Les câbles de centrales nucléaires sont principalement utilisés dans les bâtiments de réacteurs nucléaires, les bâtiments auxiliaires nucléaires et les bâtiments de turbines à vapeur. Généralement, des pipelines ou des conduits de câbles sont utilisés pour poser les câbles, qui doivent avoir une durée de vie fiable, une stabilité thermique, une résistance à l'humidité, une stabilité chimique et une résistance aux radiations.
Afin de garantir la fiabilité élevée de la conception du système et d'éviter les graves conséquences économiques causées par des dommages matériels, des systèmes et des dispositifs de ligne indépendants multicanaux répétés sont généralement adoptés. Habituellement, deux ensembles de systèmes de ligne indépendants sont utilisés pour les câbles d'alimentation et trois ensembles de systèmes de lignes indépendants sont utilisés pour les câbles de commande.
Les types courants de câbles pour les centrales nucléaires sont: les câbles d'alimentation 6/10 kV et 0,6 / 1 kV, les câbles de commande 0,6 / 1 kV, les câbles d'instruments 300/500 V et les câbles de compensation 300/500 V.
Le tableau suivant est le tableau des spécifications d'une entreprise nationale:
Tableau 11E Nom du modèle de câble de centrale nucléaire de classe
Nom du modèle
Câble d'alimentation de classe 1E K3 pour centrale nucléaire à âme en cuivre YJYK3 réticulée en polyéthylène isolé sans halogène à faible dégagement de fumée sous gaine polyoléfine
YJY23K3 conducteur en cuivre réticulé ruban en acier isolé polyéthylène blindé blindé sans halogène à faible dégagement de fumée polyoléfine gainé centrale nucléaire classe 1E K3 câbles d'alimentation
Gaine thermodurcissable ignifuge à faible dégagement de fumée isolée en polyéthylène réticulé à âme en cuivre
YJYJ23K1 Ruban en acier isolé polyéthylène réticulé à âme de cuivre blindé sans halogène à faible dégagement de fumée ignifuge thermodurcissable à gaine de classe 1E K1 câbles d'alimentation
KYJYK3 noyau de cuivre réticulé polyéthylène isolé sans halogène à faible dégagement de fumée sous gaine polyoléfine centrale nucléaire 1E classe K3 câbles de signal de commande
Conducteur en cuivre KYJY23K3 ruban en acier isolé polyéthylène réticulé blindé sans halogène à faible dégagement de fumée polyoléfine sous gaine centrale nucléaire classe 1E K3 câbles de signal de commande
Ame en cuivre, isolation polyéthylène réticulé, sans halogène, faible dégagement de fumée, ignifuge, centrale nucléaire à gaine thermodurcissable, câbles de signaux de commande K1 de classe 1E
Ruban en acier isolé en polyéthylène réticulé à âme en cuivre Gaine thermodurcissable ignifuge sans halogène, à faible dégagement de fumée et ignifuge pour centrale nucléaire Classe 1E K1 Câble de signal de commande
Les câbles de classe 1E utilisés dans les centrales nucléaires sont divisés en trois catégories selon les catégories de sécurité des équipements du système électrique des centrales nucléaires: K1, K2 et K3.
Les catégories de sécurité K1, K2 et K3 sont définies comme suit:
Actionneur électrique de classe K1.
Installé dans l'enceinte d'un réacteur nucléaire et capable de remplir ses fonctions prescrites dans des conditions environnementales normales et sous des charges SL2 (séisme à arrêt sûr) et pendant ou après un accident.
Actionneur électrique de classe K2.
Installé dans l'enceinte d'un réacteur nucléaire et capable de remplir ses fonctions prescrites dans des conditions environnementales normales et sous des charges SL2 (séisme à arrêt sûr).
Actionneurs électriques de classe K3.
Installé à l'extérieur de l'enceinte de confinement d'un réacteur nucléaire, il remplit ses fonctions prescrites dans des conditions environnementales normales et sous des charges SL2 (séisme à arrêt sûr).
L'environnement d'exploitation des trois types de câbles est très différent, parmi lesquels la classe K1 a l'environnement d'exploitation le plus sévère et les exigences de performance les plus strictes sur les câbles. Ce n'est qu'en simulant le test d'accident de perte de liquide de refroidissement (LOCA) que les câbles peuvent être mis en service.
Selon l'environnement de fonctionnement réel du câble, l'intérieur et l'extérieur du ContainmentVessel seront soumis à des tests sévères lorsque LOCA se produit dans une centrale nucléaire.
Certaines personnes pensent que le câble installé dans le bâtiment du réacteur nucléaire doit être simulé à l'essai LOCA;
Deuxièmement, ce n'est qu'en étant capable de produire des câbles de classe 1E K1 que l'on peut prouver que le fabricant de câbles est pleinement capable de produire des câbles de qualité nucléaire. Il est préférable de déterminer la conception structurelle et les indicateurs de performance des câbles en fonction des conditions spécifiques des deux environnements d'exploitation du bâtiment réacteur et du bâtiment auxiliaire nucléaire.
