تُستخدم كابلات محطات الطاقة النووية بشكل أساسي في مباني المفاعلات النووية والمباني المساعدة النووية ومباني التوربينات البخارية. بشكل عام ، تُستخدم خطوط الأنابيب أو مجاري الكابلات لمد الكابلات ، والتي يلزم أن تتمتع بعمر خدمة موثوق به ، واستقرار حراري ، ومقاومة للرطوبة ، واستقرار كيميائي ومقاومة للإشعاع.
من أجل ضمان الموثوقية العالية لتصميم النظام وتجنب العواقب الاقتصادية الخطيرة الناجمة عن تلف المعدات ، يتم عادةً اعتماد أنظمة وأجهزة خط مستقل متعدد القنوات. عادة ، يتم استخدام مجموعتين من أنظمة الخطوط المستقلة لكابلات الطاقة وثلاث مجموعات من أنظمة الخطوط المستقلة لكابلات التحكم.
الأنواع الشائعة من الكابلات لمحطات الطاقة النووية هي: كابلات الطاقة 6 / 10kV و 0.6 / 1kV ، وكابلات التحكم 0.6 / 1kV ، وكابلات الأدوات 300 / 500V وكابلات التعويض 300 / 500V.
الجدول التالي هو جدول المواصفات لشركة محلية:
الجدول 11E اسم طراز كابل محطة الطاقة النووية فئة
اسم النموذج
كابل الطاقة 1E فئة K3 لمحطة الطاقة النووية المغلفة بالبولي إيثيلين المعزول من البولي إيثيلين المتشابك مع قلب نحاسي YJYK3 وخالية من الهالوجين منخفضة الدخان ومغلفة بالبولي أوليفين
YJY23K3 موصل نحاسي متشابك من البولي إيثيلين المعزول بشريط فولاذي مدرع خالي من الهالوجين منخفض الدخان مغمد من البولي أوليفين كبلات طاقة نووية فئة 1E K3
النحاس الأساسية المتشابكة البولي إيثيلين المعزولة خالية من الهالوجين منخفضة الدخان مثبطات اللهب غمد بالحرارة محطة الطاقة النووية 1E فئة K1 كابلات الطاقة
YJYJ23K1 نحاسي النواة متشابكة من البولي إيثيلين المعزول بشريط فولاذي مدرع خالي من الهالوجين منخفض الدخان مثبط للهب بالحرارة مغمد محطة الطاقة النووية فئة 1E K1
KYJYK3 النحاس الأساسية متشابكة البولي إيثيلين المعزولة خالية من الهالوجين منخفضة الدخان البولي أوليفين مغمد محطة الطاقة النووية 1E الفئة K3 كابلات إشارة التحكم
KYJY23K3 موصل نحاسي متشابك من البولي إيثيلين المعزول بشريط فولاذي مدرع خالي من الهالوجين منخفض الدخان مغلف بالبولي أوليفين محطة طاقة نووية فئة 1E K3 كابلات إشارة التحكم
قلب نحاسي ، عازل البولي إيثيلين المتشابك ، خالي من الهالوجين ، دخان منخفض ، مثبط للهب ، محطة طاقة نووية مغلفة بالحرارة ، كابلات إشارة التحكم K1 من الفئة 1E
نحاسي النواة متشابكة من البولي إيثيلين المعزول بشريط فولاذي مدرع خالي من الهالوجين ، دخان منخفض ، غمد مقاوم للهب بالحرارة ، محطة طاقة نووية فئة 1E K1 كابل إشارة تحكم
تنقسم كابلات الفئة 1E المستخدمة في محطات الطاقة النووية إلى ثلاث فئات وفقًا لفئات الأمان الخاصة بمعدات النظام الكهربائي لمحطة الطاقة النووية: K1 و K2 و K3.
يتم تعريف فئات السلامة K1 و K2 و K3 على النحو التالي:
المحرك الكهربائي فئة K1.
يتم تثبيته داخل احتواء مفاعل نووي وقادر على أداء وظائفه المحددة في ظل الظروف البيئية العادية وتحت أحمال SL2 (زلزال الإغلاق الآمن) وأثناء وقوع حادث أو بعده.
المحرك الكهربائي فئة K2.
يتم تثبيته داخل احتواء مفاعل نووي وقادر على أداء وظائفه المحددة في ظل الظروف البيئية العادية وتحت أحمال SL2 (زلزال الإغلاق الآمن).
المحركات الكهربائية من الفئة K3.
