層、超高層建筑消防電纜的選擇
隨著我國社會經濟的迅速發展，越來越多的高 層住宅樓、寫字樓、商廈、娛樂場所等林立于城市之間。據有關部門統計，北京市已建成的各類高層（１０層以上）建筑達４０００多幢；廣州目前大約有７０００ 多棟高層建筑，１００m以上超高層建筑就有３６０多棟，居民住宅約有十幾幢；上海市高層建筑總量超過５０００多幢，其中１００m以上的超高層建筑有１６０ 余幢。高樓大廈的大量涌現，為城市的經濟建設、商業繁榮、環境繁華、人口聚集帶來生機與活力，但同時也給消防工作帶來了困擾和危機。由于導致高層、超高層 建筑發生火災的因素較多，撲救難度大，因此高層、超高層建筑應立足于自防自救，采取可靠的防火措施，選用可靠的防火電纜，以達到預防火災、逃生自救的目 的。從以往火災案例中可以看到，高層建筑一旦發生火災，往往會造成嚴重的傷亡事故和經濟損失，如１９７４年巴西勝保羅２５層的“焦瑪”大樓火災，燒死 ２２７人，燒傷３００人；１９８０年美國２７層的米高梅飯店火災，燒死８４人，燒傷６７９人；１９８５年我國天鵝賓館火災造成１０人死亡；２０１０年１１ 月１５日上海膠州路高層建筑火災，造成５８人死亡。可見高層、超高層建筑的火災危險性是很大的。
現行《高層民用建筑設計防火規范》及《民用建筑電氣設計規范》對高層民用建筑電氣防火電纜的選擇作了嚴格規定，對建筑高度超過１００m的高 層建筑，即所謂超高層建筑，其消防供電干線及支線應采用礦物絕緣電纜，對于高層一類建筑，其消防供電干線及支線宜采用礦物絕緣電纜。
1 概述
礦物絕緣電纜（Ｍｉｎｅｒａｌ Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ ｃａｂｌｅｓ）簡稱ＭＩ電纜，是在同一金屬護套內，由經壓縮的礦物粉絕緣的一根或數根導體組成的電纜。由于絕緣物質采用壓縮的氧化鎂，所以國內也有人稱氧化鎂絕緣電纜或防火電纜（見圖1、圖2）。
這種電纜在國外開發較早，早在１９世紀末一位瑞士人ＲＡＮＣＯＩＳ ＢＯＲＥＬ就研發出礦物絕緣電纜，并于１８９６年獲得專利 權，１９３４~１９３６年，法、英相繼正式投入生產，到20世紀70年代中葉僅電力用礦物絕緣配線電纜（Ｗｉｒｉｎｇ Ｃａｂｌｅｓ）在世界范圍的銷售量 就達五萬公里以上。由于應用的不斷擴大，目前一些主要的工業國家，如英、美、加、法、意、澳等，都有大規模的生產。一些國際性組織和國家的標準、規范、法 規等也規定或推薦在某些場所和部位需要使用礦物絕緣電纜，尤其對安全要求特別高和環境條件特別惡劣的場所。
2 礦物絕緣配線電纜主要特性介紹
（1）耐火
由于電纜的全部結構材料僅由銅和氧化鎂所構成，氧化鎂實際上是一種優良的耐火材料，高溫的絕緣性能也很好，因此電纜可在接近銅的熔點溫度下 繼續運行，試驗證明在９５０℃～１０００℃可持繼３個小時不損壞。國外的很多實際火災現場也充分證明經火災后所有電纜中，僅有礦物絕緣電纜還完好無損。圖 3的照片是一個英國油漆試驗室在一次災難性火災后的情況，只有礦物絕緣電纜完好無損（頭部是切開檢查電纜的），其它電纜全部燒毀。
（2）耐高溫、不老化、壽命長
