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[核電電纜] 核電站常用有機塑料電纜存在的問題與二氧化硅電纜在核電站K1電纜的應(yīng)用和優(yōu)勢。
P:2007-09-14 05:48:40
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核電站常用有機塑料電纜存在的問題與
二氧化硅電纜在核電站的應(yīng)用和優(yōu)勢
一。目前核電站常用有機塑料電纜存在著下面的弱點：
１。在惡劣環(huán)境下的性能劣化問題：
在核電廠中，儀控回路使用乙烯基、丙烯基合成的橡膠，玻璃纖維，以及以氯磺化聚乙烯、聚乙亞胺等為絕緣材料的電纜。
1.1 儀控電纜的工作環(huán)境
安全殼內(nèi)部儀控電纜放置在不同的使用環(huán)境下，最重要的影響因素是自然環(huán)境，主要是有氧氣存在時溫度、濕度、核輻照的影響，溫度、濕度、核輻照的值應(yīng)從設(shè)計文件中取得。表 2 給出了安全殼內(nèi)幾處具有典型意義的溫度值
在正常運行情況下，安全殼內(nèi)不會受到濕度的影響。輻照的影響可從相關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)中獲得，在 40 年時間內(nèi)，正常運行情況下，安全殼內(nèi)輻照的最大累計值為 3×10^7rad 。安全殼內(nèi)的儀控電纜一般不會受到震動的影響，除非有特殊要求，否則，不考慮由于震動引起的老化問題 [5] 。
1.2電纜的老化機理 ：
在現(xiàn)場環(huán)境下，電纜的絕緣和護套等聚合物材料隨著時間的推移會發(fā)生各種緩慢的、不可逆的化學(xué)變化和物理變化，這些變化就是電纜的老化過程。從宏觀上來看，表現(xiàn)為材料的延伸率降低，即材料的抗拉強度減弱；護套材料的硬度或抗壓模量增大；材料的密度增加；電氣性能改變 ( 如介質(zhì)損耗增加 ) 。
電纜的老化機理可分為影響分子結(jié)構(gòu)的化學(xué)老化機理和影響材料混合物成分的物理老化機理。
1.3 化學(xué)老化機理
(1) 高分子鏈斷裂：一個高分子鏈斷裂為 2 個或多個新鏈，一般為烷氧基或過氧化根斷鏈，導(dǎo)致物質(zhì)性質(zhì)的改變。
（ 2 ）交聯(lián)反應(yīng)：在 2 個相鄰高分子間共價鍵的結(jié)構(gòu)發(fā)生交聯(lián)，使原先物質(zhì)的有效成分減少。
（ 3 ）氧化反應(yīng)：這是一種自由基的鏈式反應(yīng)，在氧化反應(yīng)開始階段，在溫度和輻照的影響下，由于共價鍵的斷裂而產(chǎn)生反應(yīng)性物質(zhì)，即自由基，氧化反應(yīng)既導(dǎo)致斷鏈，又生成交聯(lián)，這取決于氧化鏈式反應(yīng)過程中各階段的分子運動情況，它隨著聚合物中添加劑的不同而不同。
（ 4 ）氧擴散控制過程：聚合材料中自由基的初速率大于溶解氧擴散的速率時，老化快慢由氧擴散來控制。
（ 5 ）協(xié)同效應(yīng)：當各個環(huán)境因素的綜合影響大于其各個單一影響之和時，會產(chǎn)生這種效應(yīng)，如對聚合物而言，既受熱，又受到輻照。
2.2 物理老化機理
（ 1 ）增塑劑蒸發(fā)：材料表面的增塑劑向周圍的空氣中揮發(fā)，其留下的空隙又被由材料的核心向表面擴散的增塑劑所填塞，這 2 種揮發(fā)和填塞的分子運動并存，強弱由溫度所決定。
（ 2 ）增塑劑遷移：在使用增塑材料的多層電纜中，增塑劑在不同材料層間遷移，直到各層材料中的增塑劑達到均衡狀態(tài)。
上面等等的因素，使得有機塑料電纜在整個使用過程中逐漸老化甚至出現(xiàn)脆化開裂等現(xiàn)象，這就使得核電站的安全性能造成巨大的威脅。而怎么去評估這些電纜的狀況成了一個艱難的課題，具體可見下面的兩篇文章和照片：
Ａ。日本原子能安全組織安全標準分部（ＪＮＥＳ－ＳＳ）－核電站電纜老化評估中期方案(2006.12).pdf-3.89MB
ＳＨＰＶＣ絕緣材料在１２０ ℃下不同時間的變化（熱老化實驗）
ＬＯＣＡ蒸汽暴露實驗
從上面的報告中可以看出，使用有機塑料電纜的問題是有多么的嚴重！
而美國原子能管理委員會在９３－３３的公告中，具體說明了委托Sandia國家實驗室，對各種核電站專用有機塑料電纜的測試結(jié)果，結(jié)論同樣也非常不樂觀，特用公告的形式建議各核電站做具體的監(jiān)控和改進。
2• 有機塑料電纜的接頭連接方式的不可靠。
因為有機塑料電纜的耐溫通常都比較低，目前在核反應(yīng)堆里應(yīng)用的電纜塑料材料普遍的耐溫都在２００ ℃以下，不能使用全密封的接頭（因為全密封接頭需要用高溫的激光焊接），所以容易造成電纜在高溫高濕的環(huán)境中，水或水蒸汽容易進入到電纜里面，而造成電纜性能的巨大波動甚至失效。
