Кабели для атомных электростанций в основном используются в зданиях ядерных реакторов, вспомогательных зданиях ядерных установок и зданиях паровых турбин. Как правило, для прокладки кабелей используются трубопроводы или кабельные каналы, которые должны иметь надежный срок службы, термическую стабильность, влагостойкость, химическую стабильность и радиационную стойкость.
Чтобы обеспечить высокую надежность конструкции системы и избежать серьезных экономических последствий, вызванных повреждением оборудования, обычно используются многоканальные независимые линейные системы и устройства. Обычно два набора независимых линейных систем используются для силовых кабелей и три набора независимых линейных систем используются для кабелей управления.
Распространенными типами кабелей для атомных электростанций являются: силовые кабели 6/10 кВ и 0,6 / 1 кВ, кабели управления 0,6 / 1 кВ, измерительные кабели 300/500 В и компенсационные кабели 300/500 В.
Следующая таблица является таблицей спецификаций отечественной компании:
Таблица 11 Название модели кабеля для АЭС класса Е
Наименование модели
Силовой кабель класса 1E K3 для атомной электростанции с медным сердечником YJYK3, сшитый полиэтилен с изоляцией, без галогенов, с низким уровнем дыма, с полиолефиновой оболочкой
YJY23K3 медный провод, сшитая полиэтиленовая изоляция, стальная лента, армированная безгалогеновым полиолефином с низким уровнем дыма, с оболочкой для АЭС, класс 1E Силовые кабели K3
Медная жила с изоляцией из сшитого полиэтилена, без галогенов, с низким дымом, огнестойкая, термореактивная оболочка, силовые кабели класса K1 для АЭС 1E
YJYJ23K1 Медная жила, сшитая полиэтиленовая изоляция, стальная лента, армированная, безгалогенная, с низким содержанием дыма, огнестойкая, термореактивная оболочка для атомных электростанций, класс 1E Силовые кабели K1
KYJYK3, медная жила, сшитый полиэтилен, с изоляцией, без галогенов, с низким содержанием дыма, с полиолефиновой оболочкой для АЭС 1E Класс K3 сигнальные кабели управления
KYJY23K3 медная жила сшитая полиэтиленовая изоляция стальная лента армированная безгалогеновым низким дымом полиолефиновая оболочка для АЭС класс 1E сигнальные кабели K3
Медная жила, с изоляцией из сшитого полиэтилена, без галогенов, с низким уровнем дыма, огнестойкость, с термореактивной оболочкой для АЭС, сигнальные кабели К1 класса 1Е
Стальная лента с медной жилой и сшитой полиэтиленовой изоляцией, армированная безгалогеновой, малодымной, огнестойкой термореактивной оболочкой для атомных электростанций, класс 1E Сигнальный кабель K1
Кабели класса 1Е, используемые на атомных электростанциях, делятся на три категории в соответствии с категориями безопасности оборудования электросистемы атомных электростанций: K1, K2 и K3.
Категории безопасности K1, K2 и K3 определены следующим образом:
Электропривод класса К1.
Устанавливается внутри защитной оболочки ядерного реактора и может выполнять предписанные функции в нормальных условиях окружающей среды и при нагрузках SL2 (сейсмический аварийный останов), а также во время или после аварии.
Электропривод класса К2.
Устанавливается внутри защитной оболочки ядерного реактора и может выполнять свои предписанные функции в нормальных условиях окружающей среды и при нагрузках SL2 (безопасный останов при землетрясении).
Электроприводы класса К3.
Установленный вне защитной оболочки ядерного реактора, он выполняет свои предписанные функции в нормальных условиях окружающей среды и при нагрузках SL2 (безопасный останов при землетрясении).
Условия эксплуатации трех типов кабелей сильно различаются, среди которых класс K1 имеет наиболее жесткие условия эксплуатации и самые строгие требования к характеристикам кабелей. Только путем имитации испытания с потерей охлаждающей жидкости (LOCA) кабели можно ввести в эксплуатацию.
В соответствии с фактической рабочей средой кабеля, как внутри, так и снаружи ContainmentVessel будут проходить серьезные испытания, когда LOCA происходит на атомной электростанции.
Некоторые считают, что кабель, проложенный в здании ядерного реактора, должен быть смоделирован тестом LOCA;
Во-вторых, только имея возможность производить кабели класса 1E K1, можно доказать, что производитель кабеля полностью способен производить кабели ядерного класса. Лучше всего определять конструкцию и эксплуатационные характеристики кабелей в соответствии с конкретными условиями двух рабочих сред - здания реактора и вспомогательного здания атомной электростанции.
