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[矿物质电缆] 矿物绝缘电缆的发展
P:2018-01-30 12:07:21
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矿物绝缘电缆的发展
(泰科热控 俞康祥)
一、MI电缆历史回顾
· 1896年瑞士工程师Francois Borel发明，简称MI电缆（Mineral Insulated Cable）
· 1936年由英国BICC公司率先大规模商用化生产MI防火电缆
· 50年代初由英国BICC公司率先大规模商用化生产MI电伴热电缆和MI热电偶电缆（即铠装热电偶）
· 50年代BICC公司采用了不吸潮氧化镁用于MI防火电缆的绝缘
· 1936年至今，BICC公司的Pyrotenax MI防火配线电缆已历经几十代的更新换代（包括设计和工艺）
· 2001年BICC公司的Pyrotenax品牌矿物绝缘电缆公司被美国泰科热控公司收购
· 全球现今约有数百家MI电缆制造商，美国泰科热控公司为全球最大的制造商，占据约60－70％的全球市场份额。
二、MI电缆结构和产品范畴
MI电缆的外护套一般采用铜、铜镍或不锈钢形成全封闭型无缝金属护套铠装氧化镁绝缘的全无机结构。电缆采用全无机材料的目的是为了利用无机材料无老化防火防爆性能优异且耐高温的特点。早期由于防火需要而发明的MI电缆，经过半个世纪以上的应用实践证明了它的这些优异性能。MI电缆因而也成为耐恶劣环境电缆的代名词。MI 电缆现大规模应用于以下产品范畴
· 高温电伴热电缆
· 耐高温防火电缆耐高温和防火防爆等级最高的电缆，性能远远好于阻燃电缆/耐火电缆等有机材料电缆
· 铠装热电偶/热电阻最广泛使用的热电偶测温产品
三、MI防火电缆特性和优点
· 完全防火，零燃烧能量
· 不燃烧、不助燃、不延燃。在火灾条件下可继续运行，且不产生任何烟气和有害气体。
· 不老化－全无机材料不构成任何老化因素，性能极其稳定，在重建和改造时可重复使用。
· 耐高温－铜护套MI电缆可长时间连续工作于250℃高温。短期可工作于铜的熔点温度1083℃。MI不锈钢护套电缆可长时间连续工作于500℃高温。短期可工作于1205℃高温场合。
· 完全防水、防油、防气。
· 耐腐蚀－在一般的情况下，MI铜电缆具有较高的耐腐蚀特性。在某些特殊场合，可以添加一层无卤低烟塑料外护套LSF。
· 柔韧型好－MI电缆退火完全，具延展性。安装时易弯曲，狭小空间走线灵活自如，对其电气特性无不良影响。
· 接地连续性－MI电缆无需一个分离的电路保护导线，因为电缆的护套已起到了优异的低电阻接地导线作用，符合IEE布线规则BS 7671
· 机械强度高－MI电缆异常坚固，可经受剧烈的机械损伤和滥用，如弯曲、压扁、扭曲，此时仍可维持正常工作。
· 固有的防爆屏障－MI电缆为实心结构，高度压缩的绝缘体将会阻止任何气体和火焰在MI电缆所连接的不同设备间的传播。 参见BS 5345 Part 1 Clause 25.4。
· MI电缆无需穿管保护，无需防火桥架因而MI电缆布线占空远小于任何常规电缆胜任任何狭小精致的布线路由。具有较低的安装成本。
· 载流量大－与常规电力电缆相同截面时MI电缆载流量更大或在相同载流量时其安装外径较常规电缆小很多稍挖墙面即可安装或直接明敷于墙表明。Pyrotenax空心水制冷。MI电缆可以在同样截面下提供比常规MI电缆大的多的载流能力。这种水制冷低压动力防火电缆可以构造成圆形空心、方形空心和多心空心型，额定工作电压为600伏以内。
· 抗核辐射－MI电缆非常适合于核电环境的应用，这归功于其全无机结构。
· 高度的电磁屏蔽性－－MI电缆的实心护套提供了这一性能。并且其电磁兼容性EMC得到大大增强，如与其他电缆一起布线时，可以保持极小的间距。Pyrotenax专利零辐射系统（Zero EMI）为世界独创专利产品，此系统的电磁辐射，一米以外小于5毫高斯。作为对比，常规 MI系统为50毫高斯，常规有机耐火电缆系统为100至300毫高斯。
四、MI电缆应用领域
