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[核电电缆 ] 核电站专用电缆的分类和有关的试验要求

P:2011-01-17 10:30:28

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 核电站电缆主要应用于核反应堆厂房、核辅助厂房、汽轮机厂房,电缆敷设方式一般采用管道或线槽,要求电缆具有可靠的使用寿命、热稳定性、防潮性、化学稳定性和抗辐射性。为保证系统设计的高可靠性,避免设备损坏导致的严重经济后果,通常采用重复的多路独立线路系统和装置,通常动力电缆采用两套独立线路系统,控制电缆采用三套独立线路系统。

  核电站电缆常用品种有:6/10kV和0.6/1kV电力电缆,0.6/1kV控制电缆,300/500V仪表电缆,300/500V补偿导线共5种。

  下表是国内某公司的规格表:

  表11E级核电站电缆的型号名称

  型号名称

  YJYK3       铜芯交联聚乙烯绝缘无卤低烟聚烯烃护套核电站用1E级K3类电力电缆

  YJY23K3   铜芯交联聚乙烯绝缘钢带铠装无卤低烟聚烯烃护套核电站用1E级K3类电力电缆

  YJYJK1      铜芯交联聚乙烯绝缘无卤低烟阻燃热固型护套核电站用1E级K1类电力电缆

  YJYJ23K1  铜芯交联聚乙烯绝缘钢带铠装无卤低烟阻燃热固型护套核电站1E级K1类电力电缆

  KYJYK3      铜芯交联聚乙烯绝缘无卤低烟聚烯烃护套核电站用1E级K3类控制信号电缆

  KYJY23K3  铜芯交联聚乙烯绝缘钢带铠装无卤低烟聚烯烃护套核电站用1E级K3类控制信号电缆

  KYJYJK1     铜芯交联聚乙烯绝缘无卤低烟阻燃热固型护套核电站用1E级K1类控制信号电缆

  KYJYJ23K1 铜芯交联聚乙烯绝缘钢带铠装无卤低烟阻燃热固型护套核电站用1E级K1类控制信号电缆

  核电站用1E级电缆按核电站电气系统设备的安全类别分为三类:K1、K2、K3。安全类别K1、K2、K3类有如下定义:

  K1类电动执行机构。安装在核反应堆安全壳以内,在正常环境条件下和在SL2(安全停堆地震)载荷以下及在事故期间或事故之后仍能执行其规定的功能。

  K2类电动执行机构。安装在核反应堆安全壳以内,在正常环境条件下和在SL2(安全停堆地震)载荷下仍能执行其规定的功能。

  K3类电动执行机构。安装在核反应堆安全壳以外,在正常环境条件下和在SL2(安全停堆地震)载荷下仍能执行其规定的功能。

  三类电缆的运行环境差别很大,其中K1类的运行环境最恶劣,对电缆的性能要求也最为苛刻,必须通过模拟冷却剂跑失事故(LOCA)试验才可以投入运行。根据电缆的实际运行环境,核电站发生LOCA时,安全壳(ContainmentVessel)内外的电缆都将会受到严峻考验。有人认为,安装在核反应堆厂房内的电缆都应进行模拟LOCA试验;其次,只有能够生产1E级K1类电缆,才能够证明该电缆厂家完全具备了生产核级电缆的能力,电缆的结构设计和性能指标的制定最好根据反应堆厂房和核辅助厂房两个运行环境的具体条件进行确定。

  1、试验内容

  (1)电缆基本性能的型式试验;

  (2)电缆应能通过IEEE383规定的成束电缆垂直燃烧试验;

  (3)烟浓度试验;

  (4)成品电缆护套材料燃烧时释放气体的试验;

  (5)电力电缆电老化试验;

  (6)绝缘和护套材料的长期耐热性评定试验;

  (7)等效50年运行的热老化模拟试验;

  (8)等效50年运行的放射线照射老化模拟试验;

  (9)模拟抗震试验;

  (10)等效50年运行LOCA时的放射线照射试验、模拟LOCA试验(高温、高压的水蒸汽);

  (11)性能检查试验。

  其中,(1)~(3)为型式试验,(7)~(10)为环境模拟试验,(8)和(10)两项试验都是经过第7项试验后进行的。性能检查试验包括电压试验、燃烧试验、绝缘和护套的抗拉强度、断裂伸长率的测量等。对运行环境的具体条件进行确定。

  2、试验方法

  a.电力电缆5000h电老化试验

  电力电缆应通过5000h的电老化试验,试验按lEC60502规定进行测试。试验条件为:

  (1)电缆试样的长度:不小于30m;

  (2)施加电压:相与相之间施加电压2(μ为电缆导体间的额定工频电压);

  (3)施加电流:电流通过电缆,要使导体温度达到95~100℃;

  (4)一个循环的持续时间:8h加热,然后16h冷却;

  (5)试验持续时间不少于5000h(即209个温度循环)。

  试验结果:试验期间电缆应不击穿。

试验电压和试验时间是依据电缆绝缘的寿命指数n来确定的,并留有一定的安全裕度,电老化寿命方程式为:Unt=C[(1)式中,U为电缆上施加的电压;n为寿命指数;t为电击穿时间;C为常数(与结构等有关)]。