電纜可在２５０℃下連續長時間使用，壽命達數百年，由于電纜全部由無機材料構成，它不會老化，更不會引發和傳播火種，實際上它是一種真正“安全型”的電纜，在高溫環境下長期使用，可作為為首選品種。
（3）無煙、無鹵，安全、環保，不會釋放任何有害氣體和煙霧
在過載和火燒的情況下，它不會放出任何有害氣體和煙霧，這對火災條件下確保人員（包括消防人員）安全至關重要。對確保儀器、設備及房屋不受酸氣的侵害也是很重要的。
（4）載流量大、耐過載能力強
氧化鎂絕緣材料的導熱系數遠大于有機絕緣材料，散熱好。因此對于相同截面的電纜而言，礦物絕緣電纜能比有機絕緣電纜輸送更大的電流。由于其 它有機絕緣電纜在消防系統中使用必須加以保護，如穿管或暗敷，這樣在相同的載流量的條件下，礦物絕緣電纜起碼可比其它電纜減少１~２個以上截面等級使用。
（5）防水、耐腐蝕
因礦物絕緣電纜的銅護套是無縫的金屬管，它不透水、油和氣體。它完全可以在水中敷設長期使用，英國泰晤士河中一根礦物絕緣電纜使用了２５年 時檢查，電纜完好無損。因為銅具有極好的耐腐性能，在大多數情況下，它不需要采取任何附加的保護措施，在特殊情況下，如在某些對電纜銅護套有腐蝕作用的場 合使用時，可在電纜外面再套上一層塑料外套。
（6）節能
由于礦物絕緣電纜導體采用的材料是Ｔ２純紫銅，護套采用的也是磷脫氧的純紫銅，含銅量高，因此相同截面的電纜，導體直流電阻小，線路損耗少，安全節能。
（7）安裝方便、美觀大方
由于礦物絕緣成品電纜是經完全退火的，所以它有很好的柔軟性，它可以彎成各種復雜形狀而不損壞電纜，在電纜安裝敷設中可使用專用工具，施工方便，沿墻敷設特別美觀。
在相同的載流量條件下，礦物絕緣電纜的外徑比其它類型電纜的外徑要小得多，重量輕得多，這就意味著對安裝敷設及舊線路的改造帶來極大的方便。
3 超高層建筑采用礦物絕緣電纜的可行性
（1）結構偏移得到安全論證
由于超高層建筑建筑高度多為２５０~６００ｍ，甚至更高的特點，因此具有隨風漂移的特性，其豎向干線采用ＭＩ電纜將使電纜的中間聯結器長期處于振動狀態，為了驗證ＭＩ電纜的中間連接器在振動狀態下的可靠性，有設計公司于２０１０年３月在上海電線電纜研 究所對ＭＩ電纜中間聯結器在超高層建筑中應用做了一次模擬振動試驗。試驗的目的是在模擬風荷載作用下驗證ＭＩ電纜的防潮性能，尤其是電纜聯結器的防潮性 能。試驗設備是上海電線電纜研究所專門為本次實驗定制的振動臺，振動臺的振動頻率為ｆ＝０．０１８５Ｈｚ，振幅為５０ｍｍ．振動頻率和振幅模擬風荷載下超 高層建筑的偏移量，并嚴于實際情況。
礦物絕緣電纜及中間聯結器按照上述實驗要求進行１h的振動后，將中間聯結浸入１m深的水中１０min，用ＺＣ－９０Ａ高絕緣電阻測量儀測量 電纜的絕緣電阻，電纜絕緣電阻變化不大，防潮性能完好。說明超高層建筑的漂移對ＭＩ電纜及中間聯結沒有影響，中間聯結質量可靠，可以放心用于超高層建筑 中。
（2）電壓降指的是線路首端與末端的電壓相量差。由于超高層建筑供電距離長，所以電纜設計時必須考慮電壓降的計算。
電壓降根據下列條件計算：①導線溫度；②環境溫度；③電纜排列（單芯）；④功率因數；⑤末端允許降壓降±５％.
