矿物绝缘电缆的性能及其应用前景

2019-06-17 版权声明 举报文章

摘要:在现代的配电系统中矿物绝缘电缆有着广泛的使用空间,其耐火性、耐久性、安全性、可靠性、施工便捷和经济性是传统的电力电缆所无法取代的。

表5水喷洒冲击实验电缆失效记录

敷设

方式

燃烧时间

短路电缆

喷水时间

喷水压力

(MPa)

绝缘电阻

(MΩ/500V)

备注

15分52秒

隔氧层电缆GZR-VV-4×1.5

未喷水

0.1

尚未喷水,电缆表面温度685℃,喷水后只剩铜导电线芯, 绝缘、护套材料全部烧毁、隔氧材料散脱

13分41秒

耐火电缆

NH-VV-3×6+1×4

未喷水

0.1

尚未喷水,电缆表面温度583℃,喷水后只剩铜导电线芯, 绝缘、填充材料及护套材料烧毁,云母带粉化

矿物绝缘电缆BTTZ-3×4

32分25秒

32分25秒

0.1

16

护套表面起氧化皮

43分25秒

43分25秒

0.1

400

护套表面起氧化皮

矿物绝缘电缆在带15KW水泵负载的实验中,可以发现在水喷淋冲击其所载电流几乎没有变化,所以矿物绝缘电缆的耐火性能是极为可靠的。

四.耐久性

正常使用电缆寿命是由其绝缘层的完好程度来决定的。塑料电缆中寿命较长为交联聚乙烯绝缘电缆。在完全正常的使用条件下,最长的使用寿命是40年左右,聚氯乙烯绝缘电缆的使用寿命约为20年。如果出现过载情况发生,寿命会大幅度降低,如果发生局部火灾,电缆受损还必须更换。按建筑物正常的使用寿命计算,电缆也至少得更换2次以上。

矿物绝缘电缆的寿命取决于铜护套的氧化速度,其氧化速度与其工作温度有关,即使在250℃下长期使用,需要2.57年才使铜护套氧化0.025mm,表6列出了不同温度下铜护套的氧化速率。

表6不同温度铜护套氧化速率

序号

护套厚度(μm)

250℃(年)

400℃(年)

800℃(小时)

1

25.4

2.57

0.0538

0.259

2

50.8

10.3

0.233

1.04

3

127.0

64.3

1.46

6.48

4

254.0

257

5.83

25.9

由此表中数据可以看出,即使是最小规格的矿物绝缘电缆(其铜护套厚度为0.46mm)其寿命也可达数百年,远远超过建筑物的使用寿命而实际上电缆也不可能长期在250℃下使用。即使铜护套氧化,其氧化物-氧化铜仍是良导体,对其性能的影响很小。所以,矿物绝缘电缆是一种“永久性电缆”。

五.经济性

电缆的经济性应从两方面考虑:一是初投资、二是运行费用。

从初投资方面,由于矿物绝缘电缆的结构与材料和其他电缆不同,同截面电缆单位长度的价格要比聚氯乙烯绝缘电缆(包括阻燃和耐火电缆)高,但是矿物绝缘电缆的使用温度为95℃,IEC364-5-52394年修订版规定裸矿物绝缘电缆使用温度可达105℃,因而载流量要比耐火电缆高得多。若按允许温升到90℃来选择矿物绝缘电缆,在25mm2以下时,其截面比耐火电缆小一个截面等级,而35 mm2及以上时(35 mm2及以上的矿物绝缘电缆为单芯结构),可以小两到三个截面等级。相对于耐火电缆单纯从价格上相差不大,在矿物绝缘电缆相对与耐火PVC电缆NH-VV(70℃)、耐火PVC钢带铠装电缆NH-VV22(70℃)、耐火低烟无卤电缆NH-DW-YJE(90℃)的性格比较中,相同载流量下的价格差在-22%—37%之间,这个比较是在以下条件下进行的:

载流量按照环境温度30℃。 NH-VV电缆及NH-DW-YJE电缆价格按照国家红本价格下浮30%计算。NH-VV22电缆价格按照国家红本价格下浮35%计算。 矿物绝缘电缆的护套替代DE线。

