柔性矿物质绝缘RTTZ（YTTW）防火电缆的技术发展旅程是怎么样的？

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，公司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护套
 

一、 RTTZ/YTTW电缆的结构与制造工艺

RTTZ/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。整个制造工艺均是在先进的机械化连续性中完成，不带有人为因素。
 

二、 RTTZ/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。RTTZ/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）。RTTZ/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RTTZ/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，弯曲半径小。

5、耐潮性特佳。

RTTZ/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、安装方便简单。

RTTZ/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、RTTZ/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。RTTZ/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　750V＞380V；

3、工频耐压　　　3500V，历时5min，不击穿；

4、高温状态耐压　750V，温度 950℃，持续时间9min，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 105℃－250℃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　　Ik1＝115

　XLPE电缆热稳定校验　　IK2＝143

无机绝缘电缆的热稳定很大，如：

RTTZ/YTTW电缆热稳定校验　　Ik3＝253

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IK3＞IK2＞IK1，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，RTTZ/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℃，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253。

（3）由于RTTZ/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，RTTZ/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　Rj＝Rθ（1＋YS＋YP）（1＋λ1）

式中：Rθ─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；

λ1─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240mm2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λ1，单芯与多芯区别很大，对于铜护套多芯电缆，铜损λ1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λ1引起导体电阻增加值（导体截面25-500mm2）约在1－10%范围内。第二种布置，三相平列布 置，当电缆轴距70mm，则λ1引起导体电阻增加值（导体截面25－500mm2）约在3－50%范围内。如果电缆轴距增加，铜损λ1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　　E＝IωM

式中：I－交流电（A）

　　　ω－角频率（ω＝2πf）

　　　M－单位长互感量（mH/km）。

每根电缆M的平均值　M＝ ln

式中：dMm＝dM－δM─ 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)；

　　　μo ─ 电感常数（μo＝4π10-7H/m）。

每根电缆的互感抗　　　XM = ωM

下面举一个实际计算例子：

某工程中采用YTTW－3*（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，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（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），dMM＝dM-δM＝24.85-0.9＝23.95（mm）

代入后　M＝

　　　　＝2 10-7 2.122＝0.4244 10-6H/m

电缆的互感抗　XM=ωM=2πf×0.4244×10-6

=133.26×10-6Ω/m

已知电缆长度300m，总感抗为：

X300＝133.26×10-6×300

　　＝0.04Ω

a、电缆在额定电流725A（查样本）时，自由端对地感生电压　　E1＝725×0.04＝29V

b、单相交流系统，铜护套之间感生电压

　　　　E2＝2E1＝29×2＝58Ω（大于安全电压）

C、三相交流系统，铜护套之间感生电压

　　　　E3＝ E1＝1.73×29＝50V

d、电缆短路状态，设短路电流30KA，自由端对地感生电压

Ek1＝30×103×0.04＝1200V

单相系统　　EK2＝2×30×103×0.04＝2400V

三相系统　　EK3＝ ×30×103×0.04＝2076V

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λ1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λ1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、单芯电缆三角形绑扎布置时铜损λ1较小，平列布置时铜损λ1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＝ I'l（RjCosΦ+XjSinΦ）

单相系统电压降：△U＝2I'l（RjCosΦ+XjSinΦ）

式中：　　Rj＝Rθ(1+Ys+Yp)(1+λ1)－交流电阻（Ω）；

Xj＝ωL－感抗（Ω）；

Rθ－导体在θ℃时的直流电阻（Ω）；

Ys－集肤效应；

Yp－邻近效应；

ω－角频率（ω＝2πf）；

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λ1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，150－400mm2电阻增加值可取 4－8%，400－500mm2取8－9%。平列布置，电缆轴距70mm时25－150mm2取13－36%，400－500mm2取41－49%。

交流电阻 Rj=Rθ(1+λ1)

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：μ0－电感常数（μ0＝4π10-7H/m）；

　　　　　ρ－导线等效半径（ρ＝0.799YL）；

　　　　 YL－导线半径（mm）；

　　　　 －导线轴距（mm）；

　　　　 －导线平均几何间距（mm）。

举例1、某消防电机采用4芯电缆YTTW－3*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Rθ＝0.2Ω/km。导体直径D＝12.4（mm），绝缘厚度1(mm)。

　　交流电阻Rj＝Rθ（1+YS+YP）(1+λ1),对于120mm2多芯电缆，YS，YP，λ1可忽略不计，所以

　　Rj＝Rθ＝0.2 10-3Ω/m

感抗　　Xj＝ωL，　L＝ ln

　电缆构造　 （不对称三角形） ,ρ=0.779 6.2=4.83

代入　L＝ H/m

感抗　Xj=2πf L=100π 2.47 10-7=775.58 10-7H/m

设Cosρ＝0.9,Sinφ＝0.435,工作电流Ij＝250A，

末端压降△U＝ Ijl（RjCosφ+XjSinφ）

＝1.73 250 200（0.2 0.9＋0.0776 0.435）0*10-3

　 ＝68500 （0.18+0.0338） 10-3＝18.5V＜19V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，Rθ＝0.2Ω/km，额定电流435A，导线直径D＝12.4（mm）

工作电流300A，平列布置　

交流电阻Rj＝Rθ（1+λ1）＝0.2（1+8%）＝0.216Ω/m

（由于铜损而电阻增加值取8%）

感抗　Xj＝ωL，L＝ ln ，

代入　L＝ ln ＝4.115 10-7H/m

　　　Xj＝2πf L=100π 4.115 10-7=0.129 10-3Ω/m

△ U＝ Ijl(0.216 0.9+0.129 0.435) 10-3

＝1.73 300 200 0.2505 10-3＝26V

　　　　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60－70%较妥。
 

四、 RTTZ/YTTW电缆的耐火特性。

（1）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） 耐火特性试验抽样或者出厂产品抽样都能通过A类：火焰温度950－1000℃，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）符合国际BS6387、BS8491指标要求。
 

五、RTTZ/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。RTTZ/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）RTTZ/YTTW电缆全系统具有耐火特性。

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。

六、 RTTZ/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。

1、RTTZ/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。RTTZ/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。RTTZ/YTTW电缆无电磁污染，因为铜护套是非高导磁媒体，能阻止电磁波辐射，因此其周围无电磁污染。

2、RTTZ/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。RTTZ/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、RTTZ/YTTW电缆节能情况

　 　RTTZ/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2－3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、RTTZ/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。RTTZ/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，RTTZ/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。

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