  若采用的交联聚乙烯的寿命指数n≥9,核电站要求电缆使用寿命为50年,可利用式(1)来推算电压与时间的关系。例如:工作电压U=10kV,则要求工作时间t=348000h(50年);试验电压=20kV,则要求试验时间=5000h。
将上述参数代入式(1)可得:

  求解可得n=6.45,小于9,说明该试验方法有安全裕度。

  b.绝缘和护套材料的长期耐热性评定试验

  根据IEC60216标准和IEEE383-74标准推荐用于非金属材料加速老化规律的数学模型为阿伦纽斯(Arrhenius)经验推算公式:Inτ=ab/T(2)中,τ为产品在温度T条件下工作的寿命(h);T为工作温度(K);a,b为待定系数。

  式(2)己应用了几十年,很多情况下验证有效。在设定的工作温度下,通过试验和推导,可计算出待定系数a和b,然后利用式(2)可算出寿命τ,若τ的数值大于期望值,也就满足了设计寿命要求。

  (1)试验温度和时间的确定。常规老化试验为135℃,168h,因此可确定135℃为最低试验温度。试验方案参考IEC60216"确定热老化试验程序和!评定试验结果的一般规程”和IEEE383标准。寿命评定试验温度的每个级差取15℃,共有4个试验温度点,最高试验温度为180℃。试验时间延续到5000h左右。

  (2)寿命终止参数的选择。绝缘材料热老化过程中有两个特征参数,即抗张强度和断裂伸长率,在本试验过程中,断裂伸长率的下降速率比抗张强度快,故取断裂伸长率作为寿命评定参数。按电缆敷设弯曲半径计算,绝缘实际伸长率不超过10%。测得试样原始断裂伸长率为160%,假设取断裂伸长率保留率50%作为寿命终止点,此时断裂伸长率仍有80%,对运行中电缆有足够的安全系数。

  (3)数据处理及寿命推算。按IEC60216-1则及相关数学原理处理,先应用作图法,根据假设的寿命终止点绘出Arrhenius曲线图。同时计算出待定系数a,b,确定试验材料的温度与寿命关系式,当90℃时计算寿命值不小于50年时,材料即判定为具有50年合格寿命。

  c.等效50年运行的热老化模拟试验

  根据IEEE383-74标准,成品电缆样品的热老化模拟试验使用Arrhenius技术制定的数据,在一定温度和时间内将电缆放置在空气循环烘箱内来进行模拟试验。

  绝缘和护套材料热特性数据应建立在热寿命评定结果的基础上。将己确立的材料具有50年使用寿命的Arrhenius曲线图和温度与寿命关系式,作为确定成品电缆样品运行老化模拟试验数据的依据。

  已经确立的Arrhenius曲线图和温度与寿命关系式,是在材料的断裂伸长率保留率为50%时的假定寿命终止点,成品电缆样品等效50年运行热老化模拟试验应选择在90℃时,假定寿命终止前的一个点。在Arrhenius曲线图中,根据式(2)和己知的斜率,建立新的曲线和温度与时间关系式来选择模拟试验的温度和时间。

  d.等效50年运行的放射线照射老化模拟试验

  辐射试验的成品电缆样品应经过等效50年运行的热老化模拟试验。等效50年运行的辐射老化模拟试验以C60作为放射源,辐射的速率不大于1.0×104Gy/h辐射剂量为2.5×105Gy,满足电缆在核辅助厂房和反应堆厂房中正常辐射剂量环境条件的耐辐射性能要求。

  e.模拟抗震试验

  电缆样品缠绕直径20D(D为电缆外径)的试验圆柱体至少一圈,再反方向重复此过程,为一个循环,共二个循环。缠绕循环后,将绕在圆柱体上的试样放入加热至电缆额定运行温度的烘箱中24h,冷却后进行规定的性能检查试验。

  f.等效

  50年运行LOCA时的放射线照射试验、模拟LOCA试验(高温、高压水蒸汽下暴露)

  LOCA(Lossofcoolantaccident)是冷却剂跑失事故,在轻水反应堆中也称为失水事故。无论是在沸水堆(BWR)还是在压水堆(PWR)体系中,山于管道渗漏或其它原因,冷却剂跑失事故有时会发生。在这种情况下的电缆,无论是在安全壳内或外,都要受到严峻的考验,即承受不同程度的高温、高压,化学物质喷射和史大剂量的γ线照射。只有通过这种模拟LOCA条件试验的电缆才能安全使用在核电站。因此,反应堆厂房内的电缆,无论在安全壳内还是在安全壳外都应进行LOCA试验。

  g.性能检查试验

  性能检查试验包括耐压试验、燃烧试验、绝缘电阻、绝缘和护套的抗张强度、断裂伸长率的测试,其中绝缘电阻、抗张强度和断裂伸长率测试仅作参考。

  耐压试验:将样品弯曲,其弯曲直径为样品中电缆直径的40倍,然后以3.15kV/min梯度施加电压,持续5min,电缆应不击穿。
http://www.sanew-cable.com

enamelling bath - 涂漆槽 点赞(0) 投诉

P:2011-01-18 09:15:59

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顶一下,楼主辛苦了。

PDO - parallel data output并行数据输出 点赞(0) 投诉

P:2011-01-18 13:29:48

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clamping screw - 夹紧螺丝;装模螺丝 点赞(0) 投诉

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