核級電纜,種類、數量(liàng)繁多。據估算,一座百(bǎi)萬(wàn)千(qiān)瓦(wǎ)級的核電機組,所需各類電纜,型號有100餘種,總長近(jìn)200萬米,價值約1億元左右。如果(guǒ)按(àn)用途劃分(fèn),有電力電(diàn)纜,控製電纜,測(cè)量(liàng)電纜,通信電纜,防火電纜(矽絕緣電纜)等(děng)五(wǔ)大(dà)類。它們不僅應具有普通電纜的一般特性,還(hái)要具有低煙、無鹵、阻燃等特性,並要具有特定的耐環境(jìng)性(xìng)(如耐輻射(shè)性(xìng)、耐LOCA性)。目前國內盡管有專門研發和生產核級電纜的電纜企業,但(dàn)是真正能夠生產出優(yōu)秀的核級電纜(lǎn)的企業還在少數。核級電纜特殊性能的要求,使得核級電纜與(yǔ)一般工業用電纜相比,最大的不同(tóng)在於核電站用電纜材料的性(xìng)能要求低煙無鹵阻燃性(xìng)普通的低壓阻燃電纜一般以(yǐ)PVC等含(hán)氯聚合物(wù)作絕緣和護(hù)套。
核級電纜的絕(jué)緣和護套材料,必須采用低(dī)煙、無毒、無腐蝕性的的無鹵阻(zǔ)燃電纜料,如熱塑阻燃(rán)無鹵素或交聯阻燃無鹵(lǔ)素材料(liào),才(cái)能滿足特殊(shū)的核安全要求(qiú)。無鹵(lǔ)電纜在發生火災時,燃燒釋放(fàng)的(de)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(zuò)用,不(bú)會使電纜成為火焰蔓延(yán)的通道。
無鹵(lǔ)電纜(lǎn)采用(yòng)不(bú)含鹵素的聚合物作為基料,在燃燒(shāo)時不會產生酸性氣體,因而其毒性及腐蝕性大大低於普通PVC電(diàn)纜(lǎn)。
阻燃(rán)性無鹵阻燃電纜(lǎn)的阻燃機理
在不含鹵素的聚合物中加人大量的氫氧化鋁(lǚ)或氫氧化鎂等填充劑,它(tā)們在電纜燃燒時釋放結晶水,吸收大量熱量,從而抑製聚合物溫度上升,延緩熱分解,降低燃燒速度。另外,脫水分解產(chǎn)生的(de)水蒸汽,能稀釋可燃性氣體(tǐ),產生阻燃效果。聚合物的阻燃性,通常用氧指數法來評定(dìng),它表示(shì)試樣在氧氣和氮氣的混合物中燃(rán)燒時所需要的最(zuì)低含氧量,指數(shù)越大,表示可燃性越小,阻燃(rán)性(xìng)越好。一般氧指數(OI)至少為28才具有不燃特性(xìng)。
耐火特(tè)性
當人們要求電(diàn)纜線路在發(fā)生火(huǒ)災時能(néng)繼續發揮作用,並且當電纜由於使用上的需要架設在高危區域的線(xiàn)路上時,電纜必須具備耐火性能(néng)。一(yī)旦遇上火警,此種耐火電纜(lǎn)仍能在一定時間內繼續安全運行,為人(rén)員及設備的(de)搶(qiǎng)救提供電能。核電纜的耐火性能按使用要求不同,分一(yī)般耐(nài)火性能要求和特殊耐火性能要求。特殊耐火性能要求為:在對電(diàn)纜(lǎn)撞擊條件下進(jìn)行1000% ,5min燃燒試驗,火焰熄滅後繼續撞擊5min,同時(shí)用規定壓(yā)力的高壓水衝電纜,要求在整個(gè)試驗(yàn)過程中電纜能(néng)保(bǎo)持繼續通電。
美國1974年製訂IEEE383電纜標準(zhǔn)後,年發生核(hé)電廠電纜著火延燃事故,促使人們重視難燃性試驗標準的(de)嚴格性(xìng)問(wèn)題。對於核島用電纜成品,達(dá)到無鹵/低煙/阻燃,即要求電(diàn)纜成品能通過IEC332-3成束燃燒試(shì)驗,燃燒煙濃度達到IEC1034-2的技(jì)術要求,燃(rán)燒腐蝕性氣體達到IEC754-2規定的推薦值的要求,絕(jué)緣線芯通過IPCEAS-19-81規定的單根垂直(zhí)燃燒試驗。
耐環境性
核級(jí)電纜用材料必須具有核電站(zhàn)固有工作環境所(suǒ)要求的耐環境性,即耐熱性、耐輻照性、耐LOCA性。
耐熱性(xìng)
由於核級電纜(lǎn)常在高溫環境下工作,因此需要它們具有長期耐熱使用性能,要選用耐(nài)熱性滿足要(yào)求的聚合物,並可讓電纜具有四十年以上的使用(yòng)壽命。
耐輻(fú)照(zhào)性
緩和環境,嚴酷環境核級電(diàn)纜受到大量射線時(shí),會使絕(jué)緣和(hé)護套材料變脆,機械性能變差。因此(cǐ),作為核(hé)電站電纜用的絕緣和(hé)護(hù)套材料,必須具有(yǒu)優良的耐輻(fú)照性(xìng)。
各種不同的高聚物,其耐輻照性能不(bú)同。人們通常在高聚物裏(lǐ)添加(jiā)抗輻照劑,改進其耐輻照性能。有關電纜(lǎn)的耐L0CA性,不同核(hé)電站的要求(qiú)也不相同。
綜上所述,核級電纜除(chú)要具有普通電纜所具有(yǒu)的性(xìng)能之外,還要具有無鹵、低煙、阻燃的特性,並滿足根(gēn)據其在敷設區域的(de)正常和事故環境下完成安全功能所必需的性(xìng)能(néng)要求,也就是(shì)須滿(mǎn)足耐地震、耐正常和事故工況的--射線照(zhào)射、耐LOCA/HELB事故工況的環境、工作溫度下具有電(diàn)站設計(jì)壽期內的(de)使用壽命等需求。
另(lìng)外,核級電纜的使用壽命,原來的(de)設計指標(biāo)是40年以上(shàng),下一代核電站要求達到60年,因此,原來的設計是否能滿(mǎn)足使用要求,尚有待於進一步的實驗驗證。如何延長電纜的使用壽命,已成為(wéi)重要的(de)研究課(kè)題。
低(dī)煙(yān)無鹵阻燃核(hé)電纜,是一種性能水平高、製造難度大的特種電纜,即使(shǐ)是進口產品,在應(yīng)用(yòng)過(guò)程中也暴露出了不少問(wèn)題,有的甚至(zhì)是很嚴重的(de)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(dī)煙低鹵阻燃材料來生(shēng)產核電站的特種電纜(lǎn),這是電纜行業工作者可以探討的一個想法。這樣做(zuò),可以降低電纜材料的配方設計難度,可以使生產工藝較易(yì)實現,產品質量會更可靠,在(zài)實際應用上也會更安全。
核級電纜是性能水平高、製造(zào)技術難度大(dà)的電纜品種,目前生產(chǎn)技術上(shàng)並未完全成熟,有待於更深入(rù)的探討研究。