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礦物絕緣電纜的發(fā)展
(泰科熱控 俞康祥)
一、MI電纜歷史回顧
· 1896年瑞士工程師Francois Borel發(fā)明，簡(jiǎn)稱(chēng)MI電纜（Mineral Insulated Cable）
· 1936年由英國(guó)BICC公司率先大規(guī)模商用化生產(chǎn)MI防火電纜
· 50年代初由英國(guó)BICC公司率先大規(guī)模商用化生產(chǎn)MI電伴熱電纜和MI熱電偶電纜（即鎧裝熱電偶）
· 50年代BICC公司采用了不吸潮氧化鎂用于MI防火電纜的絕緣
· 1936年至今，BICC公司的Pyrotenax MI防火配線(xiàn)電纜已歷經(jīng)幾十代的更新?lián)Q代（包括設(shè)計(jì)和工藝）
· 2001年BICC公司的Pyrotenax品牌礦物絕緣電纜公司被美國(guó)泰科熱控公司收購(gòu)
· 全球現(xiàn)今約有數(shù)百家MI電纜制造商，美國(guó)泰科熱控公司為全球最大的制造商，占據(jù)約60－70％的全球市場(chǎng)份額。
二、MI電纜結(jié)構(gòu)和產(chǎn)品范疇
MI電纜的外護(hù)套一般采用銅、銅鎳或不銹鋼形成全封閉型無(wú)縫金屬護(hù)套鎧裝氧化鎂絕緣的全無(wú)機(jī)結(jié)構(gòu)。電纜采用全無(wú)機(jī)材料的目的是為了利用無(wú)機(jī)材料無(wú)老化防火防爆性能優(yōu)異且耐高溫的特點(diǎn)。早期由于防火需要而發(fā)明的MI電纜，經(jīng)過(guò)半個(gè)世紀(jì)以上的應(yīng)用實(shí)踐證明了它的這些優(yōu)異性能。MI電纜因而也成為耐惡劣環(huán)境電纜的代名詞。MI 電纜現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用于以下產(chǎn)品范疇
· 高溫電伴熱電纜
· 耐高溫防火電纜耐高溫和防火防爆等級(jí)最高的電纜，性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于阻燃電纜/耐火電纜等有機(jī)材料電纜
· 鎧裝熱電偶/熱電阻最廣泛使用的熱電偶測(cè)溫產(chǎn)品
三、MI防火電纜特性和優(yōu)點(diǎn)
· 完全防火，零燃燒能量
· 不燃燒、不助燃、不延燃。在火災(zāi)條件下可繼續(xù)運(yùn)行，且不產(chǎn)生任何煙氣和有害氣體。
· 不老化－全無(wú)機(jī)材料不構(gòu)成任何老化因素，性能極其穩(wěn)定，在重建和改造時(shí)可重復(fù)使用。
· 耐高溫－銅護(hù)套MI電纜可長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作于250℃高溫。短期可工作于銅的熔點(diǎn)溫度1083℃。MI不銹鋼護(hù)套電纜可長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作于500℃高溫。短期可工作于1205℃高溫場(chǎng)合。
· 完全防水、防油、防氣。
· 耐腐蝕－在一般的情況下，MI銅電纜具有較高的耐腐蝕特性。在某些特殊場(chǎng)合，可以添加一層無(wú)鹵低煙塑料外護(hù)套LSF。
· 柔韌型好－MI電纜退火完全，具延展性。安裝時(shí)易彎曲，狹小空間走線(xiàn)靈活自如，對(duì)其電氣特性無(wú)不良影響。
· 接地連續(xù)性－MI電纜無(wú)需一個(gè)分離的電路保護(hù)導(dǎo)線(xiàn)，因?yàn)殡娎|的護(hù)套已起到了優(yōu)異的低電阻接地導(dǎo)線(xiàn)作用，符合IEE布線(xiàn)規(guī)則BS 7671