可以看出矿物绝缘的价格并不是很高,但其优异的性能指标是其它传统电缆无法比的,所以矿物绝缘电缆的性价比是非常高的。

矿物绝缘电缆比密集型母线槽(三相五线)的价格优势更为明显,200—1000/A时密集型母线槽比其贵604%—147%,而且耐火及施工费用方面矿物绝缘电缆有很大的优势。

矿物绝缘电缆可以直接明敷,不需其它的防火附件(如防火桥架或耐火线槽等),桥架或线槽部分可以节省很多的资金,因为矿物绝缘电缆的外层为铜护套可以作为接地线,节省一根电缆,而且接地效果和可靠性更好,也节省了相应的施工费用。矿物绝缘电缆施工方便,节省施工时间和强度,其弯曲半径小于传统电缆,节省空间。

如浙江久立耐火电缆有限公司在人民大会堂大礼堂改造工程中,采用矿物绝缘电缆的工程总造价是采用耐火电缆方式的97.59%,而且施工周期短,施工用料少,工人劳动强度降低,劳动用工的工时数为采用耐火电缆的38%。

从使用费用方面,矿物绝缘电缆允许在更高的温度下使用,截面35 mm2及以上为单芯结构,散热条件好,只需明设,而其它电缆,尤其是消防用电线路必须加以保护(如明敷穿钢管做防火处理、耐火线槽或暗设埋入混凝土中等),这样就会使电缆比在其明敷时载流量更低,同截面时损耗比矿物绝缘电缆要大得多。在电压降方面,矿物绝缘电缆也远优于传统电缆。表7中更出了矿物绝缘电缆与聚氯乙烯绝缘电缆的载流量及电压降的对比,可以明显看出矿物绝缘电缆的优势。

表7矿物绝缘电缆与聚氯乙烯绝缘电缆载流量及电压降对比

电缆芯线截面

矿物绝缘电缆(4芯)

聚氯乙烯绝缘电缆(4芯)

载流量(A)

电压降(毫伏/安培/米)

载流量(A)

电压降(毫伏/安培/米)

1.5

21

24

15.5

25

2.5

28

14

21

15

4

37

9.1

28

9.5

6

47

6

36

6.4

10

64

3.6

50

3.8

16

85

2.3

58

2.4

25

110

1.45

89

1.55

表中环境温度均为30℃,矿物绝缘电缆温升至护套温度为70℃,聚氯乙烯电缆温升至芯线温度70℃。

相同截面截流量的增加可以减小占用的空间,电压降的降低不仅可以提高电源使用效率,还可以提高受电设备的使用寿命和可靠性,而且上述的比较中只是一次性投资的比较,还未考虑聚氯乙烯电缆由于自然老化在20—40年就要更换的因素。所以在经济性方面从整体考虑,矿物绝缘电缆优于传统电力电缆。

六.易于施工

相同截面下,矿物绝缘电缆的外径、体积、重量比传统电缆小得多。据俄罗斯学者计算,在1050A的三相交流线路中,矿物绝缘电缆与橡皮绝缘电缆相比,重量轻30%,外型尺寸小67%。美国电气保险商试验室(UL)确认矿物绝缘电缆比其他电缆穿刚性电缆管(RigidConduit)重量轻60%,所需空间少80%。另外矿物绝缘电缆允许的弯曲半径比其它电缆小得多,其弯曲半径根据规格不同在电缆外径的2—6倍之间,远比传统电缆的10—30倍要小,所以安装的要求比传统电缆宽松,所需的空间也小,劳动强度也低,尤其是在改造工程中,其优势更为明显。所以矿物绝缘电缆在施工便捷方面远优于传统电缆。

在国外矿物绝缘电缆已得到广泛应用,其领域包括民用及公用建筑、机场、地铁、医院、古建筑、加油站、船坞、冶金等等。在国内近几年才开始应用。1999年建设部发行了矿物绝缘电缆的施工图集,其可靠性得到了认可,并将以其十分优越的性能在今后的工程使用中得到更加广泛的认同。

参考文献

1.〈〈民用建筑电气计规范〉〉JGJ/T 16-92中国计划出版社 1993

2.〈〈电源质量问题初探〉〉国际铜业学会(中国)

3. 公安部四川消防科研所及浙江久立耐火电缆有限公司〈〈模拟实体火灾

电缆特性实验报告〉〉 2001.7

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