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核電站專用電纜的分類和有關(guān)的試驗(yàn)要求 - 無(wú)圖版
sanewcable --- 2011-01-17 10:30:28
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核電站電纜主要應(yīng)用于核反應(yīng)堆廠房、核輔助廠房、汽輪機(jī)廠房，電纜敷設(shè)方式一般采用管道或線槽，要求電纜具有可靠的使用壽命、熱穩(wěn)定性、防潮性、化學(xué)穩(wěn)定性和抗輻射性。為保證系統(tǒng)設(shè)計(jì)的高可靠性，避免設(shè)備損壞導(dǎo)致的嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)后果，通常采用重復(fù)的多路獨(dú)立線路系統(tǒng)和裝置，通常動(dòng)力電纜采用兩套獨(dú)立線路系統(tǒng)，控制電纜采用三套獨(dú)立線路系統(tǒng)。
核電站電纜常用品種有：6/10kV和0.6/1kV電力電纜，0.6/1kV控制電纜，300/500V儀表電纜，300/500V補(bǔ)償導(dǎo)線共5種。
下表是國(guó)內(nèi)某公司的規(guī)格表：
表11E級(jí)核電站電纜的型號(hào)名稱
型號(hào)名稱
YJYK3 銅芯交聯(lián)聚乙烯絕緣無(wú)鹵低煙聚烯烴護(hù)套核電站用1E級(jí)K3類電力電纜
YJY23K3 銅芯交聯(lián)聚乙烯絕緣鋼帶鎧裝無(wú)鹵低煙聚烯烴護(hù)套核電站用1E級(jí)K3類電力電纜
YJYJK1 銅芯交聯(lián)聚乙烯絕緣無(wú)鹵低煙阻燃熱固型護(hù)套核電站用1E級(jí)K1類電力電纜
YJYJ23K1 銅芯交聯(lián)聚乙烯絕緣鋼帶鎧裝無(wú)鹵低煙阻燃熱固型護(hù)套核電站1E級(jí)K1類電力電纜
KYJYK3 銅芯交聯(lián)聚乙烯絕緣無(wú)鹵低煙聚烯烴護(hù)套核電站用1E級(jí)K3類控制信號(hào)電纜
KYJY23K3 銅芯交聯(lián)聚乙烯絕緣鋼帶鎧裝無(wú)鹵低煙聚烯烴護(hù)套核電站用1E級(jí)K3類控制信號(hào)電纜
KYJYJK1 銅芯交聯(lián)聚乙烯絕緣無(wú)鹵低煙阻燃熱固型護(hù)套核電站用1E級(jí)K1類控制信號(hào)電纜
KYJYJ23K1 銅芯交聯(lián)聚乙烯絕緣鋼帶鎧裝無(wú)鹵低煙阻燃熱固型護(hù)套核電站用1E級(jí)K1類控制信號(hào)電纜
核電站用1E級(jí)電纜按核電站電氣系統(tǒng)設(shè)備的安全類別分為三類：K1、K2、K3。安全類別K1、K2、K3類有如下定義：
K1類電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。安裝在核反應(yīng)堆安全殼以內(nèi)，在正常環(huán)境條件下和在SL2（安全停堆地震）載荷以下及在事故期間或事故之后仍能執(zhí)行其規(guī)定的功能。
K2類電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。安裝在核反應(yīng)堆安全殼以內(nèi)，在正常環(huán)境條件下和在SL2（安全停堆地震）載荷下仍能執(zhí)行其規(guī)定的功能。
K3類電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。安裝在核反應(yīng)堆安全殼以外，在正常環(huán)境條件下和在SL2（安全停堆地震）載荷下仍能執(zhí)行其規(guī)定的功能。