يتم تثبيته خارج نطاق احتواء مفاعل نووي ، وهو يؤدي وظائفه المحددة في ظل الظروف البيئية العادية وتحت أحمال SL2 (زلزال الإغلاق الآمن).
تختلف بيئة التشغيل للأنواع الثلاثة من الكابلات اختلافًا كبيرًا ، ومن بينها الفئة K1 التي تتميز بأشد بيئة تشغيل وأكثر متطلبات الأداء صرامة على الكابلات. فقط من خلال محاكاة اختبار حادث فقد سائل التبريد (LOCA) يمكن تشغيل الكابلات.
وفقًا لبيئة التشغيل الفعلية للكابل ، سيتم اختبار كل من داخل وخارج حاوية الاحتواء بشدة عند حدوث LOCA في محطة الطاقة النووية.
يعتقد بعض الناس أن الكبل المثبت في مبنى المفاعل النووي يجب محاكاة اختبار LOCA ؛
ثانيًا ، فقط من خلال القدرة على إنتاج الكابلات من الفئة 1E K1 يمكن إثبات أن الشركة المصنعة للكابلات قادرة تمامًا على إنتاج الكابلات النووية. من الأفضل تحديد التصميم الإنشائي ومؤشرات الأداء للكابلات وفقًا للشروط المحددة لبيئتي التشغيل لمبنى المفاعل والمبنى النووي المساعد.
1. اختبار المحتويات
(1) نوع اختبار الأداء الأساسي للكابل ؛
(2) يجب أن تكون الكابلات قادرة على اجتياز اختبار الاحتراق العمودي للكابلات المشكلة بالحزم المحددة في EEE383 ؛
(3) اختبار تركيز الدخان ؛
(4) اختبار إطلاق الغاز لمواد غلاف الكابلات النهائية أثناء الاحتراق ؛
(5) اختبار الشيخوخة الكهربائية لكابلات الطاقة ؛
(6) اختبار تقييم مقاومة الحرارة على المدى الطويل للمواد العازلة والغمد ؛
(7) اختبار محاكاة التقادم الحراري بما يعادل 50 سنة من التشغيل ؛
(8) اختبار محاكاة شيخوخة الإشعاع المكافئ الذي يعمل لمدة 50 عامًا ؛
(9) اختبار محاكاة الزلازل ؛
(10) اختبار التعرض للإشعاع LOCA المكافئ لمدة 50 عامًا ، اختبار محاكاة LOCA (درجة حرارة عالية ، بخار ماء عالي الضغط) ؛
(11) اختبار فحص الأداء.
من بينها ، (1) ~ (3) اختبارات النوع ، (7) ~ (10) هي اختبارات محاكاة بيئية ، و (8) و (10) يتم إجراؤها بعد الاختبار السابع.
تشمل اختبارات فحص الأداء اختبار الجهد ، واختبار الاحتراق ، وقياس قوة الشد للعزل والغمد ، والاستطالة عند الكسر ، إلخ.
يتم تحديد الظروف المحددة لبيئة التشغيل.
2. طريقة الاختبار
أ. اختبار التقادم الكهربائي لكابلات الطاقة عند 5000 ساعة
يجب أن تجتاز كابلات الطاقة اختبار التقادم الكهربائي لـ 5000 ساعة ، والذي يجب إجراؤه وفقًا لـ LEC60502
شروط الاختبار هي كما يلي:
(1) طول عينة الكابل: لا يقل عن 30 م ؛
(2) الجهد المطبق: الجهد المطبق بين المراحل (هو جهد تردد الطاقة المقنن بين موصلات الكبل) ؛
(3) تطبيق التيار: يجب أن يمر التيار عبر الكبل لجعل درجة حرارة الموصل تصل إلى 95 ~ 100 ؛
(4) مدة الدورة: تسخين لمدة 8 ساعات ، ثم التبريد لمدة 16 ساعة ؛
(5) يجب ألا تقل مدة الاختبار عن 5000 ساعة (أي 209 دورات درجة حرارة).
نتائج الاختبار: يجب عدم كسر الكابل أثناء الاختبار.
يتم تحديد جهد الاختبار ووقت الاختبار على أساس مؤشر عمر عزل الكابل (N) بهامش أمان معين. معادلة العمر الافتراضي للشيخوخة الكهربائية هي: Unt=C [(1) ، U هو الجهد المطبق على الكابل ؛ ن هو مؤشر الحياة ؛ T هو وقت الانهيار الكهربائي ؛ C ثابت (مرتبط بالهيكل ، إلخ)].
