改進(jìn)核級電纜材料對核電運行安全性的影響

王巧云 戴永拓 吳春紅 佘榮 汪盛昌 曹玉呈

摘? 要：核電具有安全和清潔的特性，目前在很多國家備受關(guān)注，因此在國內(nèi)和國外的發(fā)展也是非常迅速的，并且核電站建設(shè)也很快。文章通過對核級電纜的結(jié)構(gòu)和性能要求的介紹，提出可改進(jìn)核級電纜材料的詳細(xì)措施，其目的是為了保證核電在整個運行過程中的安全性。

關(guān)鍵詞：核級電纜材料;核電運行;安全性

在過去的核電使用中，確實發(fā)生過幾起震撼世界的核電泄露的大事件，不僅對生命安全造成了威脅，還嚴(yán)重破壞了生態(tài)平衡。因此，世界各國都需要重視核電運行的安全性。而與核電安全性有直接關(guān)系的因素是核級電纜材料，在核電站的使用過程，以及發(fā)展進(jìn)程中，一定要對其做出科學(xué)化的改進(jìn)，在電纜性能提升的基礎(chǔ)之上，最大限度的滿足核電在整個運行當(dāng)中的條件，盡量預(yù)防發(fā)生“核” 事故。

1核級電纜結(jié)構(gòu)特點

核級電纜依據(jù)不同的使用方法分為：核級控制、核級儀表以及核級低壓等電纜。核級電纜的組成成分與核級電纜使用的范疇有關(guān)，毎一種電纜由內(nèi)到外的結(jié)構(gòu)依次為導(dǎo)體、絕緣層、護(hù)套層，不僅控制電纜包含屏蔽層，儀表電纜也包含屏蔽層，根據(jù)實際核電運行的需求，核級控制電纜所采用的材質(zhì)為銅導(dǎo)體。電纜線芯選用2?37芯，并在屏蔽層的位置選用鋁箔或銅箔來實現(xiàn)屏蔽作用。核級儀表電纜選用2?4芯做為線芯，并在屏蔽層多添加了銅絲加以屏蔽，對核電儀表的使用起著一定幫助：核級低壓電纜通常選用銅和鋁作為導(dǎo)體，且電纜芯數(shù)1?5，不再設(shè)置屏蔽層，與前兩種相比較，核級電纜屬于較為低的類型。

2核級電纜的性能要求

核級電纜與民用電纜的使用存在著一定的區(qū)別。要滿足核電運行的安全性，必須要求其電纜具有更高標(biāo)準(zhǔn)的耐用性和穩(wěn)定性。在對核級電纜的制造中，必須符合電纜絕緣層的要求和護(hù)套層材質(zhì)的要求。按照核級電纜制造的倒標(biāo)、部標(biāo). 為了打造出更高質(zhì)量的核級電纜，需采用1EC的使用，并結(jié)合更高標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)計核級電。而為了更好地達(dá)到1E的核級電纜的標(biāo)準(zhǔn)性能，需做層層把關(guān)。嚴(yán)格依據(jù)相關(guān)的要求，對核級電纜進(jìn)行周密設(shè)計，嚴(yán)格控制選取材料和工藝制造的環(huán)節(jié)，從而對生產(chǎn)質(zhì)量的穩(wěn)定性也有所提高。另外，還需對質(zhì)量合格的電纜進(jìn)行鑒定，淘汰不合格的電纜，做到通過質(zhì)檢的核級電纜均能達(dá)符合國際核級電纜標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而能保證核級電纜在電力能源的運輸中，起到更穩(wěn)定的效果。在對核級電纜質(zhì)檢的過程中，質(zhì)檢的項點包括：絕緣，護(hù)套材料，耐熱性，壽命周期、輻照實驗等，對核級電纜性能的使用起著保護(hù)作用。

3對核級電纜材料安全性能的改進(jìn)

3.1導(dǎo)體導(dǎo)電性能的改進(jìn)

銀的1.65×10 Ω·m略低于銅導(dǎo)體1.75×10 Ω·m 的電阻率值，但銀在價格方面遠(yuǎn)高于銅，因此，從經(jīng)濟(jì)的角度來看，核級電纜更偏重于銅材質(zhì)的選取，并在中大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)中廣泛得到應(yīng)用。但是，在民用電纜的使用當(dāng)中，通常鋁導(dǎo)體占據(jù)很大的比例，尤其是核級電纜被選用的幾率是很小的，主要是因為在導(dǎo)電的性能方面，鋁導(dǎo)體與銅導(dǎo)體差距是很大的，從對電纜導(dǎo)電性需求來看，倘若要選擇鋁導(dǎo)體這種材質(zhì)，就必須使導(dǎo)體的橫截面積增大，而由于電纜外徑的增大，最終就會導(dǎo)致核級電纜的機械性能降低，以及實際鋪設(shè)的應(yīng)用方面受到一定的影響。由于核級電纜使用周期增加，其導(dǎo)電性能就會逐漸下降 ，對電纜進(jìn)行取樣來做實驗，不難發(fā)現(xiàn)在電纜使用的過程中，會在其表面有一層銅綠 （CU（OH）CO）的膜層逐漸形成，使得電纜導(dǎo)電性降低。我國核電站大多數(shù)都是在海邊的位置建設(shè)的，由于海水的主要成分是鹽，加上潮濕的環(huán)境所造成的影響，鹽就會與銅導(dǎo)體產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，在電纜的表面形成一層銅綠。因此，要對核級電纜導(dǎo)體做進(jìn)一步的改進(jìn)，就必須解決銅綠對銅導(dǎo)體的導(dǎo)電性能產(chǎn)生的不良影響。經(jīng)過技術(shù)人員的研究，不難發(fā)現(xiàn)，在核級電纜的表面層鍍上錫，是可防止鹽分和銅形成化學(xué)反應(yīng)的。最終也提升了電纜的導(dǎo)電性能。錫能快速阻止銅導(dǎo)體產(chǎn)生氧化反應(yīng)，這一點是選擇鍍錫的主要原因，不僅保證了電纜的安全性能和機械性能，還對電纜的散熱性有所提高。而6kV 電纜會與錫層發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，對其安全性能有一定的阻礙，因此通常只要求選取50mm2的銅導(dǎo)體，然后對其表面進(jìn)行鍍錫，這已經(jīng)得到了國家核電相關(guān)部門的認(rèn)可，也是目前廣泛推廣的技術(shù)之一。