1. Contenu du test
(1) Essai de type des performances de base du câble;
(2) Les câbles doivent pouvoir passer avec succès le test de combustion verticale des câbles en faisceau spécifié dans EEE383;
(3) Test de concentration de fumée;
(4) Essai de dégagement de gaz du matériau fini de la gaine du câble pendant la combustion;
(5) Test de vieillissement électrique des câbles d'alimentation;
(6) Test d'évaluation de la résistance thermique à long terme pour les matériaux d'isolation et de gaine;
(7) Essai de simulation du vieillissement thermique équivalent à 50 ans de fonctionnement;
(8) Essai de simulation du vieillissement par rayonnement équivalent pendant 50 ans;
(9) Essai sismique simulé;
(10) Essai d'exposition aux rayonnements LOCA équivalent à 50 ans, essai de simulation LOCA (vapeur d'eau haute température et haute pression);
(11) Test d'inspection des performances.
Parmi eux, (1) ~ (3) sont des tests de type, (7) ~ (10) sont des tests de simulation environnementale, et (8) et (10) sont tous deux réalisés après le 7ème test.
Les tests d'inspection des performances comprennent le test de tension, le test de combustion, la mesure de la résistance à la traction de l'isolant et de la gaine, l'allongement à la rupture, etc.
Les conditions spécifiques de l'environnement d'exploitation sont déterminées.
2. Méthode d'essai
A. Test de vieillissement électrique des câbles d'alimentation à 5000 h
Les câbles d'alimentation doivent passer avec succès l'essai de vieillissement électrique pendant 5000 h, qui doit être effectué conformément à la CEI60502.
Les conditions d'essai sont les suivantes:
(1) Longueur de l'échantillon de câble: pas moins de 30 m;
(2) Tension appliquée: tension appliquée entre les phases (est la tension nominale à fréquence industrielle entre les conducteurs du câble);
(3) appliquer le courant: le courant doit traverser le câble pour que la température du conducteur atteigne 95 ~ 100 ℃;
(4) Durée d'un cycle: chauffage pendant 8h, puis refroidissement pendant 16h;
(5) La durée de l'essai ne doit pas être inférieure à 5000 h (soit 209 cycles de température).
Résultats du test: le câble ne doit pas être rompu pendant le test.
La tension d'essai et le temps d'essai sont déterminés sur la base de l'indice de durée de vie de l'isolation du câble (N) avec une certaine marge de sécurité. L'équation de vie du vieillissement électrique est: Unt=C [(1), U est la tension appliquée sur le câble; n est l'indice de vie; T est le temps de panne électrique; C est une constante (liée à la structure, etc.)].
Si l'indice de durée de vie du polyéthylène réticulé utilisé est N ≥9, la durée de vie du câble de la centrale nucléaire doit être de 50 ans. L'équation (1) peut être utilisée pour calculer la relation entre la tension et le temps.
Par exemple, si la tension de fonctionnement U=10kV, le temps de travail requis t=348000h (50 ans);
Lorsque la tension de test est de 20 kV, le temps de test doit être de 5000 h.
En remplaçant les paramètres ci-dessus dans l'équation (1), on peut obtenir que:
La solution peut être obtenue par n=6,45, inférieur à 9, indiquant que la méthode d'essai a une marge de sécurité.
Test d'évaluation de la résistance thermique à long terme des matériaux d'isolation et de gaine
Selon la norme IEC60216 et la norme IEEE383-74, le modèle mathématique recommandé pour accélérer le vieillissement des matériaux non métalliques est Arrhenius' formule empirique: In=ab / T (2), se réfère à la durée de vie du produit In température T (h);
T est la température de fonctionnement (K);
A et B sont des coefficients indéterminés.
La formule (2) est appliquée depuis des décennies et son efficacité est vérifiée dans de nombreux cas.
Les coefficients indéterminés A et B peuvent être calculés sur la base de la température de fonctionnement réglée, puis utiliser la formule (2) pour calculer la durée de vie. Si la valeur de est supérieure à la valeur attendue, les exigences de durée de vie de conception seront satisfaites.
(1) Détermination de la température et de la durée de l'essai.
Le test de vieillissement conventionnel est de 135 ℃ et 168 h, donc 135 ℃ peut être déterminé comme la température minimale de test.
Les protocoles de test se réfèrent à CEI60216" pour déterminer les procédures d'essai de vieillissement thermique et!
Procédure générale d'évaluation des résultats des tests" et norme IEEE383.
La différence de température de test d'évaluation de la vie de chaque niveau est de 15 ℃, il y a quatre points de température de test, la température maximale de test est de 180 ℃.
L'expérience a duré environ 5000h.
(2) Sélection des paramètres de fin de vie.
Dans le processus de vieillissement thermique des matériaux isolants, il existe deux paramètres caractéristiques, à savoir la résistance à la traction et l'allongement à la rupture. Dans cet essai, le taux de déclin de l'allongement à la rupture est plus rapide que celui de la résistance à la traction, donc l'allongement à la rupture est pris comme paramètre d'évaluation de la durée de vie.
Selon le calcul du rayon de courbure de la pose de câbles, l'allongement réel de l'isolation ne doit pas dépasser 10%.
