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1、探索非磁性金属护套防火电缆的特性摘要：论述无机绝缘防火电缆与有机绝缘耐火电缆的本质区别，分析了无机绝缘防火电缆耐火特性大大优于有机绝缘耐火电缆。通过剖析探索YTTW系列防火电缆的结构、特点、电气特性、耐火特性、环保特性，充分说明无机防火电缆的优点。关键词：非磁性金属护套，铜护套电缆，有机绝缘、无机绝缘，铜损，耐火电缆，防火电缆，节能 随着国民经济的快速、稳步增长，城市建设的飞速发展，各种功能的建筑物被大批建造，由此发生火灾的几率相应增多。根据消防系统的统计，发生的火灾中，大部份是由电气设备故障引起，其中有机绝缘电缆故障过热连锁引发火灾占了相当比例。即使对有机绝缘电缆的绝缘材料进行改造，使其有阻
2、燃与耐火功能，但从理论与实践方面映证，阻燃型与耐火型有机绝缘电缆，并没从根本上提高它们的防火特性。究其根本原因，是由于有机绝缘电缆的材质，燃烧温度较低（约400），易燃烧，同时在燃烧时会产生大量热，有助燃作用。改造后的有机绝缘电缆并没有提高燃点温度和降低其助燃能量，这就是无法改变易故障过热，连锁引发火灾的根本原因。为了比较好的解决电缆的防火问题，我国一些著名的电缆制造专家经过多年努力及反复试验，采用无机材质（不燃物）作了电缆的绝缘材料，制成的电缆防火特性得到了重大突破，从本质上改变了电缆的耐火特性。这些无机绝缘防火电缆，结构上除了采用无机材质作绝缘外，还有一个特别的地方，就是外护套是非磁性金属
3、护套，引起笔者很大兴趣，因此想对无机绝缘非磁性金属护套防火电缆作一次深入的探索。探索的具体对象，是上海胜武电缆公司与我国著名电缆专家共同合作、研制、开发成功的YTTW系列柔性防火电缆（后简称YTTW电缆）。一、 YTTW电缆的结构与制造工艺YTTW电缆的结构很简单，导体是铜质，绝缘材料是耐高温无机绝缘带，护套是非磁性金属铜护套。整体结构只有二种均是耐高温的无机材质构成。它的制造工艺比较先进，导体是采用多股铜线绞合而成，比采用单根铜杆，具有较好的柔软性。绝缘是用耐高温无机材质带绕包而成，具有弯曲特性。铜护套是在进口的连续焊接设备上自动完成，为了使其有柔性，对铜护套进行轧纹成波纹状。整个制造工艺均
4、是在先进的机械化连续性中完成，不带有人为因素。二、 YTTW电缆的特点由于该电缆生产工艺先进，而且具有独创性，比国内外现有的矿物绝缘电缆具有明显的特点：1、导体截面较大（包括多芯）的电缆连续长度长。这是采用先进制造工艺的结果，生产的电缆能满足配电系统所需长度的要求，中间没有接头。对于特别长的配电系统（如500米以上）中间也可以连接，接头可以在现场制作，非常方便。2、中间接头及终端接头具有耐火特性。防火电缆的接头耐不耐高温，涉及到全系统是不是具有耐火特性。防火电缆有某些段（接头）不防火，这种防火电缆是有缺陷的，对防火的可靠性带来隐患。YTTW电缆接头采用与电缆本体相同的绝缘材料，其防火等级与本体
5、等同。3、有大截面的多芯（三、四芯）防火电缆。铜护套多芯防火电缆比单芯防火电缆在电气特性上有较大优点（后面叙述）。YTTW电缆已有3*240+1*120或4*240（mm2）防火电缆，载流量可到500A，这也是防火电缆的一次量的重大突破。4、具有柔性和弯曲性。小截面防火电缆，能很方便弯曲，但大截面或多芯防火电缆能弯曲也是YTTW电缆的重大突破，该电缆可以绕在普通电缆盘上，运往工地，弯曲半径20D。5、耐潮性特佳。有些防火电缆，出厂前终端等环节必须严格密封，中间连接时不能有很小的气孔，否则绝缘受潮损坏。YTTW电缆无需严格密封，施工时能在现场分割，制作电缆接头等。这样给安装带来极大的方便。6、安
