矿物绝缘电缆在超高层建筑中的应用

北京银建建设工程管理有限公司      韩军旺

一、工程概况

北京绿地中心工程位于北京市朝阳区崔各庄，东北五环与机场高速交汇点的西南角大望京商务区内。本项目为由超高层、多层两个栋号组成的集商业、商务、公寓为一体的多功能群体建筑，建成后将成为机场到京城的国门标志性建筑，总建筑面积为173079.35平米，其中地上建筑面积118849.35 m²，地下建筑面积54230 m²。地上55层，总高度260米，地下5层。

图1  效果图

本工程由市政引入两路10KV供电电源，当一路电源发生故障时，另一个电源不应同时受到损坏。两路10kV供电电源引至地下一层的电缆分界室，后再由分界室引入地下二层1#总变配电室下的电缆夹层最终至高压进线柜。

本工程总设备容量为：

Pe=26711.8 kW（不含火灾时投入的消防专用设备，其中：照明16254kW，电力5697.9kW，空调4362kW，其它502kW）

Pj=15639.7kW 选用8台2000kVA和6台1000kVA户内型干式变压器。总装机容量为22000kVA，干式变压器接线为D,Yn11，Uk= 4 %。

为了保证超高层建筑中供配电系统的干线电缆的可靠稳定性，本工程干线电缆采用矿物电缆（即矿物绝缘电缆）。

二、矿物绝缘电缆简介

矿物绝缘电缆以高导电率的导电线芯（熔点1083℃）、矿物绝缘材料（氧化镁，熔点2800℃）、铜护套（熔点1083℃）为基本结构组成，当电缆需要防腐处理时可外加一层聚氯乙烯。

图2  矿物电缆截面图

三、矿物绝缘电缆的特点

1、完全防火

矿物电缆自身完全不燃烧，同时也不会引发火源。即使在有火焰烧烤的情况下，只要火焰温度低于铜的熔点温度，火焰消除后电缆无需更换仍可继续使用。在被火焰烧烤的情况下不会产生有毒的烟雾和气体。

2、过载保护能力强

线路过载时，只要发热达不到铜的熔点温度，电缆不会受损。即使瞬间击穿，击穿处氧化镁晶体也不会形成碳化物，过载消除后，电缆性能不会产生变化，仍可继续正常使用。

3、工作温度高

由于绝缘层氧化镁晶体的熔点温度远高于铜的熔点温度，因而电缆最高正常工作温度可达250℃，短期内可在接近铜的熔点温度1083℃下继续运行。

4、防腐、防爆性能好

由于采用无缝铜管作护套，所以矿物电缆具有防水、潮气、油和一些化学物质侵害的性能，铜管具有相当的机械强度故有较好的防爆性能。

5、使用寿命长

矿物电缆全部由无机材料构成，因而不存在绝缘老化，使用寿命可达到普通电缆的3倍以上。

6、敷设灵活性较大

矿物电缆可以与普通电缆敷设在桥架上，同时也可以采用专用支架明敷，比普通电缆敷设更具灵活性，也节省了电缆桥架的投入，可以降低工程整体造价。

四、矿物绝缘电缆的施工方法

 1、敷设方式

（1）沿电缆桥架敷设

电缆沿电缆桥架敷设包括沿桥架水平敷设和垂直敷设。敷设时，若桥架内全部是矿物绝缘电缆，则不必考虑电缆本身的防火、阻火措施。电缆沿桥架垂直敷设时可采用铜线绑扎固定，也可采用电缆卡子固定（见图3、图4）。

图3电缆沿桥架水平敷设

图4 电缆沿桥架垂直敷设

（2）沿墙面及平顶敷设

首先必须将矿物绝缘电缆矫直，而后再牢靠地固定于墙面或平顶上。做好后应是整齐、美观，其固定间距应符合规定的要求。遇到转弯处，电缆弯曲半径应符合要求，在弯头两侧100mm处均应用电缆卡子固定。

各种规格电缆同时敷设时，电缆弯曲半径均按最大直径电缆的弯曲半径进行弯曲、整齐敷设。

（3）暗埋于墙内敷设

必须在墙内凿沟槽后再敷设固定电缆。当电缆敷设好后，经绝缘测试合格后立即抹上防裂泥灰，以保护电缆不受伤，在天花板平顶上暗敷也可按此方法敷设电缆，但在开沟槽时，不得损伤建筑结构的安全。