1. Содержание теста
(1) Типовые испытания основных характеристик кабеля;
(2) Кабели должны выдерживать испытание на вертикальное горение жгутов кабелей, указанных в EEE383;
(3) Тест на концентрацию дыма;
(4) Испытание на выделение газа готового материала оболочки кабеля во время горения;
(5) испытание на электрическое старение силовых кабелей;
(6) испытание на долговременную оценку термостойкости изоляционных материалов и материалов оболочки;
(7) Имитационное испытание на тепловое старение, эквивалентное 50 годам эксплуатации;
(8) Испытание на эквивалентное радиационное старение в течение 50 лет;
(9) Моделирование сейсмических испытаний;
(10) Эквивалентный 50-летний тест на радиационное воздействие LOCA, имитационный тест LOCA (высокая температура, водяной пар высокого давления);
(11) Проверка работоспособности.
Среди них (1) ~ (3) - типовые испытания, (7) ~ (10) - испытания моделирования условий окружающей среды, а (8) и (10) - оба проводятся после 7-го испытания.
Проверочные испытания производительности включают испытание напряжением, испытание на горение, измерение прочности на разрыв изоляции и оболочки, удлинения при разрыве и т. Д.
Определены конкретные условия операционной среды.
2. Метод испытания
A. Испытание на электрическое старение силовых кабелей при 5000 ч.
Силовые кабели должны пройти испытание на электрическое старение в течение 5000 ч, которое должно проводиться в соответствии с IEC60502.
Условия испытаний следующие:
(1) Длина образца кабеля: не менее 30 м;
(2) Приложенное напряжение: напряжение, приложенное между фазами (это номинальное напряжение промышленной частоты между жилами кабеля);
(3) Подайте ток: ток должен проходить через кабель, чтобы температура проводника достигла 95 ~ 100 ℃;
(4) Продолжительность цикла: нагрев в течение 8 часов, затем охлаждение в течение 16 часов;
(5) Продолжительность испытания должна быть не менее 5000 ч (а именно 209 температурных циклов).
Результаты теста: кабель не должен быть порван во время теста.
Испытательное напряжение и время испытания определяются на основе показателя ресурса изоляции кабеля (N) с определенным запасом прочности. Уравнение срока службы при электрическом старении: Unt=C [(1), U - напряжение, приложенное к кабелю; n - индекс жизни; Т - время электрического пробоя; C - константа (связанная со структурой и т. Д.)].
Если показатель срока службы используемого сшитого полиэтилена N ≥9, требуется, чтобы срок службы кабеля атомной электростанции составлял 50 лет. Уравнение (1) можно использовать для расчета зависимости напряжения и времени.
Например, при рабочем напряжении U=10кВ необходимое время работы t=348000ч (50 лет);
Когда испытательное напряжение составляет 20 кВ, время испытания должно составлять 5000 ч.
Подставляя указанные выше параметры в уравнение (1), можно получить, что:
Решение может быть получено как n=6,45, меньше 9, что указывает на то, что метод испытания имеет запас прочности.
Б. Оценочные испытания на длительную термостойкость материалов изоляции и оболочки.
Согласно стандарту IEC60216 и стандарту IEEE383-74 рекомендуемая математическая модель для ускорения старения неметаллических материалов - Arrhenius' эмпирическая формула: In=ab / T (2), относится к сроку службы продукта In при температуре T (ч);
Т - рабочая температура (К);
A и B - неопределенные коэффициенты.
Формула (2) применялась десятилетиями, и ее эффективность во многих случаях подтверждена.
Неопределенные коэффициенты A и B можно рассчитать на основе заданной рабочей температуры, а затем использовать формулу (2) для расчета срока службы. Если значение больше ожидаемого, требования к расчетному ресурсу будут удовлетворены.
(1) Определение температуры и времени испытания.
Обычное испытание на старение составляет 135 ℃ и 168 часов, поэтому 135 ℃ можно определить как минимальную температуру испытания.
Протоколы испытаний относятся к IEC60216" для определения процедур испытаний на термическое старение и!
Общая процедура оценки результатов тестирования" и стандарта IEEE383.
Разница температур испытания оценки срока службы каждого уровня составляет 15 ℃, есть четыре точки температуры испытания, максимальная температура испытания составляет 180 ℃.
Эксперимент длился около 5000 часов.
(2) Выбор параметров окончания срока службы.
В процессе термического старения изоляционных материалов есть два характерных параметра, а именно предел прочности на разрыв и относительное удлинение при разрыве. В этом испытании скорость снижения удлинения при разрыве выше, чем у прочности на разрыв, поэтому удлинение при разрыве принимается в качестве параметра оценки срока службы.
Согласно расчету радиуса изгиба прокладки кабеля, фактическое удлинение изоляции не должно превышать 10%.
