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核電站用電纜應具備哪些特性
發表日期:2017-12-5

核電站用電纜,種類、數量繁多。據估算,一座百萬千瓦級的核電機組,所需各類電纜,型號有100余種,總長近200萬米,價值約1億元左右。如果按用途劃分,有電力電纜,控制電纜,測量電纜,通信電纜,防火電纜(矽絕緣電纜)等五大類。它們不僅應具有普通電纜的一般特性,還要具有低煙、無鹵、阻燃等特性,並要具有特定的耐環境性(如耐輻射性、耐LOCA性)。目前國內盡管有專門研發和生産核級電纜的電纜企業,但是真正能夠生産出優秀的核級電纜的企業還在少數。

核電纜特殊性能的要求,使得核級電纜與一般工業用電纜相比,最大的不同在于核電站用電纜材料的性能要求低煙無鹵阻燃性普通的低壓阻燃電纜一般以PVC等含氯聚合物作絕緣和護套。

核電站用電纜的絕緣和護套材料,必須采用低煙、無毒、無腐蝕性的的無鹵阻燃電纜料,如熱塑阻燃無鹵素或交聯阻燃無鹵素材料,才能滿足特殊的核安全要求。無鹵電纜在發生火災時,燃燒釋放的煙霧量很低,不帶毒性及腐蝕性,其阻燃成分可有效發揮阻燃作用,不會使電纜成爲火焰蔓延的通道。

無鹵電纜采用不含鹵素的聚合物作爲基料,在燃燒時不會産生酸性氣體,因而其毒性及腐蝕性大大低于普通PVC電纜。

阻燃性無鹵阻燃電纜的阻燃機理

在不含鹵素的聚合物中加人大量的氫氧化鋁或氫氧化鎂等填充劑,它們在電纜燃燒時釋放結晶水,吸收大量熱量,從而抑制聚合物溫度上升,延緩熱分解,降低燃燒速度。另外,脫水分解産生的水蒸汽,能稀釋可燃性氣體,産生阻燃效果。聚合物的阻燃性,通常用氧指數法來評定,它表示試樣在氧氣和氮氣的混合物中燃燒時所需要的最低含氧量,指數越大,表示可燃性越小,阻燃性越好。一般氧指數(OI)至少爲28才具有不燃特性。

耐火特性

當人們要求電纜線路在發生火災時能繼續發揮作用,並且當電纜由于使用上的需要架設在高危區域的線路上時,電纜必須具備耐火性能。一旦遇上火警,此種耐火電纜仍能在一定時間內繼續安全運行,爲人員及設備的搶救提供電能。核電纜的耐火性能按使用要求不同,分一般耐火性能要求和特殊耐火性能要求。特殊耐火性能要求爲:在對電纜撞擊條件下進行1000%,5min燃燒試驗,火焰熄滅後繼續撞擊5min,同時用規定壓力的高壓水沖電纜,要求在整個試驗過程中電纜能保持繼續通電。

美國1974年制訂IEEE383電纜標准後,發生核電廠電纜著火延燃事故,促使人們重視難燃性試驗標准的嚴格性問題。對于核島用電纜成品,達到無鹵/低煙/阻燃,即要求電纜成品能通過IEC332-3成束燃燒試驗,燃燒煙濃度達到IEC1034-2的技術要求,燃燒腐蝕性氣體達到IEC754-2規定的推薦值的要求,絕緣線芯通過IPCEAS-19-81規定的單根垂直燃燒試驗。

耐環境性

核电站电缆用材料必须具有核电站固有工作环境所要求的耐環境性,即耐熱性、耐輻照性、耐LOCA性。

耐熱性

由于核电站电缆常在高温环境下工作,因此需要它们具有长期耐热使用性能,要选用耐熱性满足要求的聚合物,并可让电缆具有四十年以上的使用寿命。

耐輻照性

缓和环境,严酷环境核电站用电缆受到大量射线时,会使绝缘和护套材料变脆,机械性能变差。因此,作为核电站电缆用的绝缘和护套材料,必须具有优良的耐輻照性。

各种不同的高聚物,其耐輻照性能不同。人们通常在高聚物里添加抗辐照剂,改进其耐輻照性能。有关电缆的耐L0CA性,不同核电站的要求也不相同。

綜上所述,核電站的電纜除要具有普通電纜所具有的性能之外,還要具有無鹵、低煙、阻燃的特性,並滿足根據其在敷設區域的正常和事故環境下完成安全功能所必需的性能要求,也就是須滿足耐地震、耐正常和事故工況的--射線照射、耐LOCA/HELB事故工況的環境、工作溫度下具有電站設計壽期內的使用壽命等需求。

另外,核電纜的使用壽命,原來的設計指標是40年以上,下一代核電站要求達到60年,因此,原來的設計是否能滿足使用要求,尚有待于進一步的實驗驗證。如何延長電纜的使用壽命,已成爲重要的研究課題。

低煙無鹵阻燃核電纜,是一種性能水平高、制造難度大的特種電纜,即使是進口産品,在應用過程中也暴露出了不少問題,有的甚至是很嚴重的問題。如何處理解決好這些問題是不能回避的。是否可以考慮采用低煙低鹵阻燃材料來生産核電站的特種電纜,這是電纜行業工作者可以探討的一個想法。這樣做,可以降低電纜材料的配方設計難度,可以使生産工藝較易實現,産品質量會更可靠,在實際應用上也會更安全。

核級電纜是性能水平高、制造技術難度大的電纜品種,目前生産技術上並未完全成熟,有待于更深入的探討研究。