· 機(jī)械強(qiáng)度高－MI電纜異常堅(jiān)固，可經(jīng)受劇烈的機(jī)械損傷和濫用，如彎曲、壓扁、扭曲，此時(shí)仍可維持正常工作。
· 固有的防爆屏障－MI電纜為實(shí)心結(jié)構(gòu)，高度壓縮的絕緣體將會(huì)阻止任何氣體和火焰在MI電纜所連接的不同設(shè)備間的傳播。 參見(jiàn)BS 5345 Part 1 Clause 25.4。
· MI電纜無(wú)需穿管保護(hù)，無(wú)需防火橋架因而MI電纜布線(xiàn)占空遠(yuǎn)小于任何常規(guī)電纜勝任任何狹小精致的布線(xiàn)路由。具有較低的安裝成本。
· 載流量大－與常規(guī)電力電纜相同截面時(shí)MI電纜載流量更大或在相同載流量時(shí)其安裝外徑較常規(guī)電纜小很多稍挖墻面即可安裝或直接明敷于墻表明。Pyrotenax空心水制冷。MI電纜可以在同樣截面下提供比常規(guī)MI電纜大的多的載流能力。這種水制冷低壓動(dòng)力防火電纜可以構(gòu)造成圓形空心、方形空心和多心空心型，額定工作電壓為600伏以?xún)?nèi)。
· 抗核輻射－MI電纜非常適合于核電環(huán)境的應(yīng)用，這歸功于其全無(wú)機(jī)結(jié)構(gòu)。
· 高度的電磁屏蔽性－－MI電纜的實(shí)心護(hù)套提供了這一性能。并且其電磁兼容性EMC得到大大增強(qiáng)，如與其他電纜一起布線(xiàn)時(shí)，可以保持極小的間距。Pyrotenax專(zhuān)利零輻射系統(tǒng)（Zero EMI）為世界獨(dú)創(chuàng)專(zhuān)利產(chǎn)品，此系統(tǒng)的電磁輻射，一米以外小于5毫高斯。作為對(duì)比，常規(guī) MI系統(tǒng)為50毫高斯，常規(guī)有機(jī)耐火電纜系統(tǒng)為100至300毫高斯。
四、MI電纜應(yīng)用領(lǐng)域
除了民用建筑領(lǐng)域用于應(yīng)急和消防回路以外，在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，如果需要電力供電回路和控制電路在高溫環(huán)境下正常工作，或能夠耐受各種不利因素導(dǎo)致的高溫。如短路或能在各種火災(zāi)、爆燃、碳?xì)浯蠡鸺捌渌馂?zāi)，溫度可達(dá)1100°C中在一段時(shí)間內(nèi)，如半小時(shí)至兩小時(shí)保證供電回路和控制電路的正常工作－－則可以利用這段時(shí)間啟動(dòng)緊急救援措施、關(guān)斷緊急閥門(mén)、關(guān)斷供料截止閥以防火勢(shì)蔓延、啟動(dòng)消防救災(zāi)系統(tǒng)、應(yīng)急照明、應(yīng)急話(huà)音廣播和指揮系統(tǒng)、計(jì)算中心的數(shù)據(jù)緊急備份等。在這種情況下，必須采用825不銹鋼或銅護(hù)套耐高溫防火電纜國(guó)外稱(chēng)火災(zāi)生存電纜。是否采用825不銹鋼電纜取決于溫度和腐蝕狀況。目前只有MI無(wú)機(jī)礦物絕緣電纜能夠勝任這種應(yīng)用。MI電纜在以下所列的一些工業(yè)領(lǐng)域得到了快速發(fā)展。
· 危險(xiǎn)及防火防爆區(qū)域：石油化工裝置、油庫(kù)、化工廠(chǎng)、液化氣、地下礦井、變電站
· 高溫場(chǎng)合：鋼鐵、冶煉、石油、化工、發(fā)電、制藥、油漆、紡織
· 航空航天：發(fā)射平臺(tái)、航天飛機(jī)、火箭
· 軍事設(shè)施：飛機(jī)、艦船、航母、導(dǎo)彈等
五、MI控制和信號(hào)電纜（弱電電纜）的應(yīng)用
無(wú)論強(qiáng)電或弱電電纜，如需滿(mǎn)足一定的防火要求，必須對(duì)其經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試和評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)電纜防火性能的有效性只有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)－－在火災(zāi)發(fā)生時(shí)能否正常傳送電力，包括動(dòng)力電纜或數(shù)據(jù)或控制電纜。