L'allongement d'origine à la rupture de l'échantillon mesuré était de 160%. En supposant que le taux de rétention de l'allongement à la rupture était de 50% comme point final de vie, l'allongement à la rupture était encore de 80%, ce qui fournissait un facteur de sécurité suffisant pour le câble en fonctionnement.
(3) Traitement des données et calcul de la durée de vie.
Selon la norme CEI60216-1 et les principes mathématiques associés, la courbe d'Arrhenius a d'abord été dessinée avec la méthode de dessin selon le point de fin de vie supposé.
En même temps, des coefficients indéterminés A et B sont calculés pour déterminer la relation entre la température et la durée de vie du matériau d'essai. Lorsque la valeur de vie calculée n'est pas inférieure à 50 ans à 90 ℃, le matériau est considéré comme ayant une durée de vie qualifiée de 50 ans.
C.Essai de simulation du vieillissement thermique équivalent à 50 ans de fonctionnement
Selon la norme THE IEEE383-74, le test de simulation du vieillissement thermique d'échantillons de câbles finis a été réalisé en plaçant le câble dans un four à circulation d'air à une certaine température et heure en utilisant les données développées par la technologie Arrhenius.
Les caractéristiques thermiques des matériaux d'isolation et de gaine doivent être basées sur les résultats de l'évaluation de la durée de vie thermique.
La courbe d'Arrhenius et la relation entre la température et la durée de vie des matériaux établis avec une durée de vie de 50 ans ont été utilisées comme base pour déterminer les données d'essai de simulation du vieillissement des câbles des produits finis.
La courbe d'Arrhenius et la relation entre la température et la durée de vie ont été établies, qui sont supposées être le point avant la fin de vie lorsque l'allongement du matériau&au taux de rétention de rupture est de 50%. L'essai de simulation du vieillissement thermique pour des échantillons de câbles finis équivalents à 50 ans doit être effectué à 90 ° C.
Dans la courbe d'Arrhenius, une nouvelle courbe et la relation entre la température et le temps sont établies selon l'équation (2) et la pente connue pour sélectionner la température et l'heure du test de simulation.
D. Essai de simulation du vieillissement par rayonnement équivalent pendant 50 ans
Les échantillons de câbles finis pour les tests de rayonnement doivent subir des tests de simulation de vieillissement thermique équivalant à 50 ans de fonctionnement.
Le test de simulation de vieillissement de rayonnement équivalent effectué pendant 50 ans prend C60 comme source radioactive, et le taux de rayonnement n'est pas supérieur à 1,0 × 104Gy / h et la dose de rayonnement est de 2,5 × 105Gy, ce qui répond aux exigences de performance de résistance aux rayonnements du câble sous les conditions environnementales normales de dose de rayonnement dans la centrale nucléaire auxiliaire et la centrale nucléaire.
E. Essais sismiques simulés
L'échantillon de câble est enroulé autour du cylindre d'essai d'un diamètre de 20D (D est le diamètre extérieur du câble) pendant au moins un tour, puis le processus est répété dans la direction opposée pendant un cycle, soit un total de deux cycles.
Après le cycle d'enroulement, l'échantillon enroulé sur le cylindre a été placé dans un four chauffé à la température de fonctionnement nominale du câble pendant 24h. Après refroidissement, le test d'inspection des performances spécifié a été effectué.
F. l'équivalent
Tests d'exposition aux rayonnements pendant 50 ans de FONCTIONNEMENT de LOCA, tests LOCA simulés (exposition à haute température et vapeur d'eau haute pression)
LOCA (Lossofcoolantaccident) est également connu comme un accident de perte d'eau dans les réacteurs à eau légère.
Des accidents de perte de liquide de refroidissement se produisent parfois dans des systèmes de réacteur à eau bouillante (REB) ou de réacteur à eau sous pression (REP) en raison d'une fuite de canalisation ou d'autres causes.
Dans ce cas, les câbles, à la fois à l'intérieur et à l'extérieur de l'enceinte de confinement, sont soumis à divers degrés de chaleur et de pression, à des pulvérisations chimiques et à des doses historiquement élevées de rayonnement gamma.
Seuls les câbles testés dans cette condition LOCA simulée peuvent être utilisés en toute sécurité dans les centrales nucléaires.
Par conséquent, le CABling dans le bâtiment réacteur, à la fois à l'intérieur et à l'extérieur de l'enceinte de confinement, doit être testé LOCA.
G. Essai d'inspection des performances
Les tests d'inspection des performances comprennent des tests de compression, des tests de combustion, des tests de résistance d'isolement, de résistance à la traction de l'isolant et de la gaine, et des tests d'allongement à la rupture. Les tests de résistance d'isolement, de résistance à la traction et d'allongement à la rupture sont à titre indicatif uniquement.
Essai de tension de tenue: pliez l'échantillon avec un diamètre de courbure 40 fois celui du diamètre du câble dans l'échantillon, puis appliquez la tension avec un gradient de 3,15 kV / min pendant 5 min. Le câble ne doit pas tomber en panne.