Els cables de les centrals nuclears s’utilitzen principalment en edificis de reactors nuclears, edificis auxiliars nuclears i edificis de turbines de vapor. Generalment, s’utilitzen canonades o conductes de cable per col·locar els cables, que han de tenir una vida útil fiable, estabilitat tèrmica, resistència a la humitat, estabilitat química i resistència a la radiació.
Per tal d’assegurar l’alta fiabilitat del disseny del sistema i evitar les greus conseqüències econòmiques causades pels danys dels equips, s’acostumen a adoptar sistemes i dispositius de línia independents multicanal repetits. Normalment, s’utilitzen dos conjunts de sistemes de línies independents per als cables d’alimentació i tres conjunts de sistemes de línies independents per als cables de control.
Els tipus més habituals de cables per a centrals nuclears són: cables d’alimentació de 6 / 10kV i 0,6 / 1kV, cables de control de 0,6 / 1kV, cables d’instruments de 300 / 500V i cables de compensació de 300 / 500V.
La taula següent és la taula d’especificacions d’una empresa nacional:
Taula 11E Nom del model de cable de la central nuclear de classe
Nom del model
Cable d'alimentació de classe 1 K3 per a nucli de coure YJYK3 nucli de coure aïllat de polietilè reticulat, sense halògens, amb poliolefina de baix fum, revestida
Cinta conductora de coure YJY23K3, cinta d'acer aïllada de polietilè reticulat, blindada, cables d'alimentació de la planta nuclear de la planta nuclear de poliolefina de baix fum amb baix halogen
Nucli de coure aïllat de polietilè reticulat, sense halògens, reduït de flama, ignífug, termoestable, central nuclear, cables d'alimentació 1E classe K1
YJYJ23K1 Nucli de coure Cinta d'acer aïllada de polietilè reticulat blindada lliure de halògens, retardant de flama, termoestable, amb capa d'energia nuclear de classe 1E K1
KYJYK3 nucli de coure reticulat en polietilè aïllat, central de cables de senyal de control 1E Classe K3, amb poliolefina de baix contingut en fum, sense halògens, revestida de poliolefina
Cinta conductora de coure KYJY23K3 amb cinta d'acer aïllada de polietilè reticulat blindada sense cables de poliolefina de baix fum amb halògens, envoltada de cables de senyal de control de classe 1E K3
Nucli de coure, aïllat de polietilè reticulat, lliure d’halògens, de baix contingut de fum, ignífug, central nuclear revestida termoestable, cables de senyal de control K1 de classe 1E
Cinta d'acer aïllada de polietilè reticulat amb nucli de coure blindat termoestable resistent a la flama de la central nuclear de la capa 1E K1 cable de senyal de control, sense halògens, baix fum
Els cables de classe 1E utilitzats a les centrals nuclears es divideixen en tres categories segons les categories de seguretat dels equips del sistema elèctric de les centrals nuclears: K1, K2 i K3.
Les categories de seguretat K1, K2 i K3 es defineixen de la següent manera:
Actuador elèctric de classe K1.
Instal·lat a la contenció d’un reactor nuclear i capaç de realitzar les seves funcions prescrites en condicions ambientals normals i sota càrregues SL2 (terratrèmol d’aturada segura) i durant o després d’un accident.
Actuador elèctric de la classe K2.
Instal·lat a la contenció d’un reactor nuclear i capaç de realitzar les seves funcions prescrites en condicions ambientals normals i sota càrregues SL2 (terratrèmol d’aturada segura).
Actuadors elèctrics de classe K3.
Instal·lat fora de la contenció d’un reactor nuclear, realitza les seves funcions prescrites en condicions ambientals normals i sota càrregues SL2 (terratrèmol d’aturada segura).
L’entorn de funcionament dels tres tipus de cables és molt diferent, entre els quals la classe K1 té l’entorn de funcionament més sever i els requisits de rendiment més estrictes dels cables. Els cables només es poden posar en funcionament simulant la prova d’accident de pèrdua de refrigerant (LOCA).
Segons l’entorn operatiu real del cable, tant l’interior com l’exterior de ContainmentVessel seran severament provats quan es produeixi LOCA a la central nuclear.
Algunes persones pensen que el cable instal·lat a l'edifici del reactor nuclear hauria de ser simulat com a prova LOCA;
En segon lloc, només en poder produir cables de classe 1E K1 es pot demostrar que el fabricant de cables és capaç de produir cables de qualitat nuclear. El millor és determinar el disseny estructural i els indicadors de rendiment dels cables segons les condicions específiques dels dos entorns de funcionament de l'edifici del reactor i l'edifici auxiliar nuclear.