三類電纜的運(yùn)行環(huán)境差別很大，其中K1類的運(yùn)行環(huán)境最惡劣，對(duì)電纜的性能要求也最為苛刻，必須通過(guò)模擬冷卻劑跑失事故（LOCA）試驗(yàn)才可以投入運(yùn)行。根據(jù)電纜的實(shí)際運(yùn)行環(huán)境，核電站發(fā)生LOCA時(shí)，安全殼（ContainmentVessel）內(nèi)外的電纜都將會(huì)受到嚴(yán)峻考驗(yàn)。有人認(rèn)為，安裝在核反應(yīng)堆廠房?jī)?nèi)的電纜都應(yīng)進(jìn)行模擬LOCA試驗(yàn)；其次，只有能夠生產(chǎn)1E級(jí)K1類電纜，才能夠證明該電纜廠家完全具備了生產(chǎn)核級(jí)電纜的能力，電纜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和性能指標(biāo)的制定最好根據(jù)反應(yīng)堆廠房和核輔助廠房?jī)蓚�(gè)運(yùn)行環(huán)境的具體條件進(jìn)行確定。
1、試驗(yàn)內(nèi)容
（1）電纜基本性能的型式試驗(yàn)；
�。�2）電纜應(yīng)能通過(guò)IEEE383規(guī)定的成束電纜垂直燃燒試驗(yàn)；
�。�3）煙濃度試驗(yàn)；
�。�4）成品電纜護(hù)套材料燃燒時(shí)釋放氣體的試驗(yàn)；
�。�5）電力電纜電老化試驗(yàn)；
（6）絕緣和護(hù)套材料的長(zhǎng)期耐熱性評(píng)定試驗(yàn)；
（7）等效50年運(yùn)行的熱老化模擬試驗(yàn)；
（8）等效50年運(yùn)行的放射線照射老化模擬試驗(yàn)；
（9）模擬抗震試驗(yàn)；
�。�10）等效50年運(yùn)行LOCA時(shí)的放射線照射試驗(yàn)、模擬LOCA試驗(yàn)（高溫、高壓的水蒸汽）；
（11）性能檢查試驗(yàn)。
其中，(1)~(3)為型式試驗(yàn)，(7)~(10)為環(huán)境模擬試驗(yàn)，(8)和(10)兩項(xiàng)試驗(yàn)都是經(jīng)過(guò)第7項(xiàng)試驗(yàn)后進(jìn)行的。性能檢查試驗(yàn)包括電壓試驗(yàn)、燃燒試驗(yàn)、絕緣和護(hù)套的抗拉強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率的測(cè)量等。對(duì)運(yùn)行環(huán)境的具體條件進(jìn)行確定。
2、試驗(yàn)方法
a.電力電纜5000h電老化試驗(yàn)
電力電纜應(yīng)通過(guò)5000h的電老化試驗(yàn)，試驗(yàn)按lEC60502規(guī)定進(jìn)行測(cè)試。試驗(yàn)條件為:
�。�1）電纜試樣的長(zhǎng)度：不小于30m；
�。�2）施加電壓：相與相之間施加電壓2（μ為電纜導(dǎo)體間的額定工頻電壓）；
（3）施加電流：電流通過(guò)電纜，要使導(dǎo)體溫度達(dá)到95~100℃；
�。�4）一個(gè)循環(huán)的持續(xù)時(shí)間：8h加熱，然后16h冷卻；
�。�5）試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間不少于5000h（即209個(gè)溫度循環(huán))。
試驗(yàn)結(jié)果：試驗(yàn)期間電纜應(yīng)不擊穿。
試驗(yàn)電壓和試驗(yàn)時(shí)間是依據(jù)電纜絕緣的壽命指數(shù)n來(lái)確定的，并留有一定的安全裕度，電老化壽命方程式為：Unt=C[(1)式中，U為電纜上施加的電壓；n為壽命指數(shù)；t為電擊穿時(shí)間；C為常數(shù)(與結(jié)構(gòu)等有關(guān))]。