根據１９９１年華夏出版社出版的上海電纜研究所編制的《礦物絕緣電纜》中顯示，對于三相線路可按下式計算：
Ｕ＝Ｉ?Ｒ?Ｌ?Ａ（1）
式（1）中：Ｕ—線路電壓降，Ｖ；
Ｒ—線芯電阻，Ω/ｍ；
Ｌ—線路長度，ｍ；
Ａ—與負荷有關的電壓降修正系數.
其中Ｒ值可根據２０℃時銅線芯電阻率為０．０１７２４１Ωｍｍ２/ｍ計算得出，也可從礦物絕緣電纜產品標準中查出。
Ａ值，對于敞開敷設的電纜值如表1所示。
例１：在三相交流線路中，使用７０ｍ長４×２５ｍｍ２的電纜，電流負荷１００Ａ，其電壓降計算如下。
計算或由礦物絕緣電纜產品標準中查得，Ｒ＝０．０００６９Ω/ｍ.
由表2中查得，４×２５ｍｍ２電纜在三相線路中，其額定電流為１１０Ａ.
１００/１１０≈０．９，故Ａ選用１．１８
電壓降Ｕ＝１００×０．０００６９×７０×１．１８＝５．７Ｖ
例２：在三相交流線路中，使用１５ｍ長３×６ｍｍ２的聚氯乙烯護層電纜，電流負荷３６Ａ，其電壓降計算如下：
計算或由礦物絕緣電纜產品標準中查得Ｒ＝０．０００２８７４Ω/ｍ，查表2其額定電流為４８Ａ，
３６/４８＝０．７５，故Ａ＝１．１５
電壓降Ｕ＝３６×０．００２８７４×１５×１．１５＝１．７８Ｖ
對于單相線路，相線和中線形成回路，相當于電流往返，故式（1）還應乘２，即：Ｕ＝Ｉ?Ｒ?Ｌ?Ａ×２（2）
例３：在單相交流線路中，使用２５ｍ長輕載２×４ｍｍ２的電纜，電流負荷２３Ａ，其電壓降計算如下：
計算或由礦物絕緣電纜產品標準中查得Ｒ＝０．００４３１Ω/ｍ，
從表2中查得，輕載２×４ｍｍ２額定載流量為３８Ａ，
２３/３８＝０．６，則Ａ＝１．１２
電壓降Ｕ＝２３×０．００４３１×２５×１．１２×２＝５．５Ｖ
意大利Ｃ．Ｍ．Ｉ公司根據電纜在交流線路中的電阻和電感計算出在不同敷設條件及不同使用溫度下各種規格礦物絕緣電纜的電壓降（見表２~５）。
各種防火電纜壓降的計算比較：
１）礦物絕緣電纜（ＢＴＴＺ）：在三相交流線路中，采用礦物絕緣電纜ＢＴＴＺ，額定電流２６８Ａ，４×（１×１２０）呈品字型敷設，其長度的計算為：
△Ｕ＝ｋ×Ｉ×Ｌ×Ｖ０
三相線路Ｋ＝１．７３，考慮５％的壓降，則△Ｕ＝１９Ｖ，同時查得Ｖ０＝０．３４
１９＝１．７３×２６８×０．３４×Ｌ
Ｌ＝１２０m
２）云母絕緣電纜（ＹＴＴＷ、ＢＴＬＶ或ＮＧ－Ａ）：在三相交流線路中，采用云母絕緣電纜，額定電流２６８Ａ， ４×１２０）明敷設，其長度的計算為：
△Ｕ＝ｋ×Ｉ×Ｌ×Ｖ０
三相線路Ｋ＝１．７３，考慮５％的壓降，則△Ｕ＝１９Ｖ，同時查生產企業樣本得Ｖ０＝０．３７
１９＝１．７３×２６８×０．３７×Ｌ
Ｌ＝１１０m
比較兩種控制發現，云母絕緣的電纜ＹＴＴＷ，ＢＴＬＶ（ＮＧ－Ａ）理論上可以生產幾百米，但其壓降大，只能用１１０m，如果要用１２０m，末端電壓就無法啟動消防設備。反之，礦物絕緣電纜可以比ＢＴＬＶ使用的線路更長，因而礦物絕緣電纜更適合在高層建筑中消防線路中使用。