Первоначальное удлинение при разрыве измеренного образца составляло 160%. Если предположить, что коэффициент сохранения удлинения при разрыве составляет 50% в качестве конечной точки срока службы, удлинение при разрыве по-прежнему составляет 80%, что обеспечивает достаточный запас прочности кабеля в эксплуатации.
(3) Обработка данных и расчет срока службы.
Согласно стандарту IEC60216-1 и связанным с ним математическим принципам, кривая Аррениуса сначала была построена методом рисования в соответствии с предполагаемой точкой окончания срока службы.
В то же время, неопределенные коэффициенты A и B рассчитываются для определения взаимосвязи между температурой и сроком службы исследуемого материала. Если расчетный срок службы составляет не менее 50 лет при температуре 90 ℃, считается, что материал имеет квалифицированный срок службы 50 лет.
C. Имитационное испытание на тепловое старение, эквивалентное 50 годам эксплуатации
В соответствии со стандартом IEEE383-74 испытание на моделирование термического старения готовых образцов кабеля проводилось путем помещения кабеля в печь с циркуляцией воздуха при определенной температуре и времени с использованием данных, разработанных с помощью технологии Arrhenius.
Тепловые характеристики материалов изоляции и оболочки должны основываться на результатах оценки термического ресурса.
Кривая Аррениуса и взаимосвязь между температурой и сроком службы установленных материалов со сроком службы 50 лет были использованы в качестве основы для определения данных моделирования испытаний на старение кабеля готовой продукции.
Кривая Аррениуса и взаимосвязь между температурой и сроком службы были установлены, что считается точкой до окончания срока службы, когда удлинение материала&# 39 при степени удерживания при разрыве составляет 50%. Испытание на моделирование теплового старения готовых образцов кабеля, эквивалентных 50 годам, следует проводить при 90 ° C.
На кривой Аррениуса новая кривая и соотношение между температурой и временем устанавливаются в соответствии с уравнением (2) и известным наклоном для выбора температуры и времени имитационного теста.
D. Эквивалентное испытание на моделирование радиационного старения в течение 50 лет
Готовые образцы кабелей для радиационных испытаний должны пройти испытания с моделированием теплового старения, эквивалентные 50 годам эксплуатации.
Эквивалентное испытание с моделированием радиационного старения, проводимое в течение 50 лет, использует C60 в качестве радиоактивного источника, мощность излучения составляет не более 1,0 × 104 Гр / ч, а доза излучения составляет 2,5 × 105 Гр, что соответствует требованиям к характеристикам радиационной стойкости кабеля, указанного ниже. условия окружающей среды с нормальной дозой облучения на вспомогательной АЭС и реакторной установке.
E. Моделирование сейсмических испытаний
Образец кабеля наматывают вокруг испытательного цилиндра диаметром 20D (D - внешний диаметр кабеля) по крайней мере на один оборот, а затем процесс повторяется в обратном направлении в течение одного цикла, всего два цикла.
После цикла намотки намотанный на цилиндр образец помещали в печь, нагретую до номинальной рабочей температуры кабеля, на 24 часа. После охлаждения было проведено испытание для проверки заданных характеристик.
F. эквивалент
Испытания на радиационное воздействие в течение 50 лет ЭКСПЛУАТАЦИИ LOCA, смоделированные испытания LOCA (воздействие высокой температуры и водяного пара под высоким давлением)
LOCA (авария с потерей охлаждающей жидкости) также известна как авария с потерей воды в легководных реакторах.
Аварии с потерей теплоносителя иногда происходят в системах реакторов с кипящей водой (BWR) или реакторов с водой под давлением (PWR) из-за утечки из трубопровода или по другим причинам.
В этом случае кабели, как внутри, так и снаружи защитной оболочки, подвергаются разной степени воздействия тепла и давления, химического распыления и исторически высоких доз гамма-излучения.
На атомных электростанциях можно безопасно использовать только кабели, испытанные в этом смоделированном состоянии LOCA.
Таким образом, КАБЕЛИ в здании реактора, как внутри, так и снаружи защитной оболочки, должны быть испытаны LOCA.
G. Проверка работоспособности
Проверочные испытания производительности включают испытания на сжатие, испытания на горение, испытания сопротивления изоляции, прочности изоляции и оболочки на разрыв, а также испытания на удлинение при разрыве. Испытания сопротивления изоляции, прочности на разрыв и удлинения при разрыве приведены только для справки.
Испытание на выдерживаемое напряжение: согните образец с диаметром изгиба, в 40 раз превышающим диаметр кабеля в образце, а затем приложите напряжение с градиентом 3,15 кВ / мин в течение 5 минут. Кабель не должен ломаться.