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        工程配電設(shè)計(jì)中礦物絕緣電纜應(yīng)用特性研究

        2013-10-31 03:24:00楊廣林
        關(guān)鍵詞:應(yīng)用研究

        楊廣林

        【摘 要】根據(jù)各種工程配電線路設(shè)計(jì)的需要,從防火安全、使用經(jīng)濟(jì)等方面,研究分析了礦物絕緣電纜優(yōu)于任何有機(jī)物電纜的主要特征;針對(duì)礦物絕緣電纜附件的特殊性,提出了有關(guān)安裝時(shí)的注意事項(xiàng)。

        【關(guān)鍵詞】配電設(shè)計(jì);礦物絕緣電纜;特性;應(yīng)用研究

        礦物絕緣電纜俗稱防火電纜或氧化鎂電纜(簡(jiǎn)稱MI電纜),是由高導(dǎo)電率的銅芯、銅護(hù)套、氧化鎂絕緣等全無機(jī)物組成的耐火電纜。由于其獨(dú)特的制造方式:用礦物材料氧化鎂作絕緣高度緊密壓實(shí)在金屬銅棒(芯)和無縫銅護(hù)套之間,從而在高危防火安全、綜合應(yīng)用經(jīng)濟(jì)性方面較其它有機(jī)物電纜具有明顯特征。

        1.高危防火安全性

        1.1絕緣電阻

        礦物絕緣電纜的絕緣是由緊壓成形的粉末礦物密實(shí)體組成,導(dǎo)體之間和每根導(dǎo)體與銅護(hù)套之間的絕緣標(biāo)稱厚度以及電氣性能都必須符合GB/T13033.1-2007要求,20℃時(shí)其絕緣電阻(MΩ)與電纜長(zhǎng)度(km)的積應(yīng)不小于1000MΩ·km;當(dāng)電纜長(zhǎng)度小于100m時(shí),其絕緣電阻應(yīng)不低于10000MΩ。

        1.2耐熱耐高溫防火性

        在高溫時(shí),無論是線芯或者是銅護(hù)套均不產(chǎn)生氧化。由于電纜絕緣內(nèi)的含氧量很低,線芯氧化并不嚴(yán)重。但電纜護(hù)套因暴露在空氣介質(zhì)中而劇烈的氧化,溫度越高氧化就越嚴(yán)重。當(dāng)電纜銅護(hù)套的溫度超過250℃時(shí),便開始發(fā)生急劇氧化,形成氧化層CuO,使護(hù)套厚度減薄。電纜在250℃時(shí),護(hù)套厚度減薄0.25mm,一般要經(jīng)過240年左右的時(shí)間,而在1000℃時(shí),則只需2.87h,所以允許正常工作溫度必須在250℃及以下,當(dāng)銅護(hù)套厚度為0.5mm時(shí),在1000℃高溫下可使用6.79h。另外,由于防火電纜是由銅和氧化鎂兩種無機(jī)材料組成的,銅的熔點(diǎn)為1083℃,氧化鎂的熔點(diǎn)為2800℃,而且均是非燃燒物質(zhì),這是其它有機(jī)物材料組成的電纜所無法比擬的。經(jīng)試驗(yàn)表明,防火電纜在溫度高達(dá)800℃~900℃的火焰中燒2h,電纜一直能正常運(yùn)行;在1 000℃的火焰下燃燒30min,電纜仍完好無損,繼續(xù)正常運(yùn)行。

        1.3耐腐蝕防爆防輻射

        由于銅護(hù)套具有較好的耐腐蝕性能,一般情況下,無需加防護(hù)措施。當(dāng)電纜應(yīng)用于化學(xué)腐蝕(如酸、堿)較嚴(yán)重的場(chǎng)合或工業(yè)污染嚴(yán)重的地點(diǎn)時(shí),宜選用加PVC護(hù)套的防火電纜。因無縫銅管作護(hù)套,電纜完全密封,氧化鎂絕緣是一個(gè)密實(shí)體,可經(jīng)受巨大的外界沖擊力,不會(huì)透水、油和氣體,可在水中敷設(shè)長(zhǎng)期使用防爆;銅護(hù)套具有屏蔽層的功能,使電纜也具有耐輻射性。