6、装方便简单。YTTW电缆在现场，可以按需要长度分割，无中间连接，终端不需要过路换接箱柜，也不需要配上外径很大的终端接头，能直接接到用电设备端子上。三、 YTTW电缆的电气特性。现在工程中应用最多的电缆是有机绝缘电缆，生产厂家比较多，电缆的电气特性差别极大，有些厂商在利益的驱动下，偷工减料，结果电气特性下滑酿成许多恶果。因此，对于任何一种电缆来说，其电气特性的好坏是电缆质量的一个重要标志。YTTW电缆的电气特性有下述内容：1、 额定绝缘电压0.6/1KV；2、 额定工作电压750V380V；3、 工频耐压2500V，历时15min，不击穿；4、 高温状态耐压750V，温度950，持续时间9min
7、，不击穿；5、 电缆载流量：在同等导体截面条件，载流量大于任何有机绝缘电缆的载流量。这是很自然的，因为其绝缘材质耐高温。有些文章介绍，无机绝缘防火电缆可以在105250正常供电，确实可以，但是必须考虑电缆安装周围的安全。如果不能满足，一般采用环境温度40，导体温度90，电缆外表温度70比较安全。6、 耐老化性，大大优于有机绝缘电缆。7、 电缆的热稳定性。（1）有机绝缘电缆的热稳定是一个很重要的指标，因为有机绝缘电缆的绝缘材质燃点温度低，短路时易引发火灾。一般它们的热稳定较小，如：PVC电缆热稳定校验Ik1115 XLPE电缆热稳定校验IK2143 无机绝缘电缆的热稳定很大，如：YTTW电缆热稳
8、定校验Ik3253 式中IK1至IK3热稳定电流有效值（A）；s电缆导体截面积（mm2）；t短路持续时间（s）。显然IK3IK2IK1，YTTW电缆的热稳定最好。（2）关于IK3中的系数253的来源介绍如下：IK3中系数253的来源，是按照IEC标准中有关公式计算而得。具体来说，YTTW电缆导体与铜护套的耐温是1083，无机绝缘材料的耐高温1200。燃烧试验温度950温，就是说该电缆温度被燃烧到950时导体、护套、绝缘材料都不会损坏。因此取电缆最高短路温度不要超过1083，电缆在短路时能保持完好。为了留有余地，现取短路时最高温度900作终时温度，导体最高运行温度90作起始温度，通过公式计算得2
9、53。（3）由于YTTW电缆的热稳定性非常好，几乎是YJV电缆的二倍，所以在设计该电缆时，不需要验算它的热稳定。也就是说一旦当系统短路时保护失灵，系统内其它电气装置件都损坏，YTTW电缆仍能保持完好。8、非磁性金属护套电缆的电阻与感生电压。（1） 交流电阻RjR（1YSYP）（11）式中：R通以额定电流时导体的直流电阻值；YS集肤效应引起导体电阻增加因素；YP邻近效应引起导体电阻增加因素；1非磁性金属护套中的损耗。集肤效应YS，单芯与多芯均相同，只与电缆结构与频率有关，与电缆布置无关。也就是说在50HZ时，它随导体截面增大而变大。当导体截面为500mm2，电阻增大约3.5%。中等截面240mm
10、2时电阻增加在1%以下，可以忽略不计。邻近效应YP，单芯电缆并列布置时随电缆间距增加而变小，实际工程计算时可以忽略不计。多芯电缆及捆扎在一起布置的单芯电缆，YP在较大导体截面时较大，在240 mm2导体时，电阻增加也在1%以下。也可以忽略不计。铜护套（非磁性金属）中的损耗1，单芯与多芯区别很大，对于铜护套多芯电缆，铜损1很小，可以忽略不计。铜护套单芯电缆分二种布置说明，第一种布置，把三相单芯铜护套电缆捆扎成品字形，它的铜损1引起导体电阻增加值（导体截面25-500mm2）约在110%范围内。第二种布置，三相平列布置，当电缆轴距70mm，则1引起导体电阻增加值（导体截面25500mm2）约在35
11、0%范围内。如果电缆轴距增加，铜损1会更大。可见，铜护套单芯电缆产生的铜损比较大的，在日常通电运行时，会消耗很多电能，这与当前提倡节能是相悖的。铜护套单芯电缆耗能的原因是，铜护套与导体相当于拉长的变压器，二次绕组是铜护套，一次绕组是导体，导体通过交流通电时，会对铜护套产生感生电压。若铜护套两端接地，铜护套与地构成一个通电回路，造成铜护套内产生铜损。如果采用铜护套单端接地使其不成回路，减少铜损，当然可以，但会产生隐患。在未接地端铜护套对地有感生电压，其大小不确定，在下面会较详细叙述。多芯铜护套电缆不存在这些问题。（2） 铜护套单端接地时护套与地之间的感生电压（单芯电缆）。铜护套电缆，导体与护套之
