矿物绝缘电缆的结构及应用研究

文/刘 磊 荔建荣 赖泉斌 周冬花 赵 燕 （.江苏珠影特种电缆有限公司；.广西阳工电线电缆有限公司；.广州恒星传导科技股份有限公司）

随着高层建筑物增多，高层建筑物发生火灾时的救援日益重要。为保证建筑物发生火灾后有一定的供电时间来进行救援，建筑物的供电设施尤其是电缆在火灾环境下保持持续供电安全的能力尤为重要，火灾消防系统用的矿物绝缘电缆是实现这一目标的保障。矿物绝缘电缆俗称防火电缆，是利用矿物绝缘全无机材料结构所具有的耐高温、抗辐射、耐腐蚀、高机械强度等特性，通过结构材料的合理选配制成，最高运行温度可达1000 ℃，不仅能在火灾环境下运行，也可以在高温、高压、强腐蚀等常规有机绝缘电缆无法使用的恶劣环境中长期运行。矿物绝缘电缆最早是把国外兴起的Mineral Insulated Cable（简称MI cable）引进国内，引进后国内线缆行业企业对其进行了改进和改良，衍生出多种具有类似功能的矿物绝缘电缆。

一、矿物绝缘电缆的分类和结构

根据矿物绝缘电缆的主要的结构型式和产品的特点，本文将常用的矿物绝缘电缆分为四种类型。

一是铜芯矿物绝缘（氧化铝、氧化镁粉）铜护套结构的矿物绝缘电缆，电缆结构如图1 所示。执行标准为GB/T 13033.1—2007，常用代表型号为BTTZ，简称矿物绝缘电缆。

图1 BTTZ 电缆结构示意图

二是铜芯无机矿物（无机矿物合成云母带）绝缘铜护套结构的矿物绝缘电缆, 电缆结构如图2 所示。执行标准为JG/T 313—2014 的常用代表型号为YTTW，执行标准为GB/T 34926—2017 的型号为RTTW，结构与YTTW 相同，以下简称云母带绝缘铜护套矿物绝缘电缆。

图2 YTTW 电缆结构示意图

三是铜芯无机矿物（无机矿物合成云母带）绝缘铝护套加矿物隔离层和低烟无卤阻燃护套结构的矿物绝缘电缆, 电缆结构如图3 所示，主要执行生产企业标准和地方标准，常用代表型号为BTLY，简称云母带绝缘铝护套矿物绝缘电缆。

图3 BTLY 电缆结构示意图

四是铜芯无机矿物（无机矿物合成云母带）绝缘交联聚乙烯绝缘矿物隔离层低烟无卤阻燃护套结构的矿物绝缘电缆, 电缆结构如图4 所示，主要执行生产企业标准和地方标准，常用代表型号为BBTRZ，以下简称云母带复合绝缘矿物绝缘电缆。

图4 BBTRZ 电缆结构示意图

二、不同结构矿物绝缘电缆工艺特点

不同类型的矿物绝缘电缆有着不同的结构和特点，为方便描述对比，对四种不同结构的电缆分别采用其代表型号BTTZ、YTTW、BTLY、BBTRZ 进行分析。

1.导体

BTTZ 型电缆采用单根实芯导体，单芯电缆标称截面可生产到400 mm2（铜护套外径31 mm），而通常多芯电缆只能生产25 mm2及其以下的规格，弯曲困难，通常电缆敷设需采用专门的折弯工具，也称刚性矿物绝缘电缆。YTTW、BTLY、BBTRZ 型电缆和普通电力电缆相同，10 mm2以下采用单根导体，10 mm2以上采用绞合导体，50 mm2及以上采用绞合压型导体，导体柔软性相对较好，容易弯曲，也称柔性矿物绝缘电缆。

2.绝缘

BTTZ 型电缆采用氧化镁粉绝缘，传统的绝缘制备流程为氧化镁粉瓷柱压制→瓷柱烧结→电缆装配，工艺流程复杂。因采用水平式填充、拉拔模式生产，受重力影响，氧化镁粉易偏心，进而导致产品耐压不良，一般只能确保良好成品的长度在100 m 以下[1]。YTTW、BTLY、BBTRZ 电缆都采用云母带绕包的工艺方式生产防火层，长度可以不受限制。与YTTW 和BTLY 不同的是，BBTRZ 在防火层外挤包一层塑料绝缘层，因此电缆具有较高的绝缘电阻。随着新的耐火材料陶瓷化硅橡胶带的推出，也可用陶瓷化硅橡胶带替代云母带或者和云母带搭配使用，来提高电缆的电气绝缘强度[2]。

3.金属护套

BTTZ 型和YTTW 型采用铜护套结构，铜的熔点为1083.4 ℃，电缆可在1000 ℃以下的高温下运行，铜护套不仅具有良好的耐火性能，而且由于铜是优良的导体，可以兼作电缆的地线或者保护接地线使用。在弯曲性能要求较高的场合，可以对铜护套轧纹来提高其弯曲性能。BTLY 型电缆采用铝护套，一般铝护套有三种加工工艺方式，氩弧焊压纹工艺、铝压延挤出工艺和连锁铠装工艺[3]，挤出铝护套和氩弧焊铝护套具有较好的隔潮防水作用，再配合塑料护套，电缆可以在潮湿的环境下应用。挤出铝护套致密性好，不存在沙眼、焊接不良的内部缺陷，比压纹连锁铠装铝护套更具有良好的弯曲性能，适合在弯曲半径比较小的场合使用，但是由于铝带之间存在间隙，隔潮防水能力较弱，只适合在干燥的场合应用。

