纜的地線或者保護接地線使用。在彎曲性能要求較高的場合，可以對銅護套軋紋來提高其彎曲性能。BTLY 型電纜采用鋁護套，一般鋁護套有三種加工工藝方式，氬弧焊壓紋工藝、鋁壓延擠出工藝和連鎖鎧裝工藝[3]，擠出鋁護套和氬弧焊鋁護套具有較好的隔潮防水作用，再配合塑料護套，電纜可以在潮濕的環境下應用。擠出鋁護套致密性好，不存在沙眼、焊接不良的內部缺陷，比壓紋連鎖鎧裝鋁護套更具有良好的彎曲性能，適合在彎曲半徑比較小的場合使用，但是由于鋁帶之間存在間隙，隔潮防水能力較弱，只適合在干燥的場合應用。

4.隔離層

BTLY 型電纜纜芯擠出鋁護套后，因隔火層的材料防火泥附著性差，因此需要擠出一層如圖3 所示的帶有骨架狀的聚乙烯護套來輔助防火泥附著在電纜上。其他類型礦物絕緣電纜均無此結構。

5.隔火層

BTTZ 型和YTTW 型電纜采用銅護套，銅護套熔點較高，因此無隔火層的結構。BTLY 采用鋁護套，鋁的熔點只有660 ℃左右，因此需要加礦物泥隔火層以增加電纜的耐火性能。BBTRZ 型電纜同樣因無金屬護套，增加一層礦物泥隔火層來增加電纜的耐火性能，可靠性相對差一些。

6.塑料外護套

BTTZ 型和YTTW 型電纜可以根據電纜現場的使用情況決定是否增加塑料護套，增加低煙無鹵護套后型號分別表示為BTTYZ 和YTTWY。BTLY 型和BBTRZ 型電纜都具有塑料護套，塑料護套一般采用低煙無鹵材料。

三、防火性能試驗

為對比不同結構的礦物絕緣電纜在火災情況下的運行情況，分別對四種類型的礦物絕緣電纜取同樣的規格，按世界上最嚴格的耐火電纜標準,送國家防火建筑材料質量檢驗監督中心進行耐火性能試驗。根據試驗標準的適用性，對外徑較小的、規格4×10 mm2的電纜按BS 6387[4]進行表1 所示的電纜線路完整性試驗，對外徑較大的、規格 為（3×120+1×70）mm2的電纜按BS 8491[5]進行表2 所示的電纜著火完整性耐火試驗。試驗在通電額定電壓為0.6/1 kV 的條件下進行。結果顯示，四種類型的電纜均通過了BS 6387 和BS 8491 規定的耐火性能試驗。

表1 規格4×10 mm2 電纜線路完整性試驗

表2 規格（3×120+1×70）mm2 電纜著火完整性耐火試驗

四、 各種類型礦物絕緣電纜的應用特點及注意事項

與耐火電纜相比，傳統意義上的防火電纜一般是指對著火有一定的抵御能力，同時具有阻燃、耐火、無鹵、低煙特性。本文所示的四種類型礦物絕緣電纜均能滿足GB/T 18380.33—2008/IEC 60332-3-22:2000 A 類以上成束燃燒試驗要求、GB/T 18380.12—2008/IEC 60332-1-2:2004 單根絕緣電線電纜燃燒試驗要求、GB/T 17650 (等同采用IEC 60754) 和GB/T 17651.1—2021/IEC 61034-1:2019 等相關耐火電纜試驗要求，同時也通過了耐火電纜最嚴苛的BS 6873和BS 8491 標準。

四種類型的電纜在消防領域均有廣泛的應用，但需要發揮每一種電纜的優勢，更好地適應工程需求。

BTTZ 型電纜生產長度受限，且采用的氧化鎂絕緣容易受潮，導致絕緣電阻降低，因此在應用于鋸斷處、中間接頭或接配電設施時，應及時用石蠟等材料進行密封，確保空氣中的水分不進入絕緣層，使電纜長期有效使用[1]。在較長距離應用時，可能因接頭過多可靠性不良，但因采用金屬氧化物絕緣灌裝、銅管組裝、拉拔工藝生產，礦物質分布密實，短段無接頭使用的可靠性優于其他類型的電纜，推薦應用在電纜使用較短、對可靠性要求極高的場合，如重要的國防、航天、衛星基地設備的供電，電廠、核電站重要設備的供電。

YTTW 型電纜一般生產長度較長，因采用云母帶繞包絕緣，絕緣致密性比BTTZ 差，使用的可靠性和安全性低于BTTZ 型電纜。但YTTW 型電纜較柔軟，電纜重量小，電纜基本不吸潮，終端安裝簡單，近似于普通電纜。一般適用于對長度要求較高的人口比較密集的高層建筑物消防線路。

BTLY 型電纜是YTTW 型電纜的改進，因采用鋁護套代替銅護套，成本低于YTTW 型銅護套電纜，鋁護套外采用礦物泥或類似材料保護，外徑大于YTTW 型電纜，在燃燒條件下隔離層內部產生蜂窩狀的硬質體結構，在火災條件下具有較高的抗機械撞擊性，可以達到YTTW 型電纜的基本防火性能，因具有較好的耐腐蝕性，可應用于腐蝕或者污染嚴重的具有特殊防火性能要求的場所。

BBTRZ 型電纜由于其隔離層材質的特殊性，在燃燒條件下隔離層內部產生蜂窩狀的硬質體結構，并能有效地抵制外界機械的撞擊。同時電纜采用防火絕緣和塑料絕緣雙重結構，絕緣性能優良，一般用于重要建筑或人員密集的建筑物中設備及照明系統供電，應用于主干線路、消防線路、逃生救援系統，如應急照明、火災監測、報警系統、電梯系統、排煙系統以及控制線路等。

表3 是對各種類型的礦物絕緣電纜的電氣性能、結構和使用維護特性的比較。

表3 各種類型礦物絕緣電纜性能比較

五、結語

礦物絕緣電纜一般應用于各類建筑物中的消防設備及防火電梯等的供電；重要建筑物或者人員密集的建筑物中設備照明系統供電；環境溫度較高的場所，如鋼鐵廠、冶煉廠、玻璃廠等設備供電；易燃易爆的重要場合，如石油化工、煤礦等建筑中設備供電；需要特別清潔衛生的場所，如醫院、食品廠等設備供電。由于礦物絕緣電纜的種類繁多，部分礦物絕緣電纜產品的生產企業沒有依據國家或者行業標準，型號描述不盡相同，此時用戶可以根據電纜的結構和組成材料的描述來區分不同類型的礦物絕緣電纜，以便更好地選擇適合于應用環境的電纜。電纜在火災情況下的安全運行尤為重要，隨著科技的發展和新材料的推出，應采用能提供更好安全性的礦物絕緣電纜。