层、超高层建筑消防电缆的选择
随着我国社会经济的迅速发展，越来越多的高 层住宅楼、写字楼、商厦、娱乐场所等林立于城市之间。据有关部门统计，北京市已建成的各类高层（１０层以上）建筑达４０００多幢；广州目前大约有７０００ 多栋高层建筑，１００m以上超高层建筑就有３６０多栋，居民住宅约有十几幢；上海市高层建筑总量超过５０００多幢，其中１００m以上的超高层建筑有１６０ 余幢。高楼大厦的大量涌现，为城市的经济建设、商业繁荣、环境繁华、人口聚集带来生机与活力，但同时也给消防工作带来了困扰和危机。由于导致高层、超高层 建筑发生火灾的因素较多，扑救难度大，因此高层、超高层建筑应立足于自防自救，采取可靠的防火措施，选用可靠的防火电缆，以达到预防火灾、逃生自救的目 的。从以往火灾案例中可以看到，高层建筑一旦发生火灾，往往会造成严重的伤亡事故和经济损失，如１９７４年巴西胜保罗２５层的“焦玛”大楼火灾，烧死 ２２７人，烧伤３００人；１９８０年美国２７层的米高梅饭店火灾，烧死８４人，烧伤６７９人；１９８５年我国天鹅宾馆火灾造成１０人死亡；２０１０年１１ 月１５日上海胶州路高层建筑火灾，造成５８人死亡。可见高层、超高层建筑的火灾危险性是很大的。
现行《高层民用建筑设计防火规范》及《民用建筑电气设计规范》对高层民用建筑电气防火电缆的选择作了严格规定，对建筑高度超过１００m的高 层建筑，即所谓超高层建筑，其消防供电干线及支线应采用矿物绝缘电缆，对于高层一类建筑，其消防供电干线及支线宜采用矿物绝缘电缆。
1 概述
矿物绝缘电缆（Ｍｉｎｅｒａｌ Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ ｃａｂｌｅｓ）简称ＭＩ电缆，是在同一金属护套内，由经压缩的矿物粉绝缘的一根或数根导体组成的电缆。由于绝缘物质采用压缩的氧化镁，所以国内也有人称氧化镁绝缘电缆或防火电缆（见图1、图2）。
这种电缆在国外开发较早，早在１９世纪末一位瑞士人ＲＡＮＣＯＩＳ ＢＯＲＥＬ就研发出矿物绝缘电缆，并于１８９６年获得专利 权，１９３４~１９３６年，法、英相继正式投入生产，到20世纪70年代中叶仅电力用矿物绝缘配线电缆（Ｗｉｒｉｎｇ Ｃａｂｌｅｓ）在世界范围的销售量 就达五万公里以上。由于应用的不断扩大，目前一些主要的工业国家，如英、美、加、法、意、澳等，都有大规模的生产。一些国际性组织和国家的标准、规范、法 规等也规定或推荐在某些场所和部位需要使用矿物绝缘电缆，尤其对安全要求特别高和环境条件特别恶劣的场所。
2 矿物绝缘配线电缆主要特性介绍
（1）耐火
由于电缆的全部结构材料仅由铜和氧化镁所构成，氧化镁实际上是一种优良的耐火材料，高温的绝缘性能也很好，因此电缆可在接近铜的熔点温度下 继续运行，试验证明在９５０℃～１０００℃可持继３个小时不损坏。国外的很多实际火灾现场也充分证明经火灾后所有电缆中，仅有矿物绝缘电缆还完好无损。图 3的照片是一个英国油漆试验室在一次灾难性火灾后的情况，只有矿物绝缘电缆完好无损（头部是切开检查电缆的），其它电缆全部烧毁。
（2）耐高温、不老化、寿命长
电缆可在２５０℃下连续长时间使用，寿命达数百年，由于电缆全部由无机材料构成，它不会老化，更不会引发和传播火种，实际上它是一种真正“安全型”的电缆，在高温环境下长期使用，可作为为首选品种。
（3）无烟、无卤，安全、环保，不会释放任何有害气体和烟雾
在过载和火烧的情况下，它不会放出任何有害气体和烟雾，这对火灾条件下确保人员（包括消防人员）安全至关重要。对确保仪器、设备及房屋不受酸气的侵害也是很重要的。