إذا كان مؤشر عمر البولي إيثيلين المتشابك المستخدم هو N ≥9 ، فيجب أن يكون عمر الكابل لمحطة الطاقة النووية 50 عامًا. يمكن استخدام المعادلة (1) لحساب علاقة الجهد والوقت.
على سبيل المثال ، إذا كان جهد العمل U=10kV ، فإن وقت العمل المطلوب t=348000h (50 عامًا) ؛
عندما يكون جهد الاختبار 20 كيلو فولت ، يجب أن يكون وقت الاختبار 5000 ساعة.
من خلال استبدال المعلمات أعلاه في المعادلة (1) ، يمكن الحصول على ما يلي:
يمكن الحصول على المحلول كـ n=6.45 ، أي أقل من 9 ، مما يشير إلى أن طريقة الاختبار لها هامش أمان.
اختبار تقييم المقاومة الحرارية طويلة المدى للمواد العازلة والغمد
وفقًا لمعيار IEC60216 ومعيار IEEE383-74 ، فإن النموذج الرياضي الموصى به لتسريع تقادم المواد اللافلزية هو Arrhenius&# 39 ؛ الصيغة التجريبية: In=ab / T (2) ، تشير إلى العمر التشغيلي للمنتج في درجة الحرارة T (h) ؛
T هي درجة حرارة التشغيل (K) ؛
A و B معاملات غير محددة.
تم تطبيق الصيغة (2) منذ عقود ، وتم التحقق من فعاليتها في كثير من الحالات.
يمكن حساب المعاملين غير المحددين A و B بناءً على درجة حرارة العمل المحددة ، ثم استخدام الصيغة (2) لحساب مدى الحياة. إذا كانت القيمة أكبر من القيمة المتوقعة ، فسيتم استيفاء متطلبات عمر التصميم.
(1) تحديد درجة حرارة الاختبار والوقت.
اختبار التقادم التقليدي هو 135 درجة مئوية و 168 ساعة ، لذلك يمكن تحديد 135 درجة مئوية كحد أدنى لدرجة حرارة الاختبار.
تشير بروتوكولات الاختبار إلى IEC60216" ؛ لتحديد إجراءات اختبار الشيخوخة الحرارية و!
الإجراء العام لتقييم نتائج الاختبار" ؛ ومعيار IEEE383.
فرق درجة حرارة اختبار تقييم الحياة لكل مستوى هو 15 درجة مئوية ، وهناك أربع نقاط درجة حرارة اختبار ، ودرجة حرارة الاختبار القصوى هي 180 درجة مئوية.
استمرت التجربة حوالي 5000 ساعة.
(2) اختيار معلمات إنهاء الحياة.
في عملية الشيخوخة الحرارية لمواد العزل ، هناك نوعان من المعلمات المميزة ، وهما قوة الشد والاستطالة عند الكسر. في هذا الاختبار ، يكون معدل انخفاض الاستطالة عند الكسر أسرع من معدل مقاومة الشد ، لذلك يتم أخذ الاستطالة عند الكسر كمعامل تقييم الحياة.
وفقًا لحساب نصف قطر الانحناء لتمديد الكابلات ، يجب ألا تتجاوز الاستطالة الفعلية للعزل 10٪.
كانت الاستطالة الأصلية عند كسر العينة المقاسة 160٪. بافتراض أن معدل استطالة الاستطالة عند الكسر كان 50٪ كنقطة نهاية العمر ، فإن الاستطالة عند الكسر لا تزال 80٪ ، مما يوفر عامل أمان كافٍ للكابل قيد التشغيل.
(3) معالجة البيانات وحساب العمر.
وفقًا لـ IEC60216-1 والمبادئ الرياضية ذات الصلة ، تم رسم منحنى Arrhenius لأول مرة باستخدام طريقة الرسم وفقًا لنقطة نهاية العمر المفترضة.
في نفس الوقت ، يتم حساب المعاملات غير المحددة A و B لتحديد العلاقة بين درجة الحرارة وعمر مادة الاختبار. عندما لا تقل قيمة العمر المحسوبة عن 50 عامًا عند 90 ، يُحكم على المادة بأنها تتمتع بعمر مؤهل يبلغ 50 عامًا.
اختبار محاكاة الشيخوخة الحرارية يعادل 50 عامًا من التشغيل
وفقًا لمعيار IEEE383-74 ، تم إجراء اختبار محاكاة التقادم الحراري لعينات الكابلات النهائية عن طريق وضع الكابل في فرن تدوير الهواء عند درجة حرارة ووقت معينين باستخدام البيانات التي طورتها تقنية Arrhenius.