除了民用建筑领域用于应急和消防回路以外，在工业应用领域，如果需要电力供电回路和控制电路在高温环境下正常工作，或能够耐受各种不利因素导致的高温。如短路或能在各种火灾、爆燃、碳氢大火及其他火灾，温度可达1100°C中在一段时间内，如半小时至两小时保证供电回路和控制电路的正常工作－－则可以利用这段时间启动紧急救援措施、关断紧急阀门、关断供料截止阀以防火势蔓延、启动消防救灾系统、应急照明、应急话音广播和指挥系统、计算中心的数据紧急备份等。在这种情况下，必须采用825不锈钢或铜护套耐高温防火电缆国外称火灾生存电缆。是否采用825不锈钢电缆取决于温度和腐蚀状况。目前只有MI无机矿物绝缘电缆能够胜任这种应用。MI电缆在以下所列的一些工业领域得到了快速发展。
· 危险及防火防爆区域：石油化工装置、油库、化工厂、液化气、地下矿井、变电站
· 高温场合：钢铁、冶炼、石油、化工、发电、制药、油漆、纺织
· 航空航天：发射平台、航天飞机、火箭
· 军事设施：飞机、舰船、航母、导弹等
五、MI控制和信号电缆（弱电电缆）的应用
无论强电或弱电电缆，如需满足一定的防火要求，必须对其经过标准测试和评价。评价电缆防火性能的有效性只有一个标准－－在火灾发生时能否正常传送电力，包括动力电缆或数据或控制电缆。
防火动力电缆的测试标准目前在国际上已非常成熟，并有最新版本。对于弱电电缆防火方面，国际权威防火认证和试验机构的试验表明，常规有机耐火电缆，采用阻燃塑料、橡胶、云母或陶瓷纤维等作为电缆护套或绝缘材料。有多种称号如阻燃电缆、耐火电缆、耐燃电缆等，只具有有限的防火能力。在正常试验条件下，即火、水雾或机械冲击，数据电路由于信号恶化会造成运行误操作。
各种耐火电缆的试验结果具有一定的差异，这种差异取决于电缆的结构和材料。硅橡胶绝缘耐火电缆在试验条件下呈现极差的性能，如果再绕上一层云母带，性能虽有改观，但随后的机械冲击或震动将加速水汽的侵入并导致突然失效。试验同时表明，MI对绞或星绞控制电缆在同样的试验条件下数据电路信号不受影响，其结果令人满意。
由此可见，弱电电缆除了必须满足与强电电缆相同的防火要求以外，还必须满足在电缆起火后数据能够正常传输。而普通耐火数据电缆在电缆起火以后会立即产生传输信号恶化现象，并因此导致消防报警系统失灵。防火弱电系统如采用MI对绞星绞控制电缆，将极大地减小火灾发生时控制信号的波动和消防系统的误动作，大大增加消防系统的可靠性。
六、"零电磁干扰/零辐射"低压动力电缆的应用
电磁干扰产生的原因和带来的不利影响：
对于一些敏感通信设备以及计算机产生的电磁干扰现象已经日益引起人们的重视。特别是当人们将动力电缆馈线安装在（经过或隔墙经过）以下敏感设施时：
□ 计算机房
□ 医院
□ 写字楼
□ 电信机房
□ 机场导航中心
□ 军用指挥中心
□ 实验室
在许多重要的场合，即便是极低的电平干扰，也不允许存在！
现代医学也从很多方面证实了过量电磁辐射对人们身体造成的危害，以及由此引起的心理恐惧。
谐波畸变：
在过去的十年里，随着计算机的普及并大力推广运用，随着直流驱动设备和电器的大量使用，电源供电系统的谐波畸变也变得日益严重。这些谐波畸变将会导致两种直接后果：
□ 供电线路发热加剧，通常导致零线导体的截面需要增加；
□ 日益加剧的电磁污染。
解决电磁干扰的常规办法是采用电磁屏蔽材料将供电回路屏蔽起来，当然通常是付出很高的代价现在发明了一种解决办法，即利用一种高载流量/横截面比的矿物绝缘电缆并配上已获专利权的"零电磁干扰"系统。
由于Pyrotenax矿物绝缘电缆的尺寸较相同横截面（或载流量）的常规电缆小，并考虑到通常采用三角形布置方法，Pyrotenax矿物绝缘电缆比常规电缆的电磁辐射要小。典型情况下，Pyrotenax矿物绝缘电缆的电磁辐射一般只有常规电缆的30％左右。尽管这已经是一个很大的改进，但这个等级的电磁辐射剂量仍然难以满足人们的期望值（一般用离电缆所在处3－4 英寸或一米以外的电磁场强度表示，单位毫高斯）。矿物绝缘电缆和"零电磁干扰"系统"零电磁干扰"系统将电缆对外电磁辐射降低到接近零辐射。采用一种补偿器，向Pyrotenax矿物绝缘电缆铜护套反向注入电流，其大小等于导体芯线电流，由此相互抵销对外辐射而获得有效的对外零电磁干扰。本系统装置已获一些主要欧美国家的专利权。