1. Prova els continguts
(1) Prova de tipus de rendiment bàsic del cable;
(2) Els cables han de ser capaços de superar la prova de combustió vertical de cables formats per feixos especificats a EEE383;
(3) Prova de concentració de fum;
(4) Prova d'alliberament de gas del material acabat de la capa de cable durant la combustió;
(5) Prova d'envelliment elèctric de cables d'alimentació;
(6) Prova d'avaluació de la resistència a la calor a llarg termini per a l'aïllament i els materials de la funda;
(7) Prova de simulació d'envelliment tèrmic equivalent a 50 anys de funcionament;
(8) Prova de simulació d’envelliment de radiació equivalent que es fa durant 50 anys;
(9) Prova sísmica simulada;
(10) Prova equivalent a 50 anys d’exposició a la radiació LOCA, prova de simulació LOCA (vapor d’aigua a alta temperatura i alta pressió);
(11) Prova d'inspecció de rendiment.
Entre ells, (1) ~ (3) són proves de tipus, (7) ~ (10) són proves de simulació ambiental i (8) i (10) es duen a terme després de la 7a prova.
Les proves d'inspecció de rendiment inclouen proves de tensió, proves de combustió, mesurament de la resistència a la tracció de l'aïllament i la capa, l'allargament al trencament, etc.
Es determinen les condicions específiques de l’entorn operatiu.
2. Mètode de prova
A. Prova d'envelliment elèctric per a cables d'alimentació a 5000h
Els cables d'alimentació hauran de passar la prova d'envelliment elèctric durant 5000 hores, que es durà a terme d'acord amb la norma LEC60502.
Les condicions de la prova són les següents:
(1) Longitud de la mostra de cable: no menys de 30 m;
(2) Voltatge aplicat: tensió aplicada entre fases (és la tensió nominal de freqüència de potència entre els conductors del cable);
(3) Apliqueu el corrent: el corrent ha de passar pel cable per aconseguir que la temperatura del conductor arribi a 95 ~ 100 ℃;
(4) Durada d’un cicle: escalfament durant 8h i després refredament durant 16h;
(5) La durada de la prova no pot ser inferior a 5000h (és a dir, 209 cicles de temperatura).
Resultats de la prova: el cable no s’ha de trencar durant la prova.
La tensió de prova i el temps de prova es determinen sobre la base de l’índex de vida d’aïllament del cable (N) amb un cert marge de seguretat. L'equació de vida envellida elèctrica és: Unt=C [(1), U és la tensió aplicada al cable; n és l’índex de vida; T és el temps de ruptura elèctrica; C és una constant (relacionada amb l’estructura, etc.)].
Si l’índex de vida del polietilè reticulat utilitzat és N ≥9, la vida del cable de la central nuclear haurà de ser de 50 anys. L’equació (1) es pot utilitzar per calcular la relació de tensió i temps.
Per exemple, si la tensió de treball U=10kV, el temps de treball requerit t=348000h (50 anys);
Quan la tensió de prova és de 20 kV, el temps de prova ha de ser de 5000 hores.
En substituir els paràmetres anteriors per l’equació (1), es pot obtenir que:
La solució es pot obtenir com a n=6,45, menys de 9, cosa que indica que el mètode de prova té un marge de seguretat.
B. Prova d'avaluació de la resistència a la calor a llarg termini dels materials d'aïllament i de la capa
Segons l'estàndard IEC60216 i l'estàndard IEEE383-74, el model matemàtic recomanat per accelerar l'envelliment de materials no metàl·lics és Arrhenius' fórmula empírica: In=ab / T (2), fa referència a la vida útil del producte En temperatura T (h);
T és la temperatura de funcionament (K);
A i B són coeficients indeterminats.
La fórmula (2) s’ha aplicat durant dècades i es comprova que és eficaç en molts casos.
Els coeficients indeterminats A i B es poden calcular en funció de la temperatura de treball establerta i, a continuació, utilitzar la fórmula (2) per calcular la durada de vida. Si el valor de és superior a l'esperat, es compliran els requisits de vida útil del disseny.
(1) Determinació de la temperatura i el temps de prova.
La prova d’envelliment convencional és de 135 ℃ i 168 h, de manera que es pot determinar 135 as com a temperatura mínima de prova.
Els protocols de prova fan referència a IEC60216" per determinar els procediments de prova d'envelliment tèrmic i!
Procediment general per avaluar els resultats de les proves" i la norma IEEE383.
La diferència de temperatura de la prova d’avaluació de la vida de cada nivell és de 15 ℃, hi ha quatre punts de temperatura de prova, la temperatura màxima de prova és de 180 ℃.
L'experiment va durar unes 5000 hores.
(2) Selecció de paràmetres de terminació de la vida.
En el procés d'envelliment tèrmic dels materials d'aïllament, hi ha dos paràmetres característics, a saber, la resistència a la tracció i l'allargament al trencament. En aquesta prova, la taxa de disminució de l’allargament al trencament és més ràpida que la de la resistència a la tracció, de manera que l’allargament al trencament es pren com a paràmetre d’avaluació de la vida.
Segons el càlcul del radi de flexió de l'establiment de cables, l'allargament real de l'aïllament no superarà el 10%.