يجب أن تستند الخصائص الحرارية للمواد العازلة والغمد إلى نتائج تقييم العمر الحراري.
تم استخدام منحنى Arrhenius والعلاقة بين درجة الحرارة وعمر المواد المحددة بعمر خدمة يبلغ 50 عامًا كأساس لتحديد بيانات اختبار محاكاة تقادم الكابلات للمنتجات النهائية.
تم إنشاء منحنى Arrhenius والعلاقة بين درجة الحرارة والعمر ، والتي من المفترض أن تكون النقطة قبل نهاية العمر عندما تكون استطالة المادة&عند معدل استبقاء الكسر 50٪. يجب إجراء اختبار محاكاة التقادم الحراري لعينات الكابلات النهائية التي تعادل 50 عامًا عند 90 درجة مئوية.
في منحنى Arrhenius ، يتم إنشاء منحنى جديد والعلاقة بين درجة الحرارة والوقت وفقًا للمعادلة (2) والمنحدر المعروف لتحديد درجة الحرارة ووقت اختبار المحاكاة.
D. اختبار محاكاة الشيخوخة الإشعاعية المكافئة التي تعمل لمدة 50 عامًا
يجب أن تخضع عينات الكابلات النهائية لاختبارات الإشعاع لاختبارات محاكاة التقادم الحراري التي تعادل 50 عامًا من التشغيل.
اختبار محاكاة شيخوخة الإشعاع المكافئ الذي يتم تشغيله لمدة 50 عامًا يأخذ C60 كمصدر إشعاعي ، ومعدل الإشعاع لا يزيد عن 1.0 × 104Gy / h وجرعة الإشعاع 2.5 × 105Gy ، والتي تلبي متطلبات أداء مقاومة الإشعاع للكابل تحت الظروف البيئية لجرعة الإشعاع العادية في المحطة النووية المساعدة ومصنع المفاعل.
E. اختبارات محاكاة الزلازل
يتم لف عينة الكابل حول أسطوانة الاختبار بقطر 20D (D هو القطر الخارجي للكابل) لدورة واحدة على الأقل ، ثم تتكرر العملية في الاتجاه المعاكس لدورة واحدة ، بإجمالي دورتين.
بعد دورة اللف ، تم وضع عينة الملفوف على الأسطوانة في فرن ساخن إلى درجة حرارة التشغيل المقدرة للكابل لمدة 24 ساعة. بعد التبريد ، تم إجراء اختبار فحص الأداء المحدد.
F. ما يعادله
اختبارات التعرض للإشعاع خلال 50 عامًا من تشغيل LOCA ، اختبارات محاكاة LOCA (التعرض تحت درجة حرارة عالية وضغط بخار الماء عالي الضغط)
يُعرف LOCA (فقدان التبريد) أيضًا بحادث فقد الماء في مفاعلات الماء الخفيف.
تحدث حوادث فقد سائل التبريد أحيانًا في مفاعل الماء المغلي (BWR) أو أنظمة مفاعل الماء المضغوط (PWR) بسبب تسرب الأنابيب أو لأسباب أخرى.
في هذه الحالة ، تتعرض الكابلات ، سواء داخل وعاء الاحتواء أو خارجه ، لدرجات متفاوتة من الحرارة والضغط ، وبخاخات كيميائية ، وجرعات عالية تاريخيًا من إشعاع جاما.
فقط الكابلات التي تم اختبارها من خلال حالة LOCA المحاكاة هذه يمكن استخدامها بأمان في محطات الطاقة النووية.
لذلك ، يجب اختبار CABling في مبنى المفاعل ، داخل وخارج الاحتواء ، LOCA.
G. اختبار فحص الأداء
تشمل اختبارات فحص الأداء اختبارات الانضغاط ، واختبارات الاحتراق ، واختبارات مقاومة العزل ، وقوة الشد للعزل والغمد ، واختبارات الاستطالة عند الكسر. تعتبر اختبارات مقاومة العزل وقوة الشد والاستطالة عند الكسر مرجعية فقط.
اختبار تحمل الجهد: ثني العينة بقطر الانحناء 40 مرة من قطر الكابل في العينة ، ثم قم بتطبيق الجهد بتدرج 3.15 كيلو فولت / دقيقة لمدة 5 دقائق. يجب ألا ينكسر الكابل.