系统特性
□ 彻底消除配电馈线向外辐射的磁通量
□ 彻底消除配电馈线寄生的谐波畸变分量向外辐射的磁通量
应用
□ 新建楼宇
虽然对于新建建筑，可以经过精心设计而尽量避免主干或支干回路对敏感设施或设备的干扰。然而，如果今后翻修改造或重新布局，以及不断增加的计算机设备及计算机网络投入使用（可以比较一下现在和五年前的计算机使用普及状况），如果用具有前瞻性的眼光来看待，也许值得或需要，甚至有必要打一个提前量，考虑采取措施来避免电磁干扰对设备和人体的长期慢性积累性的危害。
□ 楼宇翻新改建
旧建筑往往设施落后、布线空间有限或布线路由受限，翻新改建意味着更多更舒适的办公设施投入使用（如空调和计算机网络等）因而意味着更大的配电功率。"零电磁干扰"系统大大增强的电磁兼容性能和极小的布线空间需求并考虑到这种电缆无需穿管，为翻修改造提供了极大的便利。对于现代写字楼，无论是新建或翻修改造，Pyrotenax"零电磁干扰"系统是一个理想的选择。因为电磁辐射造成的污染是除了水污染，空气污染，噪音污染，光污染和核辐射以外又一大对人体造成慢性积累性危害的污染。
七、MI防火电缆的绝缘材料
国际MI防火电缆工业在二十年前已普遍采用具有自封闭特性的氧化镁材料， 因而MI电缆在运输、储藏及现场安装时无需临时封头保护，电缆不受任何潮气影响，电缆安装时无需烘烤加热！极大的简化了现场安装工序以及日后的维护，电缆系统可靠性大大增加，日后运行决无后顾之忧。
八、MI防火电缆的安装工具
二十年前已全面实现了电动化和系列化以适合各种规格和尺寸的电缆，包括电动剥皮机等。现场安装工作强度大大减轻，安装周期明显缩短。
九、MI防火电缆适用的防火试验标准和规范
1. 伦敦地铁标准EME－SP14－028－A1－为国际上最严格的标准
2. UL 2196 － 为国际上最严格的标准之一
第一步：用144支燃烧喷嘴将电缆加热。电缆温度在开始5分钟内达到538oC，然后按照标准曲线ASTM E－119，达到1010 oC，维持2小时；第二步：用30 psi 压力的消防水龙向电缆喷水维持2.5分钟。电缆在整个试验期间必须维持满负荷通电工作不中断，直至试验结束
3. DIN 4102Part 12 － 电缆系统整体火灾试验标准
电缆系统必须满足在实际安装形态下整体防火的要求。
电缆系统含以下要素：
□ 动力电缆、绝缘动力线路、通信/控制电线电缆和母线
□ 电缆槽、穿线管、保护涂层、护套、电缆固定装置、支架和夹具等
模拟实际安装形态进行防火试验
□ 电缆安放在桥架上
□ 电缆安放在电缆槽内
□ 电缆直接夹装明敷在试验炉壁上
防火级别按时间分为30分钟，60分钟和90分钟。
4. BS 5839 －2002 － 已颁布的最新标准2002.8
电缆防火试验要求：
·标准型电缆低烟无卤耐火阻燃电缆
□ 第一段电缆试样在830℃－870℃范围内，伴随机械击打，维持 30 分钟
□ 第二段电缆试样在830℃－870℃范围内，伴随机械击打，维持15 分钟，接着继续经受水喷淋和机械击打15分钟。
· 加强型电缆MI防火电缆
一段电缆试样在930℃－970℃范围内，伴随机械击打，维持60 分钟，接着继续经受水喷淋和机械击打60分钟。BS 5839－2002－加强型电缆MI防火电缆使用场合：
· 6 层楼以上失火时需分批撤离的建筑
· 30 米以上的住宅
· 45 米以上所有的建筑
· 所有建筑物内，如一个区域的失火会影响到其他区域的重要信号回路
· 任何设计者认为有必要采用加强型电缆的场合。
5. BS 6387 － 已淘汰的标准
6. NFC 32 070
7. NBN C30－004
8. AS 3013
9. NT Fire 005 ISO 834
10. IEC 60331
中国目前的国家防火标准基本上等同于国际上1970年的标准（即IEC331－1970），此标准落后国际上最新标准达三十年。
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