若采用的交聯(lián)聚乙烯的壽命指數(shù)n≥9，核電站要求電纜使用壽命為50年，可利用式(1)來(lái)推算電壓與時(shí)間的關(guān)系。例如：工作電壓U=10kV，則要求工作時(shí)間t=348000h(50年)；試驗(yàn)電壓=20kV，則要求試驗(yàn)時(shí)間=5000h。
將上述參數(shù)代入式（1）可得：
求解可得n=6.45，小于9，說(shuō)明該試驗(yàn)方法有安全裕度。
b.絕緣和護(hù)套材料的長(zhǎng)期耐熱性評(píng)定試驗(yàn)
根據(jù)IEC60216標(biāo)準(zhǔn)和IEEE383-74標(biāo)準(zhǔn)推薦用于非金屬材料加速老化規(guī)律的數(shù)學(xué)模型為阿倫紐斯(Arrhenius)經(jīng)驗(yàn)推算公式:Inτ=ab/T（2）中，τ為產(chǎn)品在溫度T條件下工作的壽命(h)；T為工作溫度(K)；a，b為待定系數(shù)。
式（2）己應(yīng)用了幾十年，很多情況下驗(yàn)證有效。在設(shè)定的工作溫度下，通過(guò)試驗(yàn)和推導(dǎo)，可計(jì)算出待定系數(shù)a和b，然后利用式(2)可算出壽命τ，若τ的數(shù)值大于期望值，也就滿足了設(shè)計(jì)壽命要求。
（1）試驗(yàn)溫度和時(shí)間的確定。常規(guī)老化試驗(yàn)為135℃,168h，因此可確定135℃為最低試驗(yàn)溫度。試驗(yàn)方案參考IEC60216"確定熱老化試驗(yàn)程序和!評(píng)定試驗(yàn)結(jié)果的一般規(guī)程”和IEEE383標(biāo)準(zhǔn)。壽命評(píng)定試驗(yàn)溫度的每個(gè)級(jí)差取15℃，共有4個(gè)試驗(yàn)溫度點(diǎn)，最高試驗(yàn)溫度為180℃。試驗(yàn)時(shí)間延續(xù)到5000h左右。
�。�2）壽命終止參數(shù)的選擇。絕緣材料熱老化過(guò)程中有兩個(gè)特征參數(shù)，即抗張強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率，在本試驗(yàn)過(guò)程中，斷裂伸長(zhǎng)率的下降速率比抗張強(qiáng)度快，故取斷裂伸長(zhǎng)率作為壽命評(píng)定參數(shù)。按電纜敷設(shè)彎曲半徑計(jì)算，絕緣實(shí)際伸長(zhǎng)率不超過(guò)10％。測(cè)得試樣原始斷裂伸長(zhǎng)率為160％,假設(shè)取斷裂伸長(zhǎng)率保留率50%作為壽命終止點(diǎn)，此時(shí)斷裂伸長(zhǎng)率仍有80％，對(duì)運(yùn)行中電纜有足夠的安全系數(shù)。
�。�3）數(shù)據(jù)處理及壽命推算。按IEC60216-1則及相關(guān)數(shù)學(xué)原理處理，先應(yīng)用作圖法，根據(jù)假設(shè)的壽命終止點(diǎn)繪出Arrhenius曲線圖。同時(shí)計(jì)算出待定系數(shù)a，b,確定試驗(yàn)材料的溫度與壽命關(guān)系式，當(dāng)90℃時(shí)計(jì)算壽命值不小于50年時(shí)，材料即判定為具有50年合格壽命。
c.等效50年運(yùn)行的熱老化模擬試驗(yàn)
根據(jù)IEEE383-74標(biāo)準(zhǔn)，成品電纜樣品的熱老化模擬試驗(yàn)使用Arrhenius技術(shù)制定的數(shù)據(jù)，在一定溫度和時(shí)間內(nèi)將電纜放置在空氣循環(huán)烘箱內(nèi)來(lái)進(jìn)行模擬試驗(yàn)。