12、间的互感计算比较复杂，只能采用平均值的计算方式。铜护套内对地感生电压EIM式中：I交流电（A）角频率（2f）M单位长互感量（mH/km）。每根电缆M的平均值M ln 式中：dMmdMM 金属护套平均直径；dM 金属护套的外径（查样本）(mm)； 金属护套的厚度（查样本）(mm)； 电缆轴距(mm)；o 电感常数（o410-7H/m）。每根电缆的互感抗XM = M下面举一个实际计算例子：某工程中采用YTTW3*（1+240）+1*120铜护套柔性防火电缆，电缆长300米。安装采用平列布置，如图所示：铜护套一端接地，求另一端（自由端）对地的感生电压。解：查样本240（mm）2电缆外径为24.85（
13、mm），铜护套厚度为0.9（mm），将已知数据代入公式M ln 式中 100（mm），dMMdM-M24.85-0.923.95（mm）代入后M 2 10-7 2.1220.4244 10-6H/m电缆的互感抗XM=M=2f0.424410-6=133.2610-6/m已知电缆长度300m，总感抗为：X300133.2610-63000.04a、电缆在额定电流725A（查样本）时，自由端对地感生电压E17250.0429Vb、单相交流系统，铜护套之间感生电压E22E129258（大于安全电压）C、三相交流系统，铜护套之间感生电压E3 E11.732950Vd、电缆短路状态，设短路电流30KA，
14、自由端对地感生电Ek1301030.041200V单相系统EK22301030.042400V三相系统EK3 301030.042076V可见单芯铜护套单端接地时，感生电压是很危险的。（3） 非磁性金属护套单芯电缆的布置非磁性金属护套单芯电缆若布置不当时，与塑料护套单芯电缆同样存在，三相阻抗不均性。a、采用品字形（对称三角形）绑扎布置，不但铜损1减小，而且三相阻抗相等。另外单芯电缆在安装时，应严格防止涡流产生，因为涡流会产生热量，虽然对无机绝缘电缆产生热老化影响不太大，但会大量消耗能量，这是不允许的。为了防止涡流，首先了解产生涡流的条件：a.导电体有交变电流；b.导电体周围有高导磁媒体如钢、铁
15、等；c.高导磁媒体应是闭合的。满足这三个条件，才会产生涡流，我们只要破坏其中任意一条条件就不会产生涡流。多芯电缆任何布置均不会产生涡流或者只产生极小的杂散电流涡流。b、采用平列布置，铜损1大大增大，三相阻抗不相等，而且随着系统频率的增加或谐波成分的增加，阻抗不相等会越来越严重。因此在变频系统或谐波成分较大的系统不能采用这种布置方式。由此可见，非磁性金属护套电缆与塑料护套电缆有相同之处也有不相同之处，须引起注意。同时也注意到非磁性金属护套电缆，单芯与多芯也存在很大差异。例如：a、单芯电缆载流量比多芯电缆大，单芯电缆用在直流或低频系统有明显的优点；b、单芯电缆比多芯电缆容易分支，但安装麻烦。c、单
16、芯电缆三角形绑扎布置时铜损1较小，平列布置时铜损1较大，不管何种布置多芯电缆的铜损都比单芯电缆小得多；d、单芯电缆布置不当会产生相阻抗不相等，不能给变频系统或谐波成份较大系统作输电回路，多芯电缆则可以；e、单芯电缆必须防止涡流。多芯电缆不会产生涡流。9、非磁性金属护套电缆的末端压降。电气线路的末端电压降，是电气设计时必须注意的一个重要指标，在供电规范中有明确的规定，线路末端电压降不能大于5%的百分数，尤其对消防设备的供电更为重要，其一消防设备采用强迫起动，起动电流很大，其二消防设备是在火灾发生后起动，有的防火电缆可能已被火焰燃烧，温度升高，电阻变大。在电气设计时都必须考虑。非磁性金属护套电缆的