防火動(dòng)力電纜的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)目前在國(guó)際上已非常成熟，并有最新版本。對(duì)于弱電電纜防火方面，國(guó)際權(quán)威防火認(rèn)證和試驗(yàn)機(jī)構(gòu)的試驗(yàn)表明，常規(guī)有機(jī)耐火電纜，采用阻燃塑料、橡膠、云母或陶瓷纖維等作為電纜護(hù)套或絕緣材料。有多種稱(chēng)號(hào)如阻燃電纜、耐火電纜、耐燃電纜等，只具有有限的防火能力。在正常試驗(yàn)條件下，即火、水霧或機(jī)械沖擊，數(shù)據(jù)電路由于信號(hào)惡化會(huì)造成運(yùn)行誤操作。
各種耐火電纜的試驗(yàn)結(jié)果具有一定的差異，這種差異取決于電纜的結(jié)構(gòu)和材料。硅橡膠絕緣耐火電纜在試驗(yàn)條件下呈現(xiàn)極差的性能，如果再繞上一層云母帶，性能雖有改觀(guān)，但隨后的機(jī)械沖擊或震動(dòng)將加速水汽的侵入并導(dǎo)致突然失效。試驗(yàn)同時(shí)表明，MI對(duì)絞或星絞控制電纜在同樣的試驗(yàn)條件下數(shù)據(jù)電路信號(hào)不受影響，其結(jié)果令人滿(mǎn)意。
由此可見(jiàn)，弱電電纜除了必須滿(mǎn)足與強(qiáng)電電纜相同的防火要求以外，還必須滿(mǎn)足在電纜起火后數(shù)據(jù)能夠正常傳輸。而普通耐火數(shù)據(jù)電纜在電纜起火以后會(huì)立即產(chǎn)生傳輸信號(hào)惡化現(xiàn)象，并因此導(dǎo)致消防報(bào)警系統(tǒng)失靈。防火弱電系統(tǒng)如采用MI對(duì)絞星絞控制電纜，將極大地減小火災(zāi)發(fā)生時(shí)控制信號(hào)的波動(dòng)和消防系統(tǒng)的誤動(dòng)作，大大增加消防系統(tǒng)的可靠性。
六、"零電磁干擾/零輻射"低壓動(dòng)力電纜的應(yīng)用
電磁干擾產(chǎn)生的原因和帶來(lái)的不利影響：
對(duì)于一些敏感通信設(shè)備以及計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的電磁干擾現(xiàn)象已經(jīng)日益引起人們的重視。特別是當(dāng)人們將動(dòng)力電纜饋線(xiàn)安裝在（經(jīng)過(guò)或隔墻經(jīng)過(guò)）以下敏感設(shè)施時(shí)：
□ 計(jì)算機(jī)房
□ 醫(yī)院
□ 寫(xiě)字樓
□ 電信機(jī)房
□ 機(jī)場(chǎng)導(dǎo)航中心
□ 軍用指揮中心
□ 實(shí)驗(yàn)室
在許多重要的場(chǎng)合，即便是極低的電平干擾，也不允許存在！
現(xiàn)代醫(yī)學(xué)也從很多方面證實(shí)了過(guò)量電磁輻射對(duì)人們身體造成的危害，以及由此引起的心理恐懼。
諧波畸變：
在過(guò)去的十年里，隨著計(jì)算機(jī)的普及并大力推廣運(yùn)用，隨著直流驅(qū)動(dòng)設(shè)備和電器的大量使用，電源供電系統(tǒng)的諧波畸變也變得日益嚴(yán)重。這些諧波畸變將會(huì)導(dǎo)致兩種直接后果：
□ 供電線(xiàn)路發(fā)熱加劇，通常導(dǎo)致零線(xiàn)導(dǎo)體的截面需要增加；
□ 日益加劇的電磁污染。
