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核電站常用有機(jī)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(shì)

一。目前核電站常用有機(jī)塑料電纜存在著下面的弱點(diǎn)：

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?jī)x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(shí)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(jì)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(yùn)行情況下，安全殼內(nèi)不會(huì)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(shí)間內(nèi)，正常運(yùn)行情況下，安全殼內(nèi)輻照的最大累計(jì)值為 3×10^7rad 。安全殼內(nèi)的儀控電纜一般不會(huì)受到震動(dòng)的影響，除非有特殊要求，否則，不考慮由于震動(dòng)引起的老化問題 [5] 。
1.2電纜的老化機(jī)理 ：
      在現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下，電纜的絕緣和護(hù)套等聚合物材料隨著時(shí)間的推移會(huì)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(qiáng)度減弱；護(hù)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(jī)理可分為影響分子結(jié)構(gòu)的化學(xué)老化機(jī)理和影響材料混合物成分的物理老化機(jī)理。
1.3 化學(xué)老化機(jī)理
(1) 高分子鏈斷裂：一個(gè)高分子鏈斷裂為 2 個(gè)或多個(gè)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(gè)相鄰高分子間共價(jià)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?zhǔn)椒磻?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(jià)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?zhǔn)椒磻?yīng)過程中各階段的分子運(yùn)動(dòng)情況，它隨著聚合物中添加劑的不同而不同。
（ 4 ）氧擴(kuò)散控制過程：聚合材料中自由基的初速率大于溶解氧擴(kuò)散的速率時(shí)，老化快慢由氧擴(kuò)散來控制。
（ 5 ）協(xié)同效應(yīng)：當(dāng)各個(gè)環(huán)境因素的綜合影響大于其各個(gè)單一影響之和時(shí)，會(huì)產(chǎn)生這種效應(yīng)，如對(duì)聚合物而言，既受熱，又受到輻照。
2.2 物理老化機(jī)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(kuò)散的增塑劑所填塞，這 2 種揮發(fā)和填塞的分子運(yùn)動(dòng)并存，強(qiáng)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(dá)到均衡狀態(tài)。

上面等等的因素，使得有機(jī)塑料電纜在整個(gè)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(píng)估這些電纜的狀況成了一個(gè)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(biāo)準(zhǔn)分部（ＪＮＥＳ－ＳＳ）－核電站電纜老化評(píng)估中期方案(2006.12).pdf-3.89MB

Ｂ．核電廠安全殼內(nèi)儀表與控制電纜的老化管理

ＳＨＰＶＣ絕緣材料在１２０ ℃下不同時(shí)間的變化（熱老化實(shí)驗(yàn)）

ＬＯＣＡ蒸汽暴露實(shí)驗(yàn)

從上面的報(bào)告中可以看出，使用有機(jī)塑料電纜的問題是有多么的嚴(yán)重！

而美國(guó)原子能管理委員會(huì)在９３－３３的公告中，具體說明了委托Sandia國(guó)家實(shí)驗(yàn)室，對(duì)各種核電站專用有機(jī)塑料電纜的測(cè)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(jìn)。

2•　有機(jī)塑料電纜的接頭連接方式的不可靠。

因?yàn)橛袡C(jī)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?yàn)槿�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(jìn)入到電纜里面，而造成電纜性能的巨大波動(dòng)甚至失效。

美國(guó)原子能管理委員會(huì)（ＮＲＣ）在９７－４５的公告中，具體列舉了一個(gè)事例：南加洲的Edison核電站，因?yàn)槭褂昧?A target=_blank href="http://www.--sio2cable.com/PDF%20file/CoaxTriaxTwin-RCSS.pdf">Rockbestos公司的RSS-6-104/LE有機(jī)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(yuǎn)程輻射監(jiān)控（ＨＲＲＭ）的，因?yàn)樵撾娎|有水蒸汽侵入，從而使得監(jiān)控傳來的微弱信號(hào)受到很大的干擾，從而輸出錯(cuò)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(duì)同樣使用了 Rockbestos公司的RSS-6-104/LE有機(jī)塑料同軸電纜和Amphenol公司的Ｎ型連接器的電纜組件，因?yàn)榇嬖跍囟日T導(dǎo)現(xiàn)象，從而在遠(yuǎn)程輻射監(jiān)控（ＨＲＲＭ）中產(chǎn)生了錯(cuò)誤的信號(hào)，這個(gè)錯(cuò)誤的信號(hào)會(huì)使操作人員對(duì)輻射監(jiān)控指標(biāo)產(chǎn)生誤導(dǎo)，時(shí)間大約有１５分鐘，改用二氧化硅電纜后，錯(cuò)誤的數(shù)值從幾千R/hr降到１００R/hr以下，錯(cuò)誤大為下降，但仍未完全解決該問題，需要對(duì)操作人員進(jìn)行培訓(xùn)來作為最終解決方案。

3•　有機(jī)塑料電纜的耐溫等級(jí)、阻燃性能和發(fā)煙指標(biāo)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(chǎng)合和優(yōu)勢(shì)。

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?yàn)橛幸韵碌膬?yōu)點(diǎn)：

１。耐高輻射性，比有機(jī)塑料電纜的輻射承受能力高１００００倍，具體見指標(biāo)》》》

２• 耐溫范圍寬 ：-273℃至+1000℃ ，阻燃性能和煙霧指標(biāo)都非常出色。

３。高強(qiáng)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(zhǎng)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(bào)告（第５０１頁(yè)）。

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(hào)。

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(hù)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(diǎn)：

１。因?yàn)槭前雱傂越饘俟茈娎|，所以不適合安裝和使用時(shí)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(jià)格比其他ＭＩ電纜(*)高。

注意問題：

1。不銹鋼護(hù)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(shí)驗(yàn)時(shí)不銹鋼護(hù)套會(huì)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(cè)試對(duì)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(gè)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(hào)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。》》

結(jié)論：

所以毫無疑問，在１Ｅ級(jí)Ｋ１類儀控電纜里面，如果你不希望在整個(gè)設(shè)計(jì)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

這篇文章的最大目的是探討K1電纜的標(biāo)準(zhǔn)重要性,因?yàn)槟壳岸�氧化硅電纜只有美國(guó)可以生產(chǎn),其他國(guó)家好象還沒有生產(chǎn),所以在安全島內(nèi)的電纜標(biāo)準(zhǔn)各國(guó)就有了差異,當(dāng)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(guó)內(nèi)即將使用的核電站,不要因?yàn)閲?guó)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(cuò),在這個(gè)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(chǎng)合,美國(guó)早期的核電站也因?yàn)橛玫碾娎|不好,現(xiàn)在還就這個(gè)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(gè)好的產(chǎn)品介紹到中國(guó)市場(chǎng), 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,

注意Nexans( 原阿爾卡特）的低煙無鹵電纜大量使用于全世界的核電站，運(yùn)行很不錯(cuò)呢。

謝謝樓主的SiO2電纜的分享。。