        1.4柔軟耐壓強(qiáng)過載

        由于礦物絕緣電纜的銅護(hù)套有一定的強(qiáng)度和韌性,氧化鎂在加工過程中又是經(jīng)高度壓縮的,所以電纜在遭受到彎曲、壓扁、扭轉(zhuǎn)等變形時(shí),電纜芯線間、芯線和護(hù)套間的相對(duì)位置保持不變,不會(huì)短路,且其銅護(hù)套可以達(dá)到鎧裝電纜的機(jī)械性能,電纜仍能保持本身的工作性能的特性,具有很好的柔軟耐壓性能。對(duì)于其它相同截面的電纜而言,礦物絕緣電纜由于本身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和允許更高的使用溫度,使之比其它類型的電纜能傳送更大的電流。根據(jù)比較,小規(guī)格的電纜載流量提高30%左右,大規(guī)格的電纜提高10%左右。在過電壓的情況下,即使是礦物絕緣電纜被擊穿,但去掉電壓后仍可恢復(fù)到電纜被擊穿前的耐壓水平,電纜仍可正常使用。礦物絕緣電纜有如此強(qiáng)的過載能力,也是其它有機(jī)物電纜無法比擬的一個(gè)明顯特征。

        1.5高危行業(yè)安全性

        在石油化工、鋼鐵冶煉、地鐵隧道、核電站等潛在危險(xiǎn)爆炸區(qū)域、線路等高危行業(yè)和場(chǎng)所,有機(jī)絕緣電纜在著火或長(zhǎng)期過載時(shí)會(huì)釋放出煙霧及有害氣體。尤其火災(zāi)情況下,由于陰燃時(shí)有機(jī)物會(huì)產(chǎn)生大量煙霧和有害氣體,如聚氯乙烯絕緣電纜燃燒的煙霧中除了一氧化碳、二氧化碳外,還有大量的氯化物;阻燃電纜由于采用溴化物阻燃劑,其燃燒時(shí)煙霧中會(huì)有溴化物;橡皮絕緣電纜燃燒時(shí)會(huì)釋放出大量的硫化氫。有些電纜燃燒時(shí)還會(huì)產(chǎn)生氟化物,這些有害氣體對(duì)人的生命安全造成極大的危害。聚氯乙烯在400℃時(shí)發(fā)煙量為4.0m3/g,而在300℃時(shí)為10.4m3/g,由于供氣不足,煙霧中大量的是使人窒息的一氧化碳,而二氧化碳較少。同時(shí)大量煙霧增加了人們的恐慌,也給救授和消防增加了困難。而礦物絕緣電纜絕對(duì)不存在上述問題,因而它也是最安全型的電纜。