L'allargament original al trencament de la mostra mesurada va ser del 160%. Suposant que la taxa de retenció de l’allargament al trencament era del 50% com a punt final de vida útil, l’allargament al trencament encara era del 80%, cosa que proporcionava un factor de seguretat suficient per al cable en funcionament.
(3) Processament de dades i càlcul de vida útil.
Segons la norma IEC60216-1 i els principis matemàtics relacionats, la corba d'Arrhenius es va dibuixar primer amb el mètode de dibuix segons el punt de finalització de la vida assumit.
Al mateix temps, es calculen els coeficients A i B indeterminats per determinar la relació entre la temperatura i la vida del material de prova. Quan el valor de vida calculat no és inferior a 50 anys a 90 ℃, es considera que el material té una vida qualificada de 50 anys.
C. Prova de simulació d'envelliment tèrmic equivalent a 50 anys de funcionament
D'acord amb l'estàndard IEEE383-74, la prova de simulació d'envelliment tèrmic de mostres de cable acabades es va realitzar mitjançant la col·locació del cable en un forn de circulació d'aire a una temperatura i un temps determinats mitjançant les dades desenvolupades per la tecnologia Arrhenius.
Les característiques tèrmiques dels materials aïllants i de la funda es basaran en els resultats de l'avaluació de la vida tèrmica.
La corba d'Arrhenius i la relació entre la temperatura i la vida dels materials establerts amb una vida útil de 50 anys es van utilitzar com a base per determinar les dades de proves de simulació de l'envelliment per cable dels productes acabats.
S'han establert la corba d'Arrhenius i la relació entre temperatura i vida, que se suposa que és el punt abans del final de la vida quan l'allargament del material&# 39 amb una taxa de retenció de trencament és del 50%. La prova de simulació d'envelliment tèrmic per a mostres de cable acabades equivalents a 50 anys s'ha de realitzar a 90 ° C.
A la corba d'Arrhenius, s'estableix una nova corba i la relació entre temperatura i temps segons l'Equació (2) i el pendent conegut per seleccionar la temperatura i el temps de la prova de simulació.
D. Prova de simulació d’envelliment de radiació equivalent durant 50 anys
Les mostres de cables acabades per a proves de radiació haurien de sotmetre's a proves de simulació d'envelliment tèrmic equivalents a 50 anys de funcionament.
La prova de simulació d’envelliment per radiació equivalent operada durant 50 anys pren C60 com a font radioactiva i la velocitat de radiació no és superior a 1,0 × 104Gy / hi la dosi de radiació és de 2,5 × 105Gy, que compleix els requisits de rendiment de resistència a la radiació del cable les condicions ambientals de la dosi normal de radiació a la planta auxiliar nuclear i la planta del reactor.
E. Proves sísmiques simulades
La mostra de cable s’enrotlla al voltant del cilindre de prova amb un diàmetre de 20D (D és el diàmetre exterior del cable) durant almenys un gir, i després es repeteix el procés en sentit contrari durant un cicle, un total de dos cicles.
Després del cicle de bobinatge, la mostra enrotllada al cilindre es va introduir en un forn escalfat a la temperatura nominal de funcionament del cable durant 24 hores. Després del refredament, es va realitzar la prova d'inspecció de rendiment especificada.
F. l’equivalent
Proves d’exposició a la radiació durant 50 anys d’OPERACIÓ de LOCA, proves LOCA simulades (exposició a vapor d’aigua a alta temperatura i alta pressió)
LOCA (Lossofcoolantaccident) també es coneix com a accident de pèrdua d’aigua en reactors d’aigua lleugera.
De vegades, es produeixen accidents de pèrdua de refrigerant en sistemes de reactors d’aigua bullent (BWR) o de reactors d’aigua a pressió (PWR) a causa de fuites de canonades o d’altres causes.
En aquest cas, els cables, tant a l’interior com a l’exterior del recipient de contenció, estan sotmesos a diferents graus de calor i pressió, a aerosols químics i a dosis històricament elevades de radiació gamma.
Només els cables provats mitjançant aquesta condició simulada de LOCA es poden utilitzar amb seguretat a les centrals nuclears.
Per tant, s’hauria de provar el LOCA de la CABling de l’edifici del reactor, tant dins com fora de la contenció.
G. Prova d'inspecció de rendiment
Les proves d'inspecció de rendiment inclouen proves de compressió, proves de combustió, proves de resistència a l'aïllament, resistència a la tracció de l'aïllament i la capa, i proves d'allargament al trencament. Les proves de resistència d’aïllament, resistència a la tracció i allargament al trencament són només de referència.
Prova de tensió de resistència: doblegueu la mostra amb un diàmetre de flexió 40 vegades superior al del diàmetre del cable de la mostra i, a continuació, apliqueu la tensió amb un gradient de 3,15kV / min durant 5min. El cable no s’hauria de trencar.