絕緣和護(hù)套材料熱特性數(shù)據(jù)應(yīng)建立在熱壽命評(píng)定結(jié)果的基礎(chǔ)上。將己確立的材料具有50年使用壽命的Arrhenius曲線圖和溫度與壽命關(guān)系式，作為確定成品電纜樣品運(yùn)行老化模擬試驗(yàn)數(shù)據(jù)的依據(jù)。
已經(jīng)確立的Arrhenius曲線圖和溫度與壽命關(guān)系式，是在材料的斷裂伸長(zhǎng)率保留率為50%時(shí)的假定壽命終止點(diǎn)，成品電纜樣品等效50年運(yùn)行熱老化模擬試驗(yàn)應(yīng)選擇在90℃時(shí)，假定壽命終止前的一個(gè)點(diǎn)。在Arrhenius曲線圖中，根據(jù)式(2)和己知的斜率，建立新的曲線和溫度與時(shí)間關(guān)系式來(lái)選擇模擬試驗(yàn)的溫度和時(shí)間。
d.等效50年運(yùn)行的放射線照射老化模擬試驗(yàn)
輻射試驗(yàn)的成品電纜樣品應(yīng)經(jīng)過(guò)等效50年運(yùn)行的熱老化模擬試驗(yàn)。等效50年運(yùn)行的輻射老化模擬試驗(yàn)以C60作為放射源，輻射的速率不大于1.0×104Gy／h輻射劑量為2.5×105Gy，滿足電纜在核輔助廠房和反應(yīng)堆廠房中正常輻射劑量環(huán)境條件的耐輻射性能要求。
e.模擬抗震試驗(yàn)
電纜樣品纏繞直徑20D(D為電纜外徑)的試驗(yàn)圓柱體至少一圈，再反方向重復(fù)此過(guò)程，為一個(gè)循環(huán)，共二個(gè)循環(huán)。纏繞循環(huán)后，將繞在圓柱體上的試樣放入加熱至電纜額定運(yùn)行溫度的烘箱中24h，冷卻后進(jìn)行規(guī)定的性能檢查試驗(yàn)。
f.等效
50年運(yùn)行LOCA時(shí)的放射線照射試驗(yàn)、模擬LOCA試驗(yàn)(高溫、高壓水蒸汽下暴露)
LOCA(Lossofcoolantaccident)是冷卻劑跑失事故，在輕水反應(yīng)堆中也稱為失水事故。無(wú)論是在沸水堆(BWR)還是在壓水堆（PWR)體系中，山于管道滲漏或其它原因，冷卻劑跑失事故有時(shí)會(huì)發(fā)生。在這種情況下的電纜，無(wú)論是在安全殼內(nèi)或外，都要受到嚴(yán)峻的考驗(yàn)，即承受不同程度的高溫、高壓，化學(xué)物質(zhì)噴射和史大劑量的γ線照射。只有通過(guò)這種模擬LOCA條件試驗(yàn)的電纜才能安全使用在核電站。因此，反應(yīng)堆廠房?jī)?nèi)的電纜，無(wú)論在安全殼內(nèi)還是在安全殼外都應(yīng)進(jìn)行LOCA試驗(yàn)。
g.性能檢查試驗(yàn)
性能檢查試驗(yàn)包括耐壓試驗(yàn)、燃燒試驗(yàn)、絕緣電阻、絕緣和護(hù)套的抗張強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率的測(cè)試，其中絕緣電阻、抗張強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率測(cè)試僅作參考。
耐壓試驗(yàn)：將樣品彎曲，其彎曲直徑為樣品中電纜直徑的40倍，然后以3.15kV/min梯度施加電壓，持續(xù)5min，電纜應(yīng)不擊穿。
http://www.--sanew-cable.com
xue8853 --- 2011-01-18 09:15:59
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yonghui --- 2011-01-18 13:29:48
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