（3）中間聯結的防火性：由于礦物絕緣電纜具有非常優秀的耐火、耐高溫性能，這也是ＭＩ電纜在消防系統中使用的原因。但礦物絕緣電纜由于原 材料因素的影響，造成長距離線路可能根據線路的要求設置中間聯結，對于中間聯結的防火性，目前的生產廠家都能通過ＢＳ６３８７英國消防檢驗標準，即不但能 承受１０００℃ ３h的火災實驗，而且能同時承受消防水碰淋及重物跌落的沖擊。國家標準圖集《礦物絕緣電纜敷設》０９Ｄ１０１－６，也有針對中間聯結的制作方法。因此，礦 物絕緣電纜中間聯結同樣適合在消防線路中使用。
4 高層建筑消防用配電線路的選擇及敷設
超高層建筑的軟肋是火災危險，因此《民用建筑電氣設計規范》在第１３．１０．４條中對消防設備供電及控制導線的選擇有明確的規定，同時規定火災時消防設備持續運行時間要求和電纜選擇及敷設方式。各種消防設備的配電線路及敷設方式如下：
（1）消火栓泵、消防電梯、消防泵房、防排煙設備和消防控制中心的備用照明，火災時持續運行時間為３ｈ，應采用氧化鎂礦物絕緣電纜配電，３５ｍｍ２及以上采用吊架安裝，２５ｍｍ２及以下可沿電纜橋架安裝。
（2）噴淋水泵火災時持續運行時間為１ｈ，如噴淋水泵與消防火栓泵共用水泵房，持續運行時間應按３ｈ設置。噴淋水泵和相應機房備用照明，火災時持續運行時間大于１ｈ，選擇ＮＨ型耐火電纜也可，采用氧化鎂礦物絕緣電纜更合理。當采用耐火電纜時，應采用防火橋架敷設。
5 國內超高層建筑消防線路應用礦物絕緣電纜的情況
在大連舉辦的中國建筑學會建筑電氣分會２０１０年會暨超高層建筑電氣設計高峰論壇上，設計師們介紹了近幾年中國超限高層建筑中采用了礦物絕 緣電纜的應用，如建筑高度６３２m的上海中心，消防線路和控制線路采用了礦物絕緣電纜；建筑高度６００m的廣州塔，其消防設備供電干線采用礦物絕緣耐火電 纜；建筑高度６４６m的深圳平安金融中心、建筑高度３５８m的天津中鋼國際廣場項目，其消防設備供電干線采用礦物絕緣耐火電纜，還有高度３３６．９m的天 津津塔、４６０m高的廣州西塔其消防設備供電干線采用礦物絕緣耐火電纜等；從已經應用的情況來看，礦物絕緣電纜質量穩定，性能安全可靠。
6 結束語
通過以上分析可以得出以下結論：礦物絕緣電纜非常適合在超限高層建筑中廣泛使用；超限高層建筑消防線路采用礦物絕緣電纜是解決消防自救的優化設計。
參考文獻
1 李炳華.徐學民.吳生庭.林清霖.張巧玲.朱力陽.劉文坤.《超高層建筑鋼結構偏移對礦物絕緣電纜的影響》.《建筑電氣》2010；06
2 杜毅威.《礦物絕緣電纜在建筑工程中的應用》.《建筑電氣》2010；04
3 邢本仁.寧國昕.楊震球.季相發.《礦物絕緣電纜》.上海電纜研究所
關鍵詞： 超高層建筑 礦物絕緣電纜 防火安全
湘公網安備43011102000873號