（4）载流量大、耐过载能力强
氧化镁绝缘材料的导热系数远大于有机绝缘材料，散热好。因此对于相同截面的电缆而言，矿物绝缘电缆能比有机绝缘电缆输送更大的电流。由于其 它有机绝缘电缆在消防系统中使用必须加以保护，如穿管或暗敷，这样在相同的载流量的条件下，矿物绝缘电缆起码可比其它电缆减少１~２个以上截面等级使用。
（5）防水、耐腐蚀
因矿物绝缘电缆的铜护套是无缝的金属管，它不透水、油和气体。它完全可以在水中敷设长期使用，英国泰晤士河中一根矿物绝缘电缆使用了２５年 时检查，电缆完好无损。因为铜具有极好的耐腐性能，在大多数情况下，它不需要采取任何附加的保护措施，在特殊情况下，如在某些对电缆铜护套有腐蚀作用的场 合使用时，可在电缆外面再套上一层塑料外套。
（6）节能
由于矿物绝缘电缆导体采用的材料是Ｔ２纯紫铜，护套采用的也是磷脱氧的纯紫铜，含铜量高，因此相同截面的电缆，导体直流电阻小，线路损耗少，安全节能。
（7）安装方便、美观大方
由于矿物绝缘成品电缆是经完全退火的，所以它有很好的柔软性，它可以弯成各种复杂形状而不损坏电缆，在电缆安装敷设中可使用专用工具，施工方便，沿墙敷设特别美观。
在相同的载流量条件下，矿物绝缘电缆的外径比其它类型电缆的外径要小得多，重量轻得多，这就意味着对安装敷设及旧线路的改造带来极大的方便。
3 超高层建筑采用矿物绝缘电缆的可行性
（1）结构偏移得到安全论证
由于超高层建筑建筑高度多为２５０~６００ｍ，甚至更高的特点，因此具有随风漂移的特性，其竖向干线采用ＭＩ电缆将使电缆的中间联结器长期处于振动状态，为了验证ＭＩ电缆的中间连接器在振动状态下的可靠性，有设计公司于２０１０年３月在上海电线电缆研 究所对ＭＩ电缆中间联结器在超高层建筑中应用做了一次模拟振动试验。试验的目的是在模拟风荷载作用下验证ＭＩ电缆的防潮性能，尤其是电缆联结器的防潮性 能。试验设备是上海电线电缆研究所专门为本次实验定制的振动台，振动台的振动频率为ｆ＝０．０１８５Ｈｚ，振幅为５０ｍｍ．振动频率和振幅模拟风荷载下超 高层建筑的偏移量，并严于实际情况。
矿物绝缘电缆及中间联结器按照上述实验要求进行１h的振动后，将中间联结浸入１m深的水中１０min，用ＺＣ－９０Ａ高绝缘电阻测量仪测量 电缆的绝缘电阻，电缆绝缘电阻变化不大，防潮性能完好。说明超高层建筑的漂移对ＭＩ电缆及中间联结没有影响，中间联结质量可靠，可以放心用于超高层建筑 中。
（2）电压降指的是线路首端与末端的电压相量差。由于超高层建筑供电距离长，所以电缆设计时必须考虑电压降的计算。
电压降根据下列条件计算：①导线温度；②环境温度；③电缆排列（单芯）；④功率因数；⑤末端允许降压降±５％.
根据１９９１年华夏出版社出版的上海电缆研究所编制的《矿物绝缘电缆》中显示，对于三相线路可按下式计算：
Ｕ＝Ｉ?Ｒ?Ｌ?Ａ（1）
式（1）中：Ｕ—线路电压降，Ｖ；
Ｒ—线芯电阻，Ω/ｍ；
Ｌ—线路长度，ｍ；
Ａ—与负荷有关的电压降修正系数.
其中Ｒ值可根据２０℃时铜线芯电阻率为０．０１７２４１Ωｍｍ２/ｍ计算得出，也可从矿物绝缘电缆产品标准中查出。
Ａ值，对于敞开敷设的电缆值如表1所示。
例１：在三相交流线路中，使用７０ｍ长４×２５ｍｍ２的电缆，电流负荷１００Ａ，其电压降计算如下。
计算或由矿物绝缘电缆产品标准中查得，Ｒ＝０．０００６９Ω/ｍ.
由表2中查得，４×２５ｍｍ２电缆在三相线路中，其额定电流为１１０Ａ.