3.2 改進(jìn)絕緣層各項性能

核級電纜中較為重要的環(huán)節(jié)是絕緣，只有核級電纜的絕緣得到有效的處理，才能降低核電泄露的問題，確保核電使用的安全性。在核級電纜性能改進(jìn)的時候，必須依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)對其特性，包括煙密度性、毒性以及腐蝕性等進(jìn)行設(shè)計。核級電纜在煙密度方面要求很高，這是由于煙密度所含的關(guān)鍵物質(zhì)為氯化物，因此在選擇絕緣層材料的時候，要選用無氯材料，使得煙密度逐漸降低。電纜所產(chǎn)生的有害物質(zhì)，是由于氯化物經(jīng)過揮發(fā)以后所形成的，因此，對核級電纜設(shè)計需要考慮剔除氯化物，保證在電纜絕緣層的表面不出現(xiàn)氯化物。提高核級電纜的阻燃性，主要是為了在發(fā)生火災(zāi)的時候，不會造成核級電纜的火勢蔓延，以及火勢的不斷擴(kuò)散，在設(shè)計核級電纜的絕緣層的時候，一定要把阻燃性考慮到位，才能降低發(fā)生火災(zāi)的時候，導(dǎo)致核電運輸?shù)膿p失問題。在核電站里，核級電纜在不同的高溫下使用的時候，一定要確保絕緣材料具有耐熱的性能，尤其是設(shè)計人員需選用科學(xué)方法把絕緣材料和氧氣產(chǎn)生的化學(xué)應(yīng)的概率值降低，確保核電運行安全性更加穩(wěn)定。通常，在選用添加抗氧劑的時候，一定要保證核級電纜的耐熱性持久性更長。另外，還需合理改進(jìn)電纜絕緣層的加工工藝要。由于核級電纜中的無氯聚烯烴，其填充量是非常大的，且加工粘度也很高，尤其是在加工的時候，所用到的剪切力度十分大，極易造成一部分物質(zhì)被分解，因此在對絕緣層的整個加工中，在確保塑化的前提下盡量使加工溫度得到降低。

3.3改進(jìn)護(hù)套層防護(hù)

核級電纜的最外面一層是護(hù)套層，該層對電纜導(dǎo)體和絕緣體這兩部分都起著一定的保護(hù)效果。而護(hù)套層在設(shè)計方面的要求遠(yuǎn)不如絕緣層高，有機械性和阻燃性的性能存在。目前，核級電纜的防護(hù)層受到一些影響，如核級電纜有發(fā)霉現(xiàn)象的存在。如秦山的某核電站.就發(fā)生過電纜發(fā)霉的問題，對其調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該電纜鋪設(shè)時間已經(jīng)超過10年之久。對于整體的質(zhì)量來說，是沒有發(fā)霉問題存在的，但是通過抽樣檢查卻發(fā)現(xiàn)，整個護(hù)套層有很多霉斑覆蓋在表面，就是做了除掉霉斑的處理，也會在護(hù)套層上留下一些霉斑的痕跡，導(dǎo)致護(hù)套層的防護(hù)功能下降，從而使核級電纜壽命縮短。依據(jù)發(fā)霉的原理，可采取以下的方式進(jìn)行處理：

（1）對引起電纜發(fā)毒的霉菌類別進(jìn)行區(qū)分進(jìn)行辨別，并采取除霉的措施對電纜進(jìn)行處理，如使用殺毒劑，這只有在短時間起到防霉的效果，但不能防止霉菌的再次發(fā)生。

（2）核電電纜的環(huán)境需要進(jìn)行定期清潔，如環(huán)境的通風(fēng)和換氣，對核電站內(nèi)的空間含有的高濕度進(jìn)行替換，還有對核電站四周有可能出現(xiàn)的一些腐爛物做清潔處理，從根本的源頭阻止霉菌的產(chǎn)生，最終做到提高護(hù)套層的穩(wěn)定性能。

（3）用低溫和干燥的方法來預(yù)防電纜護(hù)套層的表面產(chǎn)生霉菌，以及對護(hù)套層的侵蝕，以確保核級電纜的質(zhì)量更加穩(wěn)定。

本文對核級電纜的材料使用情況、導(dǎo)體導(dǎo)電性能的改進(jìn)、絕緣層各項性能的改進(jìn)，以及護(hù)套層防護(hù)的改進(jìn)方法等做了詳細(xì)的闡述，從安全性的角度對核級電纜提出了寶貴的改進(jìn)意見，為廣大讀者提供更多的參考。

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作者簡介：

王巧云（1983-），工程師，江蘇賽德電氣有限公司總經(jīng)理。