美國原子能管理委員會（ＮＲＣ）在９７－４５的公告中，具體列舉了一個事例：南加洲的Edison核電站，因為使用了Rockbestos公司的RSS-6-104/LE有機塑料同軸電纜和Amphenol公司的Ｎ型連接器，該電纜組件是用在遠程輻射監(jiān)控（ＨＲＲＭ）的，因為該電纜有水蒸汽侵入，從而使得監(jiān)控傳來的微弱信號受到很大的干擾，從而輸出錯誤的輻射參數(shù)！后來改用二氧化硅電纜，該問題徹底解決。
另外在（ＮＲＣ）的９７－４５Ｓ１的公告中，對同樣使用了 Rockbestos公司的RSS-6-104/LE有機塑料同軸電纜和Amphenol公司的Ｎ型連接器的電纜組件，因為存在溫度誘導(dǎo)現(xiàn)象，從而在遠程輻射監(jiān)控（ＨＲＲＭ）中產(chǎn)生了錯誤的信號，這個錯誤的信號會使操作人員對輻射監(jiān)控指標產(chǎn)生誤導(dǎo)，時間大約有１５分鐘，改用二氧化硅電纜后，錯誤的數(shù)值從幾千R/hr降到１００R/hr以下，錯誤大為下降，但仍未完全解決該問題，需要對操作人員進行培訓(xùn)來作為最終解決方案。
3• 有機塑料電纜的耐溫等級、阻燃性能和發(fā)煙指標都比二氧化硅電纜差很多。
二。二氧化硅電纜在核電站的使用場合和優(yōu)勢。
１。二氧化硅電纜在沸水堆（ＢＷＲ）的應(yīng)用
２。二氧化硅電纜在壓水堆（ＰＷＲ）的應(yīng)用
三。而二氧化硅電纜因為有以下的優(yōu)點：
１。耐高輻射性，比有機塑料電纜的輻射承受能力高１００００倍，具體見指標》》》
２• 耐溫范圍寬 ：-273℃至+1000℃ ，阻燃性能和煙霧指標都非常出色。
３。高強度，高抗震性和高抗壓性。
４。連接器使用完全密封的玻璃接頭，也同樣有高耐輻射性和長壽命。
５。電纜組件在核反應(yīng)堆里的壽命超過６０年，具體見ＮＲＣ的報告（第５０１頁）。
６。低損耗，低電容,低噪音，高屏蔽.非常適合在惡劣環(huán)境中傳輸微弱信號。
７。在各種情況下和壽命期內(nèi)都有非常穩(wěn)定的電參數(shù)和傳輸性能。
８。專用不銹鋼護套有很好的抗化學(xué)和熱水霧等腐蝕性。
９。三同軸的結(jié)構(gòu)有更好的性能，如抗干擾性，抗溫度誘導(dǎo)等。
缺點：
１。因為是半剛性金屬管電纜，所以不適合安裝和使用時的反復(fù)彎曲。和其他ＭＩ一樣的安裝方法，需安裝后固定使用。
２。價格比其他ＭＩ電纜(*)高。
注意問題：
1。不銹鋼護套的二氧化硅電纜不能和鍍鋅的和鋁的支撐架或托架直接接觸，否則在燃燒實驗時不銹鋼護套會有失效的可能，具體見NRC的通告》》。
四。二氧化硅(SiO2)電纜 vs 乙丙橡皮絕緣(EPR)電纜 ( 輻射老化,熱老化和ＬＯＣＡ測試對比)
五。目前二氧化硅電纜在核電站的應(yīng)用情況
１�，F(xiàn)在全球有超過80多個核電站正在使用二氧化硅電纜作為各種儀控,傳感,電力的連接，而且都是“零”事故率地去傳輸各種信號和能量。
２。使用二氧化硅電纜的部分核電站名字清單和具體應(yīng)用�！贰�
結(jié)論：
所以毫無疑問，在１Ｅ級Ｋ１類儀控電纜里面，如果你不希望在整個設(shè)計壽命期里出任何的問題，二氧化硅電纜可能是最好的選擇��！
* ＭＩ電纜＝Mineral Insulated Cables,礦物絕緣電纜
folded aluminium shield - 折邊鋁護套，卷邊鋁護套 （0） 投訴
P:2007-09-29 01:07:56
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這篇文章的最大目的是探討K1電纜的標準重要性,因為目前二氧化硅電纜只有美國可以生產(chǎn),其他國家好象還沒有生產(chǎn),所以在安全島內(nèi)的電纜標準各國就有了差異,當然也影響了反應(yīng)堆的壽命和可靠性了.
所以我以該篇文章來提醒和建議國內(nèi)即將使用的核電站,不要因為國內(nèi)目前的K1電纜水平低,所以就把可靠性降低來使用,電纜安裝了以后在安全殼內(nèi)是縱橫交錯,在這個高輻射的地方,是很難再次全部重新安裝電纜的!特別是以后還要延壽等要求,所以低質(zhì)量的電纜是一定不能裝在這種場合,美國早期的核電站也因為用的電纜不好,現(xiàn)在還就這個事情頭痛這呢.
而二氧化硅電纜以無以倫比的特性,是目前K1電纜里面最好的選擇,所以我把這個好的產(chǎn)品介紹到中國市場, 更多的K1電纜資料在: http://www.--sio2cable.com/unclear.htm
希望有生產(chǎn)或使用K1電纜的朋友多提意見,
precise spectro-chemical analysis technique - 精密光譜化學(xué)分析技術(shù) （0） 投訴
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