１００/１１０≈０．９，故Ａ选用１．１８
电压降Ｕ＝１００×０．０００６９×７０×１．１８＝５．７Ｖ
例２：在三相交流线路中，使用１５ｍ长３×６ｍｍ２的聚氯乙烯护层电缆，电流负荷３６Ａ，其电压降计算如下：
计算或由矿物绝缘电缆产品标准中查得Ｒ＝０．０００２８７４Ω/ｍ，查表2其额定电流为４８Ａ，
３６/４８＝０．７５，故Ａ＝１．１５
电压降Ｕ＝３６×０．００２８７４×１５×１．１５＝１．７８Ｖ
对于单相线路，相线和中线形成回路，相当于电流往返，故式（1）还应乘２，即：Ｕ＝Ｉ?Ｒ?Ｌ?Ａ×２（2）
例３：在单相交流线路中，使用２５ｍ长轻载２×４ｍｍ２的电缆，电流负荷２３Ａ，其电压降计算如下：
计算或由矿物绝缘电缆产品标准中查得Ｒ＝０．００４３１Ω/ｍ，
从表2中查得，轻载２×４ｍｍ２额定载流量为３８Ａ，
２３/３８＝０．６，则Ａ＝１．１２
电压降Ｕ＝２３×０．００４３１×２５×１．１２×２＝５．５Ｖ
意大利Ｃ．Ｍ．Ｉ公司根据电缆在交流线路中的电阻和电感计算出在不同敷设条件及不同使用温度下各种规格矿物绝缘电缆的电压降（见表２~５）。
各种防火电缆压降的计算比较：
１）矿物绝缘电缆（ＢＴＴＺ）：在三相交流线路中，采用矿物绝缘电缆ＢＴＴＺ，额定电流２６８Ａ，４×（１×１２０）呈品字型敷设，其长度的计算为：
△Ｕ＝ｋ×Ｉ×Ｌ×Ｖ０
三相线路Ｋ＝１．７３，考虑５％的压降，则△Ｕ＝１９Ｖ，同时查得Ｖ０＝０．３４
１９＝１．７３×２６８×０．３４×Ｌ
Ｌ＝１２０m
２）云母绝缘电缆（ＹＴＴＷ、ＢＴＬＶ或ＮＧ－Ａ）：在三相交流线路中，采用云母绝缘电缆，额定电流２６８Ａ， ４×１２０）明敷设，其长度的计算为：
△Ｕ＝ｋ×Ｉ×Ｌ×Ｖ０
三相线路Ｋ＝１．７３，考虑５％的压降，则△Ｕ＝１９Ｖ，同时查生产企业样本得Ｖ０＝０．３７
１９＝１．７３×２６８×０．３７×Ｌ
Ｌ＝１１０m
比较两种控制发现，云母绝缘的电缆ＹＴＴＷ，ＢＴＬＶ（ＮＧ－Ａ）理论上可以生产几百米，但其压降大，只能用１１０m，如果要用１２０m，末端电压就无法启动消防设备。反之，矿物绝缘电缆可以比ＢＴＬＶ使用的线路更长，因而矿物绝缘电缆更适合在高层建筑中消防线路中使用。
（3）中间联结的防火性：由于矿物绝缘电缆具有非常优秀的耐火、耐高温性能，这也是ＭＩ电缆在消防系统中使用的原因。但矿物绝缘电缆由于原 材料因素的影响，造成长距离线路可能根据线路的要求设置中间联结，对于中间联结的防火性，目前的生产厂家都能通过ＢＳ６３８７英国消防检验标准，即不但能 承受１０００℃ ３h的火灾实验，而且能同时承受消防水碰淋及重物跌落的冲击。国家标准图集《矿物绝缘电缆敷设》０９Ｄ１０１－６，也有针对中间联结的制作方法。因此，矿 物绝缘电缆中间联结同样适合在消防线路中使用。
4 高层建筑消防用配电线路的选择及敷设
超高层建筑的软肋是火灾危险，因此《民用建筑电气设计规范》在第１３．１０．４条中对消防设备供电及控制导线的选择有明确的规定，同时规定火灾时消防设备持续运行时间要求和电缆选择及敷设方式。各种消防设备的配电线路及敷设方式如下：
（1）消火栓泵、消防电梯、消防泵房、防排烟设备和消防控制中心的备用照明，火灾时持续运行时间为３ｈ，应采用氧化镁矿物绝缘电缆配电，３５ｍｍ２及以上采用吊架安装，２５ｍｍ２及以下可沿电缆桥架安装。
（2）喷淋水泵火灾时持续运行时间为１ｈ，如喷淋水泵与消防火栓泵共用水泵房，持续运行时间应按３ｈ设置。喷淋水泵和相应机房备用照明，火灾时持续运行时间大于１ｈ，选择ＮＨ型耐火电缆也可，采用氧化镁矿物绝缘电缆更合理。当采用耐火电缆时，应采用防火桥架敷设。
5 国内超高层建筑消防线路应用矿物绝缘电缆的情况
在大连举办的中国建筑学会建筑电气分会２０１０年会暨超高层建筑电气设计高峰论坛上，设计师们介绍了近几年中国超限高层建筑中采用了矿物绝 缘电缆的应用，如建筑高度６３２m的上海中心，消防线路和控制线路采用了矿物绝缘电缆；建筑高度６００m的广州塔，其消防设备供电干线采用矿物绝缘耐火电 缆；建筑高度６４６m的深圳平安金融中心、建筑高度３５８m的天津中钢国际广场项目，其消防设备供电干线采用矿物绝缘耐火电缆，还有高度３３６．９m的天 津津塔、４６０m高的广州西塔其消防设备供电干线采用矿物绝缘耐火电缆等；从已经应用的情况来看，矿物绝缘电缆质量稳定，性能安全可靠。
6 结束语
通过以上分析可以得出以下结论：矿物绝缘电缆非常适合在超限高层建筑中广泛使用；超限高层建筑消防线路采用矿物绝缘电缆是解决消防自救的优化设计。
参考文献
1 李炳华.徐学民.吴生庭.林清霖.张巧玲.朱力阳.刘文坤.《超高层建筑钢结构偏移对矿物绝缘电缆的影响》.《建筑电气》2010；06
2 杜毅威.《矿物绝缘电缆在建筑工程中的应用》.《建筑电气》2010；04
3 邢本仁.宁国昕.杨震球.季相发.《矿物绝缘电缆》.上海电缆研究所