        2.綜合應(yīng)用經(jīng)濟(jì)性

        由于組成礦物絕緣電纜的全部材料均為無機(jī)材料,它的允許使用溫度要比耐火電纜高得多(現(xiàn)耐火電纜一般為70℃),IEC92出版物推薦礦物絕緣電纜的使用溫度為95℃,IEC364-5-523修訂版規(guī)定裸的礦物絕緣電纜使用溫度可達(dá)105℃。因而它的載流量要比耐火電纜高得多。如果按允許溫升到90℃來選擇礦物絕緣電纜在25mm2及以下時(shí),其截面比耐火電纜接近小一個(gè)截面等級(jí),而在35mm2及以上時(shí),可小兩個(gè)以上戴面等級(jí)。即便按70℃與耐火電纜同樣的允許溫度選擇,在35mm2及以上截面時(shí),也完全可小1個(gè)以上的截面等級(jí),因?yàn)榈V物絕緣電纜35mm2及以上的,全部為單芯電纜。IEC認(rèn)可,對(duì)于70安培負(fù)荷,用礦物絕緣電纜可用10mm2,而用聚氯乙烯絕緣、聚氯乙烯護(hù)套和鋼絲鎧裝的電纜為25mm2,此時(shí)電纜的外徑比分別為12.7mm和23mm,體積比為1:4,重量比為0.6kg/m和1.5kg/m。另外礦物絕緣電纜的銅護(hù)套就是一個(gè)完好的地線,因此與耐火電纜相比,它完全可少一根地線,也就是說3芯電纜可代4芯耐火電纜,4芯可代5芯耐火電纜。恰當(dāng)?shù)倪x用礦物絕緣電纜的一次性投資費(fèi)用,就不會(huì)比選用耐火電纜高多少,甚至持平。用礦物絕緣電纜的銅護(hù)套做地線,按比耐火電纜降低二種截面等級(jí)選擇,從性能價(jià)格比上看,防火電纜價(jià)格不高。

        如果考慮到安全就是最大的經(jīng)濟(jì)性以及它也是永久型的電纜(在250℃下長(zhǎng)期使用壽命可達(dá)數(shù)百年,而一般型塑料絕緣電纜估計(jì)預(yù)期壽命20余年),那麼,選用礦物絕緣電纜的綜合應(yīng)用經(jīng)濟(jì)性就更可想而知了。

        3.附件安裝獨(dú)特性

        礦物絕緣電纜在正式安裝時(shí),在其兩端要用一種永久性的金屬終端進(jìn)行密封,這種終端由兩個(gè)部分構(gòu)成,一個(gè)用來使電纜絕緣材料氧化鎂與外界隔絕的密封部分(一般由黃銅罐、罐蓋、密封材料和導(dǎo)體的絕緣套管組成)。另外一個(gè)用來把電纜連接到開關(guān)柜上的壓蓋部分(一般由壓蓋本體、壓縮環(huán)和壓蓋螺母組成)。由于礦物絕緣電纜的無機(jī)絕緣層易吸潮,若電纜兩端不作任何密封處理,則在開始的幾周里潮氣就會(huì)進(jìn)入100mm,且隨著終端頭在潮濕空氣里的暴露時(shí)間的增加,潮氣進(jìn)入深度會(huì)逐漸達(dá)到200~300mm。用500V兆歐表對(duì)芯線進(jìn)行對(duì)地絕緣測(cè)試時(shí)(注意:如果電纜運(yùn)行溫度載70℃時(shí),線芯的阻值應(yīng)按其額定阻值再乘以1.21進(jìn)行修正),若絕緣電阻值達(dá)不到100MΩ以上,就必須對(duì)電纜受潮段進(jìn)行驅(qū)潮處理,即用噴燈火焰加熱電纜受潮段,使電纜逐漸受熱而將潮氣慢慢驅(qū)趕出去。經(jīng)過燒結(jié)后(或切除后)的電纜仍可以保持良好的絕緣。因此,礦物絕緣電纜在倉(cāng)儲(chǔ)和安裝時(shí)要求做到以下幾點(diǎn):倉(cāng)儲(chǔ)時(shí),電纜必須要由臨時(shí)封端;安裝時(shí)需將臨時(shí)封端換成永久性的封端;在測(cè)試絕緣電阻時(shí)要切除臨時(shí)封端的長(zhǎng)度。

        絕緣測(cè)試。在礦物絕緣電纜的終端頭、中間連接器安裝之后,應(yīng)再進(jìn)行一次絕緣測(cè)試,在測(cè)試中,兆歐表的指針指向∞時(shí)說明線路的絕緣性能良好,若測(cè)量時(shí)發(fā)現(xiàn)阻值下降,則可能的故障點(diǎn)應(yīng)該在終端頭或中間連接器處,此時(shí)應(yīng)拆除終端頭或中間連接器,用噴燈對(duì)電纜重新進(jìn)行燒結(jié)直至電纜絕緣合格為止。

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