4.隔离层

BTLY 型电缆缆芯挤出铝护套后，因隔火层的材料防火泥附着性差，因此需要挤出一层如图3 所示的带有骨架状的聚乙烯护套来辅助防火泥附着在电缆上。其他类型矿物绝缘电缆均无此结构。

5.隔火层

BTTZ 型和YTTW 型电缆采用铜护套，铜护套熔点较高，因此无隔火层的结构。BTLY 采用铝护套，铝的熔点只有660 ℃左右，因此需要加矿物泥隔火层以增加电缆的耐火性能。BBTRZ 型电缆同样因无金属护套，增加一层矿物泥隔火层来增加电缆的耐火性能，可靠性相对差一些。

6.塑料外护套

BTTZ 型和YTTW 型电缆可以根据电缆现场的使用情况决定是否增加塑料护套，增加低烟无卤护套后型号分别表示为BTTYZ 和YTTWY。BTLY 型和BBTRZ 型电缆都具有塑料护套，塑料护套一般采用低烟无卤材料。

三、防火性能试验

为对比不同结构的矿物绝缘电缆在火灾情况下的运行情况，分别对四种类型的矿物绝缘电缆取同样的规格，按世界上最严格的耐火电缆标准,送国家防火建筑材料质量检验监督中心进行耐火性能试验。根据试验标准的适用性，对外径较小的、规格4×10 mm2的电缆按BS 6387[4]进行表1 所示的电缆线路完整性试验，对外径较大的、规格 为（3×120+1×70）mm2的电缆按BS 8491[5]进行表2 所示的电缆着火完整性耐火试验。试验在通电额定电压为0.6/1 kV 的条件下进行。结果显示，四种类型的电缆均通过了BS 6387 和BS 8491 规定的耐火性能试验。

表1 规格4×10 mm2 电缆线路完整性试验

表2 规格（3×120+1×70）mm2 电缆着火完整性耐火试验

四、 各种类型矿物绝缘电缆的应用特点及注意事项

与耐火电缆相比，传统意义上的防火电缆一般是指对着火有一定的抵御能力，同时具有阻燃、耐火、无卤、低烟特性。本文所示的四种类型矿物绝缘电缆均能满足GB/T 18380.33—2008/IEC 60332-3-22:2000 A 类以上成束燃烧试验要求、GB/T 18380.12—2008/IEC 60332-1-2:2004 单根绝缘电线电缆燃烧试验要求、GB/T 17650 (等同采用IEC 60754) 和GB/T 17651.1—2021/IEC 61034-1:2019 等相关耐火电缆试验要求，同时也通过了耐火电缆最严苛的BS 6873和BS 8491 标准。

四种类型的电缆在消防领域均有广泛的应用，但需要发挥每一种电缆的优势，更好地适应工程需求。

BTTZ 型电缆生产长度受限，且采用的氧化镁绝缘容易受潮，导致绝缘电阻降低，因此在应用于锯断处、中间接头或接配电设施时，应及时用石蜡等材料进行密封，确保空气中的水分不进入绝缘层，使电缆长期有效使用[1]。在较长距离应用时，可能因接头过多可靠性不良，但因采用金属氧化物绝缘灌装、铜管组装、拉拔工艺生产，矿物质分布密实，短段无接头使用的可靠性优于其他类型的电缆，推荐应用在电缆使用较短、对可靠性要求极高的场合，如重要的国防、航天、卫星基地设备的供电，电厂、核电站重要设备的供电。

YTTW 型电缆一般生产长度较长，因采用云母带绕包绝缘，绝缘致密性比BTTZ 差，使用的可靠性和安全性低于BTTZ 型电缆。但YTTW 型电缆较柔软，电缆重量小，电缆基本不吸潮，终端安装简单，近似于普通电缆。一般适用于对长度要求较高的人口比较密集的高层建筑物消防线路。

BTLY 型电缆是YTTW 型电缆的改进，因采用铝护套代替铜护套，成本低于YTTW 型铜护套电缆，铝护套外采用矿物泥或类似材料保护，外径大于YTTW 型电缆，在燃烧条件下隔离层内部产生蜂窝状的硬质体结构，在火灾条件下具有较高的抗机械撞击性，可以达到YTTW 型电缆的基本防火性能，因具有较好的耐腐蚀性，可应用于腐蚀或者污染严重的具有特殊防火性能要求的场所。

BBTRZ 型电缆由于其隔离层材质的特殊性，在燃烧条件下隔离层内部产生蜂窝状的硬质体结构，并能有效地抵制外界机械的撞击。同时电缆采用防火绝缘和塑料绝缘双重结构，绝缘性能优良，一般用于重要建筑或人员密集的建筑物中设备及照明系统供电，应用于主干线路、消防线路、逃生救援系统，如应急照明、火灾监测、报警系统、电梯系统、排烟系统以及控制线路等。

表3 是对各种类型的矿物绝缘电缆的电气性能、结构和使用维护特性的比较。

表3 各种类型矿物绝缘电缆性能比较

五、结语

矿物绝缘电缆一般应用于各类建筑物中的消防设备及防火电梯等的供电；重要建筑物或者人员密集的建筑物中设备照明系统供电；环境温度较高的场所，如钢铁厂、冶炼厂、玻璃厂等设备供电；易燃易爆的重要场合，如石油化工、煤矿等建筑中设备供电；需要特别清洁卫生的场所，如医院、食品厂等设备供电。由于矿物绝缘电缆的种类繁多，部分矿物绝缘电缆产品的生产企业没有依据国家或者行业标准，型号描述不尽相同，此时用户可以根据电缆的结构和组成材料的描述来区分不同类型的矿物绝缘电缆，以便更好地选择适合于应用环境的电缆。电缆在火灾情况下的安全运行尤为重要，随着科技的发展和新材料的推出，应采用能提供更好安全性的矿物绝缘电缆。