17、压降计算比较难以精确的计算，而对工程应用，下述的计算能满足精度要求。三相系统电压降：U Il（RjCos+XjSin）单相系统电压降：U2Il（RjCos+XjSin）式中：RjR(1+Ys+Yp)(1+1)交流电阻（）；XjL感抗（）；R导体在时的直流电阻（）；Ys集肤效应；Yp邻近效应；角频率（2f）；L电感（H/m）为了计算方便，并不太影响计算精度作以下处理：a、 对于Ys、Yp在50Hz及导体截面300mm2下可以忽略不计；b、 对于铜损1多芯电缆可以不计，对于单芯电缆分两种情况：三角形捆扎布置，150mm2以下可忽略不计，150400mm2电阻增加值可取48%，400500mm2取8
18、9%。平列布置，电缆轴距70mm时25150mm2取1336%，400500mm2取4149%。交流电阻 Rj=R(1+1)感抗Xj的计算，主要电感L的计算比较复杂。尤其是非磁性金属护套电缆，计算其电感值时，假设只是单端接地，可以采用无金属护套或无金属屏蔽电缆的计算公式：（1） 单相系统的电感 L= ln （2） 不对称三角形布置时的平均电感Lm= ln = （3） 对称三角形布置时的电感L= ln （4） 平列布置时平均电感Lm= ln = =1.26 式中：0电感常数（0410-7H/m）；导线等效半径（0.799YL）； YL导线半径（mm）； 导线轴距（mm）； 导线平均几何间距（mm
19、）。举例1、某消防电机采用4芯电缆YTTW3*120+1*70，长200米。求工作电流时电缆末端压降。解：查样本知，额定电流314A，导线90温度时直流电阻R0.2/km。导体直径D12.4（mm），绝缘厚度1(mm)。交流电阻RjR（1+YS+YP）(1+1),对于120mm2多芯电缆，YS，YP，1可忽略不计，所以RjR0.2 10-3/m感抗XjL，L ln 电缆构造 （不对称三角形）,=0.779 6.2=4.83代入L H/m感抗Xj=2f L=100 2.47 10-7=775.58 10-7H/m设Cos0.9,Sin0.435,工作电流Ij250A，末端压降U Ijl（RjCo
20、s+XjSin）1.73 250 200（0.2 0.90.0776 0.435）0*10-3 68500 （0.18+0.0338） 10-318.5V19V满足压降要求。举例2、例1中采用单芯电缆YTTW-3（1 120）+1 70长200m。求工作电流对电缆末端压降。解：查样本知，R0.2/km，额定电流435A，导线直径D12.4（mm）工作电流300A，平列布置 交流电阻RjR（1+1）0.2（1+8%）0.216/m（由于铜损而电阻增加值取8%）感抗XjL，L ln ，代入L ln 4.115 10-7H/mXj2f L=100 4.115 10-7=0.129 10-3/m U
21、Ijl(0.216 0.9+0.129 0.435) 10-31.73 300 200 0.2505 10-326V电压降百分数u 6.8%5%不满足压降要求，必须放大截面或减小工作电流。通过二个例子，比较清晰地可见，采用单芯电缆时，阻抗增大，压降变大。另外在选择电缆截面时，工作电流取额定电流的6070%较妥。四、 YTTW电缆的耐火特性。电缆的耐火特性，是防火电缆的最重要指标之一，根据实际情况发现，有机绝缘耐火电缆样品，也能通过A类耐火试验，但用产品取样送检，结果是大多数通不过耐火试验。有位电缆专家在耐火电缆的论文中叙述到，某工程需要耐火电缆（有机绝缘），七家厂家去竞销，结果六家厂家产品取样
22、检查不合格。假如即使抽检合格，那么这些合格产品能经受住火灾现场的考验吗，这是个问题，也就是有机绝缘耐火电缆当护套，绝缘全烧光，一、二层耐火云母带能经得起火灾时机械磕磕碰碰，及电缆本身的蠕动吗，笔者认为这种耐火电缆的可靠性到底有多大，是值得怀疑的。耐火电缆耐不耐火，应指整体而言，不能说结构中有耐火层就能成为耐火电缆。耐火电缆必须是全部组成的材质燃点（或熔点）高和无燃烧能量，才称其为耐火电缆。前面已说过YTTW防火电缆完全附合耐火电缆的这一要求。（1） YTTW电缆物质基础，该电缆有三部份组成导体、护套、有金属铜（熔点1083）构成，绝缘用无机绝缘带（耐高温1200）绕包而成。（2） 耐火特性试验