解決電磁干擾的常規(guī)辦法是采用電磁屏蔽材料將供電回路屏蔽起來(lái)，當(dāng)然通常是付出很高的代價(jià)現(xiàn)在發(fā)明了一種解決辦法，即利用一種高載流量/橫截面比的礦物絕緣電纜并配上已獲專(zhuān)利權(quán)的"零電磁干擾"系統(tǒng)。
由于Pyrotenax礦物絕緣電纜的尺寸較相同橫截面（或載流量）的常規(guī)電纜小，并考慮到通常采用三角形布置方法，Pyrotenax礦物絕緣電纜比常規(guī)電纜的電磁輻射要小。典型情況下，Pyrotenax礦物絕緣電纜的電磁輻射一般只有常規(guī)電纜的30％左右。盡管這已經(jīng)是一個(gè)很大的改進(jìn)，但這個(gè)等級(jí)的電磁輻射劑量仍然難以滿(mǎn)足人們的期望值（一般用離電纜所在處3－4 英寸或一米以外的電磁場(chǎng)強(qiáng)度表示，單位毫高斯）。礦物絕緣電纜和"零電磁干擾"系統(tǒng)"零電磁干擾"系統(tǒng)將電纜對(duì)外電磁輻射降低到接近零輻射。采用一種補(bǔ)償器，向Pyrotenax礦物絕緣電纜銅護(hù)套反向注入電流，其大小等于導(dǎo)體芯線(xiàn)電流，由此相互抵銷(xiāo)對(duì)外輻射而獲得有效的對(duì)外零電磁干擾。本系統(tǒng)裝置已獲一些主要?dú)W美國(guó)家的專(zhuān)利權(quán)。
系統(tǒng)特性
□ 徹底消除配電饋線(xiàn)向外輻射的磁通量
□ 徹底消除配電饋線(xiàn)寄生的諧波畸變分量向外輻射的磁通量
應(yīng)用
□ 新建樓宇
雖然對(duì)于新建建筑，可以經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)而盡量避免主干或支干回路對(duì)敏感設(shè)施或設(shè)備的干擾。然而，如果今后翻修改造或重新布局，以及不斷增加的計(jì)算機(jī)設(shè)備及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)投入使用（可以比較一下現(xiàn)在和五年前的計(jì)算機(jī)使用普及狀況），如果用具有前瞻性的眼光來(lái)看待，也許值得或需要，甚至有必要打一個(gè)提前量，考慮采取措施來(lái)避免電磁干擾對(duì)設(shè)備和人體的長(zhǎng)期慢性積累性的危害。
□ 樓宇翻新改建
舊建筑往往設(shè)施落后、布線(xiàn)空間有限或布線(xiàn)路由受限，翻新改建意味著更多更舒適的辦公設(shè)施投入使用（如空調(diào)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等）因而意味著更大的配電功率。"零電磁干擾"系統(tǒng)大大增強(qiáng)的電磁兼容性能和極小的布線(xiàn)空間需求并考慮到這種電纜無(wú)需穿管，為翻修改造提供了極大的便利。對(duì)于現(xiàn)代寫(xiě)字樓，無(wú)論是新建或翻修改造，Pyrotenax"零電磁干擾"系統(tǒng)是一個(gè)理想的選擇。因?yàn)殡姶泡椛湓斐傻奈廴臼浅怂廴�，空氣污染，噪音污染，光污染和核輻射以外又一大�?duì)人體造成慢性積累性危害的污染。
七、MI防火電纜的絕緣材料
國(guó)際MI防火電纜工業(yè)在二十年前已普遍采用具有自封閉特性的氧化鎂材料， 因而MI電纜在運(yùn)輸、儲(chǔ)藏及現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)無(wú)需臨時(shí)封頭保護(hù)，電纜不受任何潮氣影響，電纜安裝時(shí)無(wú)需烘烤加熱！極大的簡(jiǎn)化了現(xiàn)場(chǎng)安裝工序以及日后的維護(hù)，電纜系統(tǒng)可靠性大大增加，日后運(yùn)行決無(wú)后顧之憂(yōu)。
八、MI防火電纜的安裝工具
二十年前已全面實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)化和系列化以適合各種規(guī)格和尺寸的電纜，包括電動(dòng)剝皮機(jī)等�，F(xiàn)場(chǎng)安裝工作強(qiáng)度大大減輕，安裝周期明顯縮短。