电缆在墙内的固定，可采用膨胀螺栓埋进墙中，用电缆卡子卡住电缆。

2、现场运输

现场施工时，矿物绝缘电缆的搬运可采用人工搬运。

3、电缆放设

（1）核对规格、型号、数量，一盘电缆中涉及到多根或多个回路时，先放长线，后放短线；

（2）在相同走向敷设时，根据电缆分岔口位置由近到远逐根布线，以免电缆交叉而影响美观；

（3）电缆硬度较大，在放线过程中，边放边整直，以减小下步整理的难度；

（4）电缆的弯曲：

电缆的弯曲使用专用的电缆弯管器,弯曲半径为20D, 在桥架T形弯、L型弯、穿越墙洞、电气竖井、进出配电柜箱等弯曲度大、空间狭小处敷设时要注意敷设时应用力均衡，不可使用普通工具或人工强行弯曲，避免免在操作中损伤电缆铜护套,电缆的弯曲示意图如图5所示:

图5  电缆弯曲示意图

（5）每放完一根，要及时对其端头进行封堵。

4、线路整理

线路的整理包括整线、固定和挂铭牌。

（1）整理的方法是先将电缆按回路分开，整直每根电缆，然后将电缆按要求的间距进行固定。若回路出现了三根或是四根，则整直后捆绑在一起，每整好一路再敷设另一路，以免搞错。整理时应从上至下、从前至后、从始至末逐段进行。在转弯处，将电缆按规定的半径进行弯曲。

（2）固定可用铜卡，或用铜、铁扎线绑扎固定。为做到整齐美观，整个电缆的走向，应全部为平行走向，转弯处的弯曲半径一致，固定点尽量做到整齐，且间距都必须符合规定要求。如果敷设在槽架内，同样也应全部整理平直，不应出现交叉重叠无序堆放现象，弯曲处按槽架的弯曲度进行弯曲。

（3）整理结束后，进行相序核对，然后在电缆两端挂上铭牌，铭牌上标有电缆回路编号、型号、规格、起始端、相位（三相单芯）等。

图6 电缆的线路整理

5、电缆的中间连接

由于矿物绝缘电缆生产长度受电缆原材料（铜护套用铜管的长度）长度的限制，所以在电缆敷设安装过程中，需采用中间联接器将二根相同规格电缆联在一起，以保证满足线路长度的需要。该联接器的两端均由内螺纹无缝铜管、黄铜罐或热缩性套管、铜压接管和绝缘热收缩套管所组成，电缆连接的结构如图7所示。电缆的中间连接有直通式中间连接和接线箱式中间连接两种，一般情况下均采用直通式单芯中间连接, 直通式中间连接主要由绝缘密封终端、中间端子和中间连接器四部分构成，连接方式详见图8所示。

1.矿物绝缘电缆 2.封套螺母 3.压缩环 4.封套本体 5.密封罐 6.密封料 7.罐盖 8.磁套管 9.电缆芯线 10.螺丝压紧式中间连接管 11.螺丝 12.直通式连接黄铜管

图7 中间连接器结构图

图8 直通式电缆连接结构图

1压盖螺母     2压缩环     3压缩本体   4热收缩绝缘套管   5铜套管    6镀锡铜接管

6、矿物电缆的终端头

矿物电缆在安装使用时，需采用一种永久性的终端联接器。终端有两种作用：一是使电缆绝缘材料（氧化镁）与外界隔离起密封用途，二是将电缆联接到开关柜或用电设备上。施工时应做好防潮措施，先将矿物电缆截掉一段（0.1m～0.2m），然后将矿物电缆铜外套剥切，使其露出芯线长度符合要求，接着用力将密封罐的阴螺纹其拧到矿物绝缘电缆上，使其连接牢固，然后再用喷灯驱潮（大约1m 长一段），驱潮时间凭经验掌握，停止驱潮后，当矿物电缆被驱潮段的温度到手可以触摸但又有较高温度时，测试矿物电缆的绝缘电阻达到200MΩ 以上时即将封端口朝上，注入密封胶，装好罐盖，对外露芯线加套热收缩绝缘套管。放置24 小时，待密封胶稳定固化，该封端完成，电缆终端及配件连接见图9。