23、抽样或者出厂产品抽样都能通过A类：火焰温度9501000，持续时间90min的耐火特性试验。（3） 关于耐火持续时间90min，按国际标准中，标准时间温度曲线，从环境温度升到950，需要时间约90min。防火电缆试验，耐火持续时间90min不是从环境温度起算时间，而是在温度达到950时开始计时，持续90min，这是很严格的要求。（4） YTTW电缆机械强度。防火电缆的机械强度也是耐火特性的一个重要指标，有机绝缘耐火电缆，就是缺少这个指标，不能起到真正的耐火作用。YTTW电缆外护套为铜质，紧紧包着无机绝缘材质，有着非常好的机械强度可以承受很大的机械冲击力而不损坏。即使受到很大的机械力，将电缆压成
24、椭圆形，也无关紧要，电缆能正常供电。依据是按国标严格做压扁试验，压扁系数达0.8，压扁后必须浸入水中1小时，在护套与导体之间施压1250V，15min，不应发生击穿。（5） YTTW电缆全系统具有耐火特性。有些防火电缆，本体有很好的耐火特性，但中间电缆接头及终接头不耐高温，这是一大隐患。YTTW电缆长度无需中间接头，对于超长距离电缆，必须要中间连接时，YTTW电缆可以中间连接，接头与本体具有同样的耐火特性，终端连接头就是电缆本体。所以电缆在任何段内遇到火焰，不必担心其耐火性能。它具有全系统耐火特性。五、 YTTW电缆的环保特性。21世纪，全世界对环境有一个共同要求，即环保。有机绝缘耐火电缆是很
25、难做到的，即使是低烟、无卤、阻燃、耐火电缆，有些国家称之为“清洁电缆”，而不称其为“环保电缆”或“绿色电缆”，道理很简单，有机绝缘的低烟、无卤、阻燃、耐火电缆在燃烧中，并不是真正无烟无毒，仅是数量上较少而言。故而只能称“清洁电缆”。“绿色”电缆，至今尚没界定，但我们可以用相对的方法对YTTW电缆进行环保特性探索。1、YTTW电缆在正常供电状态。有许多电气装置的材质，在通电或不通电情况下，只要我们靠近，总能呼吸到一些难以接受的气味，严重的可以使人头痛恶心。YTTW电缆没有任何气味，铜本身尚有一种消毒作用。关于低频电磁辐射对人体伤害，科学家意见尚不统一。YTTW电缆无电磁污染，因为铜护套是非高导磁
26、媒体，能阻止电磁波辐射，因此其周围无电磁污染。2、YTTW电缆在火灾中。许多电气设备材质在未燃烧时，对周围环境的污染是不大的，但是在燃烧后会严重污染环境，主要产生浓烟、毒雾等有害气体。YTTW电缆大火燃烧中，是无烟无毒气体产生。前面已讲过，构成该电缆的物质都是不能燃烧的无机物，燃烧中无烟，没有毒气，也不含有重金属镉、铅、汞等，且不助燃，即燃烧能量为零，可燃时间为“0”秒。燃烧中也无任何刺激性气味产生，因此它在燃烧中，可以说其毒性指数为“0”，环境污染指数为“0”。3、YTTW电缆节能情况YTTW电缆不能直接节能，但它能间接节能，其一，根据它具有耐高温稳定性，因此它有较大的载流量能力，也就是在导
27、体截面相等的条件下，其载流量至少可以放大一个档次。其二，采用铜护套作为PE线（规范允许），四芯电缆可以代替五芯电缆。电缆体积也缩小了。其三，由于电缆本质好，使用中不会故障，不会连锁引发火灾，这种间接节能效益是无法估量的。其四，使用寿命长，至少是普通电缆的23倍，这种方式的节能也是无法估量的。同时节能本身也是一种环保。4、YTTW电缆报废后物质废弃后，能否大量回收以及不污染环境也是环保的一个重要标志。YTTW电缆，基本上是满足这个要求的，报废后，铜可以全部回收，无机绝缘材料不含有污染环境物质存在，将来也有可能将它重复使用。以上分析，YTTW电缆，相对别的电缆来说。具有1、电气特性优越；2、耐火性能特好；3、有较好的间接节能；4、具有很好的环保性能，因此可以称其为“绿色”产品。由于笔者对非磁性金属护套防火电缆认识有限，同时知识有限，难免会有不足与错误之处，如果发生误导请专家批评指正，万分感谢。
