矿物绝缘电缆在国家体育场的应用

唐崇健， 陈大勇， 蔡如明

(宝胜科技创新股份有限公司，江苏 宝应225800)

0 引言

随着矿物绝缘电缆生产工艺的不断改进，其应用范围也不断扩大。矿物绝缘电缆几十年的实践应用以及成熟的国际与国内标准，使人们对矿物绝缘电缆的性能有了充分地肯定。虽然近几年，国家及地方设计规范已将矿物绝缘电缆列入了设计要求，特别是一些重要场所已规定强制性采用，但是，目前设计人员对矿物绝缘电缆应用的场所及其电缆附件的可靠性，仍心存疑惑。

奥运期间，国家体育场“鸟巢”容纳运动员、观众和演员等约12万多人，场馆防火等级须达到特级。为此电缆的防火要求及供电系统的稳定性要求也非常高，特别是要保证正常供电的同时，确保电缆不会成为火灾或事故的源头。因在火灾中电气引起的占到50%以上，故电气线路可谓是中枢神经，线路产品的选择显得尤为重要。按中国建筑设计院的电气设计，供电系统的主动脉应采用矿物绝缘电缆。而由宝胜自行研发并取得国家实用新型专利的矿物绝缘电缆，其生产工艺、改进型氧化镁配方以及新型矿物绝缘电缆用附件，完全可以满足“鸟巢”特级防火等级的要求，符合安全、环保和绿色奥运的理念。

由北京市“2008”工程建设指挥部的电力保障专家组(第一组)、中国建筑设计研究院、国家体育场有限公司、国家体育场运行团队、中信国华公司、宝胜科技创新股份有限公司等部门相关人员组成专家组，对该矿物绝缘电缆及其附件系统可靠性进行评估和论证。并对矿物绝缘电缆应用场所、电缆吸潮性、电缆附件温升等几个方面进行了权威验证。

1 矿物绝缘电缆应用场所

在国家体育场中矿物绝缘电缆主要用在特一级设备干线和一级消防设备干线。在开、闭幕式及体育比赛中，能否保证各项工作的正常、有序进行，矿物绝缘电缆所承载线路显得尤为重要。

选择矿物绝缘电缆是根据低压出线原则，作为特一级设备干线、一级消防设备干线。

主要应用场所为主席台、VIP贵宾室、计时计分装置、计算机房、电话机房、体育竞赛综合信息管理系统、安全防范系统、数据网络、消防控制室、仲裁录像系统等(双电源+油机+UPS/EPS)。

此外，在比赛场地照明、消防负荷、消防电梯、消防栓泵、自动喷淋装置、水喷雾泵、消防稳压设备、防排烟风机、变电所、显示屏及显示系统、广播机房、电台和电视转播、新闻摄像电源(双电源+油机)等也均通过矿物绝缘电缆输送各用电设备。

除了消防以外，其它线路为何也要用矿物绝缘电缆?其主要原因如下:

(1)因为火灾层面向上燃烧，加之体育场使用面积太大，所以电缆作为用电设备间电流传输的载体，在确保设备正常工作的同时，还应消除事故隐患，确保国家体育场万无一失。消除电气火灾有两个要求:一是自身不能成为引发电气火灾的主体。因矿物绝缘电缆是由无机材料组成，即便因过载发热，电缆自身的温度超过铜的熔点时，电缆才会被破坏，而此时线路保护装置在电流达一定值时已率先起动保护。过载能力强是矿物绝缘电缆的突出电气优点，在特殊情况下，可以保证线路通电时间更长。二是自身不成为电气火灾传播介质。很多情况并非电缆产生火源并引发火灾，而是火焰沿着电缆四处传播，迅速扩大。而矿物绝缘电缆因采用无机材料，因而电缆本身遇火不自燃、不延燃。因此电缆本身安全性不仅体现在不引燃，更不会传播火灾。而现有所有的有机塑料电缆均不具有上述两点性能。

(2)通常，体育场馆内鼠害问题严重，必须防范。而矿物绝缘电缆不但具有优越的防火及电性能，还有机械强度高、使用寿命长、载流量大、无烟、无卤、无毒、防水、防鼠、防白蚁等塑料电缆无法比拟的综合性能。

(3)体育场所有照明系统对电缆的电压降要求非常高。国内一直以来对铜芯铜护套氧化镁绝缘电缆称之为“防火电缆”，现在统称为“矿物绝缘电缆”，其目的就是纠正人们认为“防火电缆’只能用于消防、安全系统。因此GB/T 13033—2007明确规定，矿物绝缘电缆适用于一般布线系统。由于矿物绝缘电缆应用于照明系统中其压降是比较小的，因此公安部大楼照明系统也选用了矿物绝缘电缆。

