现行《高层民用建筑设计防火规范》及《民用建筑电气设计规范》对高层民用建筑电气防火电缆的选择作了严格规定,对建筑高度超过100m的高层建筑,即所谓超高层建筑,其消防供电干线及支线应采用矿物绝缘电缆,对于高层一类建筑,其消防供电干线及支线宜采用矿物绝缘电缆。
1 概述
矿物绝缘电缆(Mineral Insulated cables)简称MI电缆,是在同一金属护套内,由经压缩的矿物粉绝缘的一根或数根导体组成的电缆。由于绝缘物质采用压缩的氧化镁,所以国内也有人称氧化镁绝缘电缆或防火电缆(见图1、图2)。
这种电缆在国外开发较早,早在19世纪末一位瑞士人RANCOIS BOREL就研发出矿物绝缘电缆,并于1896年获得专利权,1934~1936年,法、英相继正式投入生产,到20世纪70年代中叶仅电力用矿物绝缘配线电缆(Wiring Cables)在世界范围的销售量就达五万公里以上。由于应用的不断扩大,目前一些主要的工业国家,如英、美、加、法、意、澳等,都有大规模的生产。一些国际性组织和国家的标准、规范、法规等也规定或推荐在某些场所和部位需要使用矿物绝缘电缆,尤其对安全要求特别高和环境条件特别恶劣的场所。
2 矿物绝缘配线电缆主要特性介绍
(1)耐火
由于电缆的全部结构材料仅由铜和氧化镁所构成,氧化镁实际上是一种优良的耐火材料,高温的绝缘性能也很好,因此电缆可在接近铜的熔点温度下继续运行,试验证明在950℃~1000℃可持继3个小时不损坏。国外的很多实际火灾现场也充分证明经火灾后所有电缆中,仅有矿物绝缘电缆还完好无损。图3的照片是一个英国油漆试验室在一次灾难性火灾后的情况,只有矿物绝缘电缆完好无损(头部是切开检查电缆的),其它电缆全部烧毁。
(2)耐高温、不老化、寿命长
电缆可在250℃下连续长时间使用,寿命达数百年,由于电缆全部由无机材料构成,它不会老化,更不会引发和传播火种,实际上它是一种真正“安全型”的电缆,在高温环境下长期使用,可作为为首选品种。
(3)无烟、无卤,安全、环保,不会释放任何有害气体和烟雾
在过载和火烧的情况下,它不会放出任何有害气体和烟雾,这对火灾条件下确保人员(包括消防人员)安全至关重要。对确保仪器、设备及房屋不受酸气的侵害也是很重要的。
(4)载流量大、耐过载能力强
氧化镁绝缘材料的导热系数远大于有机绝缘材料,散热好。因此对于相同截面的电缆而言,矿物绝缘电缆能比有机绝缘电缆输送更大的电流。由于其它有机绝缘电缆在消防系统中使用必须加以保护,如穿管或暗敷,这样在相同的载流量的条件下,矿物绝缘电缆起码可比其它电缆减少1~2个以上截面等级使用。
(5)防水、耐腐蚀
因矿物绝缘电缆的铜护套是无缝的金属管,它不透水、油和气体。它完全可以在水中敷设长期使用,英国泰晤士河中一根矿物绝缘电缆使用了25年时检查,电缆完好无损。因为铜具有极好的耐腐性能,在大多数情况下,它不需要采取任何附加的保护措施,在特殊情况下,如在某些对电缆铜护套有腐蚀作用的场合使用时,可在电缆外面再套上一层塑料外套。
(6)节能
由于矿物绝缘电缆导体采用的材料是T2纯紫铜,护套采用的也是磷脱氧的纯紫铜,含铜量高,因此相同截面的电缆,导体直流电阻小,线路损耗少,安全节能。
(7)安装方便、美观大方
由于矿物绝缘成品电缆是经完全退火的,所以它有很好的柔软性,它可以弯成各种复杂形状而不损坏电缆,在电缆安装敷设中可使用专用工具,施工方便,沿墙敷设特别美观。
在相同的载流量条件下,矿物绝缘电缆的外径比其它类型电缆的外径要小得多,重量轻得多,这就意味着对安装敷设及旧线路的改造带来极大的方便。
3 超高层建筑采用矿物绝缘电缆的可行性
(1)结构偏移得到安全论证
由于超高层建筑建筑高度多为250~600m,甚至更高的特点,因此具有随风漂移的特性,其竖向干线采用MI电缆将使电缆的中间联结器长期处于振动状态,为了验证MI电缆的中间连接器在振动状态下的可靠性,有设计公司于2010年3月在上海电线电缆研究所对MI电缆中间联结器在超高层建筑中应用做了一次模拟振动试验。试验的目的是在模拟风荷载作用下验证MI电缆的防潮性能,尤其是电缆联结器的防潮性能。试验设备是上海电线电缆研究所专门为本次实验定制的振动台,振动台的振动频率为f=0.0185Hz,振幅为50mm.振动频率和振幅模拟风荷载下超高层建筑的偏移量,并严于实际情况。
矿物绝缘电缆及中间联结器按照上述实验要求进行1h的振动后,将中间联结浸入1m深的水中10min,用ZC-90A高绝缘电阻测量仪测量电缆的绝缘电阻,电缆绝缘电阻变化不大,防潮性能完好。说明超高层建筑的漂移对MI电缆及中间联结没有影响,中间联结质量可靠,可以放心用于超高层建筑中。