图9  矿物电缆终端头结构图

1.封套本体 2.束紧螺母 3. 封套螺母4压缩环 5.密封罐 6.密封料 7.罐盖 8.接地铜片 9.支架或壳体 10. 矿物绝缘电缆 11.热缩管 12电缆芯线 13.压接型接线端子 14.压接坑

五、矿物绝缘电缆施工质量控制

1、矿物电缆头制作的质量控制

　　矿物电缆在敷设中，电缆头的制作是其中重要的环节。在敷设完毕后摇测绝缘电阻时，出现阻值过低的情况中有80％是由电缆头制作过程中出现的质量缺陷造成的，所以其电缆头制作过程中的质量控制就显得更加重要。

　1）中间接头制作中的质量控制

　  导线制作时，要彻底清除粉末杂物，以免影响密封效果。使用封口膏或硅胶时不得有污染杂物混入，在拧封口杯时扣丝要准确，用力要均匀，切不可蛮干。在多芯电缆中间头制作中应特别注意：在接头之前应仔细核对各线芯对应的相位以避免相位连接出错，在接头中不同相的线芯连接部位应错开，填充绝缘密封物时应保证密实，以保证各相之间绝缘。

　2）终端头的制作

　　密封前电缆必须要用500V摇表测量绝缘电阻，其阻值大于100MΩ才可进行密封。密封过程应保证密封填料干净无杂物侵入，密封严密。对于多芯矿物电缆终端头应特别注意，安装过程中应保证线芯之间、线芯与铜护套之间的间距和绝缘。

　　矿物电缆在终端头和中间头安装之后，应再进行一次绝缘摇测。在实际测量时兆欧表的指针应指向∞，这时说明电缆线路性能良好。若测量时发现阻值下降，则应找出故障点。通常故障点都处于接头处，此时应拆除接头并进行除湿直到其绝缘阻值恢复，再重新制作接头。

2、矿物电缆防潮除湿的质量控制

　　由于矿物电缆中作为绝缘体的氧化镁晶体粉末是一种吸潮率非常高的材料，所以在电缆运输、敷设过程中容易造成氧化镁晶体粉末受潮，造成电阻大幅降低；另外在电缆中间、终端接头制作时要截断电缆，此时也会造成氧化镁晶体粉末受潮。针对这些情况现场应有相应的处理办法。通常有以下两种情况：

1）电缆受潮端头的除湿法

　　在电缆端头处，一般情况下潮气侵入范围为300－400mm，但是若电缆端头未作临时密封长时间曝露在空气中，潮气能侵入1m左右。这时可将电缆受潮尾端斜向上并用汽油喷灯从离电缆端头约1m处向外进行文火烘烤去湿，使电缆氧化镁内的潮气由里向外逐渐散发，操作时火焰要缓慢移动，做到均匀加热，注意要将铜护套表面温度控制在200℃以内，将潮气排除。若在一端烘烤后测量绝缘电阻的阻值上升不大，应用相同方法继续烘烤电缆的另一端，直至绝缘电阻值合格为止。

2）电缆铜护套损伤的查找与修复

在施工中电缆中间部分的铜护套出现破裂的情况，其查找修复方法是：首先，若电缆两端的绝缘层经过文火去湿后绝缘阻值无上升或变化不大的情况下，才能确定为中间段故障，可用文火对电缆全长进行烘烤并用万用表高阻档进行查找。具体方法是：将万用表调至高阻档，表头一端接电缆线芯，另一端接外护套，用喷灯沿该电缆首端进行文火烘烤加热，并观察指针读数变化，若指针在烘烤某一部位时读数变化很大，则故障点可确定在此，之后锯断电缆并用文火烘烤除湿，除湿后再检测绝缘值是否合格，阻值合格后再使用中间接头将电缆连接起来。

六、结束语

随着城市化进程的加快，一栋栋超高层建筑在城市建筑中拔地而起。矿物绝缘电缆在超高层建筑中的应用也将越来越广泛。掌握好矿物绝缘电缆的特点及施工方法，必将对我们今后的监理工作带来很大的便利，同时也将为工程质量带来强有力的保障。

2015年10月