因此可见，矿物绝缘电缆不仅适用于消防等安保系统，而且还可用于公共场所或关键电力系统的主干线、重要的照明控制线路等。

2 矿物绝缘电缆吸潮性

矿物绝缘电缆的绝缘电阻在很大程度上取决于氧化镁的纯度及其内水分含量，在标准条件下，当湿度不超过0.4%(最大允许值)时，应用于电缆绝缘的高纯度紧压氧化镁绝缘，电阻通常比常用的氧化镁绝缘材料高，20℃时可达1011～1013Ω·m。

氧化镁的吸潮过程基本上取决于绝缘层的最终密度、周围介质温度及相对湿度。当氧化镁粉与潮气相互作用时便会产生水合反应，从而导致绝缘电阻降低。

矿物绝缘电缆绝缘在正常条件下，一方面由于氧化镁吸潮后生成氢氧化镁，使体积增大，从而有效阻止了电缆纵向深处的绝缘进一步吸潮，因此，即使未封头矿物绝缘电缆长期放在潮湿的空气介质中，其绝缘的吸潮深度也不超过200 mm，如果存在24 h其吸潮深度通常不超过30 mm;另一方面，即使电缆端部受潮，只需进行局部加热，会使氢氧化镁重新变成氧化镁，同样可恢复其原有的绝缘性能。

为了保证矿绝缘电缆氧化镁绝缘不吸潮，在生产过程中，我们采用具有自封闭特性的氧化镁粉，即在氧化镁粉中滴入0.08% ～0.1%(按重量)的疏水性硅有机液体——聚二甲基硅氧烷，因此，氧化镁粉在注硅油前不需要任何排潮处理。用这种方法制成的电缆，即使电缆两端不用临时密封，也可长期贮存，绝缘性能也不会下降。电缆安装时，未经临时密封的端头也不必截去。

我公司曾对矿物绝缘电缆的吸潮性做了如下一个试验:将矿物绝缘电缆两端进行防潮处理后的试样浸入水箱内24 h后取出，测其绝缘电阻与浸水前的绝缘电阻相比未发生变化。这进一步证明，含有疏水性有机硅的氧化镁绝缘电缆具有自封闭特性。

3 电缆附件的温升

矿物绝缘电缆性能优越，但中间联接器是否会成为故障点?中间联接器虽有成熟的设计(国家专利)、工程应用的证明和国家检测中心的防火、绝缘性能试验，但为了消除体育场线路中上万个中间联接器给专家组带来的担忧，与会相关专家提出了热循环温升试验要求，即将联接器中导体联接体与电缆进行联接，然后送国家检测中心进行试验。预分支电缆的分支联接体的试验方法已有国家标准，专家组参照该标准制订了《国家体育场用矿物绝缘电缆中间联接器温升试验方法》:

(1)温升试验环境:温度为－20℃ ～+55℃;海拔2000 m以下;湿度不低于95%;

(2)检测电缆品种:单芯电缆、BTTZ 1×185和多芯电缆BTTZ 4×25，取样长度为8～10 m;

(3)将联接器、终端与电缆联接时，以最差的情况进行检测，即不用扳手仅手动拧紧，并从如图1所示联接体的观察孔中，查验两根电缆的导体端部应不紧密接触，然后进行试验，试验线路接线如图2所示。表1为我公司进行温升试验数据，表2、表3为国家检测中心的报告数据。

图1 开孔的中间联接体

图2 试验线路接线图

表1 BTTZ 1×185电缆及附件的温升试验(单位:℃)

表2 BTTZ 1×185电缆及附件的温升试验

温升试验说明联接体的设计能够保证电气传输，同时说明电缆导热性能优。当电缆通过的电流超过额定载流量时，护套的发热温度还很低，电缆载流能力强，温升小，说明接触电阻小。

表3 BTTZ 4×25电缆及附件的温升试验

为了使矿物绝缘电缆的附件在安装过程中更简单、方便，我们对单芯电缆联接器中联接体进行改进设计，对电缆导体的联接由直度(见图1)改为锥度(见图3)，进行导体收紧。

图3 改进后的联接体

4 结束语

从矿物绝缘电缆在国家体育场的成功应用，可以得出:

(1)矿物绝缘电缆不仅适用于消防等安保系统，而且还可用于公共场所或关键系统的主干线、重要的照明控制线等;

(2)矿物绝缘电缆绝缘在正常条件下，其吸潮深度与空气介质湿度及存放时间有关，采用自密闭特性氧化镁粉可完全解决应用时的吸潮问题;

(3)温升试验说明，矿物绝缘电缆联接体的设计不仅能保证电气传输，且接触电阻小、温升低。