九、MI防火電纜適用的防火試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范
1. 倫敦地鐵標(biāo)準(zhǔn)EME－SP14－028－A1－為國(guó)際上最嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)
2. UL 2196 － 為國(guó)際上最嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)之一
第一步：用144支燃燒噴嘴將電纜加熱。電纜溫度在開(kāi)始5分鐘內(nèi)達(dá)到538oC，然后按照標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)ASTM E－119，達(dá)到1010 oC，維持2小時(shí)；第二步：用30 psi 壓力的消防水龍向電纜噴水維持2.5分鐘。電纜在整個(gè)試驗(yàn)期間必須維持滿(mǎn)負(fù)荷通電工作不中斷，直至試驗(yàn)結(jié)束
3. DIN 4102Part 12 － 電纜系統(tǒng)整體火災(zāi)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)
電纜系統(tǒng)必須滿(mǎn)足在實(shí)際安裝形態(tài)下整體防火的要求。
電纜系統(tǒng)含以下要素：
□ 動(dòng)力電纜、絕緣動(dòng)力線(xiàn)路、通信/控制電線(xiàn)電纜和母線(xiàn)
□ 電纜槽、穿線(xiàn)管、保護(hù)涂層、護(hù)套、電纜固定裝置、支架和夾具等
模擬實(shí)際安裝形態(tài)進(jìn)行防火試驗(yàn)
□ 電纜安放在橋架上
□ 電纜安放在電纜槽內(nèi)
□ 電纜直接夾裝明敷在試驗(yàn)爐壁上
防火級(jí)別按時(shí)間分為30分鐘，60分鐘和90分鐘。
4. BS 5839 －2002 － 已頒布的最新標(biāo)準(zhǔn)2002.8
電纜防火試驗(yàn)要求：
·標(biāo)準(zhǔn)型電纜低煙無(wú)鹵耐火阻燃電纜
□ 第一段電纜試樣在830℃－870℃范圍內(nèi)，伴隨機(jī)械擊打，維持 30 分鐘
□ 第二段電纜試樣在830℃－870℃范圍內(nèi)，伴隨機(jī)械擊打，維持15 分鐘，接著繼續(xù)經(jīng)受水噴淋和機(jī)械擊打15分鐘。
· 加強(qiáng)型電纜MI防火電纜
一段電纜試樣在930℃－970℃范圍內(nèi)，伴隨機(jī)械擊打，維持60 分鐘，接著繼續(xù)經(jīng)受水噴淋和機(jī)械擊打60分鐘。BS 5839－2002－加強(qiáng)型電纜MI防火電纜使用場(chǎng)合：
· 6 層樓以上失火時(shí)需分批撤離的建筑
· 30 米以上的住宅
· 45 米以上所有的建筑
· 所有建筑物內(nèi)，如一個(gè)區(qū)域的失火會(huì)影響到其他區(qū)域的重要信號(hào)回路
· 任何設(shè)計(jì)者認(rèn)為有必要采用加強(qiáng)型電纜的場(chǎng)合。
5. BS 6387 － 已淘汰的標(biāo)準(zhǔn)
6. NFC 32 070
7. NBN C30－004
8. AS 3013
9. NT Fire 005 ISO 834
10. IEC 60331
中國(guó)目前的國(guó)家防火標(biāo)準(zhǔn)基本上等同于國(guó)際上1970年的標(biāo)準(zhǔn)（即IEC331－1970），此標(biāo)準(zhǔn)落后國(guó)際上最新標(biāo)準(zhǔn)達(dá)三十年。
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