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摘 要 ：本文闡述了核電站用電纜料的性能特點，簡要介紹了常用的無鹵電纜材料。1 前言核電站用電纜，種類、數(shù)量繁多。據(jù)估算，一座百萬千瓦級的核電機組，所需各類電纜，型號有100余種，總長近200萬米，價值約1億元左右。如果按用途劃分，有電力電纜，控制電纜，測量電纜，通信電纜，防火電纜(硅絕緣電纜)等五大類。它們不僅應(yīng)具有普通電纜的一般特性，還要具有低煙、無鹵、阻燃等特性，并要具有特定的耐環(huán)境性(如耐輻射性、耐LOCA性)。
　　　這些特殊的性能要求，使得核級電纜與一般工業(yè)用電纜相比，最大的不同在于電纜所用的絕緣及護套材料不同。
　　　核電站用電纜材料的性能要求低煙無鹵阻燃性普通的低壓阻燃電纜一般以PVC等含氯聚合物作絕緣和護套。PVC電纜在發(fā)生火災(zāi)事故時會產(chǎn)生大量煙霧，析出氯化氫等有毒氣體，除對人的生命構(gòu)成直接威脅外，還會溶解形成稀鹽酸附著在各種電器設(shè)備及建筑物的鋼結(jié)構(gòu)上，嚴重降低設(shè)備的安全性及建筑物的使用壽命，特別是當煙氣進入通訊技術(shù)設(shè)備和數(shù)據(jù)技術(shù)設(shè)備后，將會使它們喪失正常功能，甚至引發(fā)“二次災(zāi)害”。
　　　核電站用電纜的絕緣和護套材料，必須采用低煙、無毒、無腐蝕性的的無鹵阻燃電纜料，如熱塑阻燃無鹵素或交聯(lián)阻燃無鹵素材料，才能滿足特殊的核安全要求。無鹵電纜在發(fā)生火災(zāi)時，燃燒釋放的煙霧量很低，不帶毒性及腐蝕性，其阻燃成分可有效發(fā)揮阻燃作用，不會使電纜成為火焰蔓延的通道。無鹵阻燃電纜料的主要技術(shù)特性有：
　　.煙密度它是材料燃燒產(chǎn)生煙霧的一種量度，是在一定試驗條件下，借助于光學方法，來測量由于煙霧積聚而產(chǎn)生的光束衰減，用給定時刻的比光密度Ds和最大比光密度Dm來評定，Dm表示煙的總累積。Dm越大，燃燒時的發(fā)煙量越大。一般低煙低鹵電纜料的Dm<300，核電站用電纜要求Dm<150。
　　　有關(guān)實驗表明，一根1米長約含0.85千克的電纜，從燃燒著火起所產(chǎn)生的煙氣可在不到5分鐘的時間內(nèi)完全籠罩容積為100m，的房間。此時煙的濃度將造成呼吸困難，嚴重阻礙人員疏散和滅火救援。無鹵電纜不存在這一問題。
　　.毒性及腐蝕性普通PVC電纜在燃燒時，產(chǎn)生的氯和氫會結(jié)合釋放出氯化氫氣體，同時其添加劑還產(chǎn)生一些其它的有毒及腐蝕性氣體。而無鹵電纜采用不含鹵素的聚合物作為基料，在燃燒時不會產(chǎn)生酸性氣體，因而其毒性及腐蝕性大大低于普通PVC電纜。毒性的大小通常用毒性指數(shù)來衡量。根據(jù)英國海軍工程標準(NES713)，毒性指數(shù)就是100g材料在1m 體積中充分燃燒所產(chǎn)生的各種氣體的濃度與暴露在相應(yīng)該氣體中致人死命的濃度比值的總和。PvC電纜燃燒時所釋放出的大量的有毒氣體有HC1、等，測試表明：HC1的濃度達到1300—時，能使生靈迅速致死，CO濃度達到并作用3O分鐘或達到2000ppm并作用5分鐘。也會傷及人腦危及生命，而且CO無HC1刺激感，不易為人察覺，故更具有危害性。電纜的無鹵化，使燃燒析出的氣體中不存HC1，又降低了CO的含量。

.阻燃性無鹵阻燃電纜的阻燃機理是，在不含鹵素的聚合物中加人大量的氫氧化鋁或氫氧化鎂等填充劑，它們在電纜燃燒時釋放結(jié)晶水，吸收大量熱量，從而抑制聚合物溫度上升，延緩熱分解，降低燃燒速度。另外，脫水分解產(chǎn)生的水蒸汽，能稀釋可燃性氣體，產(chǎn)生阻燃效果。聚合物的阻燃性，通常用氧指數(shù)法來評定，它表示試樣在氧氣和氮氣的混合物中燃燒時所需要的最低含氧量，指數(shù)越大，表示可燃性越小，阻燃性越好。一般氧指數(shù)(OI)至少為28才具有不燃特性。
　　.耐火特性當人們要求電纜線路在發(fā)生火災(zāi)時能繼續(xù)發(fā)揮作用，并且當電纜由于使用上的需要架設(shè)在高危區(qū)域的線路上時，電纜必須具備耐火性能。一旦遇上火警，此種耐火電纜仍能在一定時間內(nèi)繼續(xù)安全運行，為人員及設(shè)備的搶救提供電能。核電纜的耐火性能按使用要求不同，分一般耐火性能要求和特殊耐火性能要求。特殊耐火性能要求為：在對電纜撞擊條件下進行1000% ，5min燃燒試驗，火焰熄滅后繼續(xù)撞擊5min，同時用規(guī)定壓力的高壓水沖電纜，要求在整個試驗過程中電纜能保持繼續(xù)通電。
　　　美國1974年制訂IEEE383電纜標準后，年發(fā)生核電廠電纜著火延燃事故，促使人們重視難燃性試驗標準的嚴格性問題。對于核島用電纜成品，達到無鹵/低煙/阻燃，即要求電纜成品能通過IEC332-3成束燃燒試驗，燃燒煙濃度達到IEC1034—2的技術(shù)要求，燃燒腐蝕性氣體達到IEC754—2規(guī)定的推薦值的要求，絕緣線芯通過IPCEAS-19—81規(guī)定的單根垂直燃燒試驗。
　　　耐環(huán)境性核電站電纜用材料必須具有核電站固有工作環(huán)境所要求的耐環(huán)境性，即耐熱性、耐輻照性、耐LOCA性。
　　.耐熱性由于核電站電纜常在高溫環(huán)境下工作，因此需要它們具有長期耐熱使用性能，要選用耐熱性滿足要求的聚合物，并可讓電纜具有四十年以上的使用壽命。
　　.耐輻照性(緩和環(huán)境，嚴酷環(huán)境核電站用電纜受到大量 射線時，會使絕緣和護套材料變脆，機械性能變差。因此，作為核電站電纜用的絕緣和護套材料，必須具有優(yōu)良的耐輻照性。各種不同的高聚物，其耐輻照性能不同。人們通常在高聚物里添加抗輻照劑，改進其耐輻照性能。人們通常用Co-60作輻射源，對電纜材料進行輻照試驗。輻照劑量依緩和環(huán)境(正常運行)和嚴酷環(huán)境(發(fā)生事故n,l-)而不同。不同國家有關(guān)吸收劑量的規(guī)定和輻射程序也有差異。見表l。


耐LOCA性在核電站里，通常將冷卻劑損失事故，縮寫為LOCA)和高能管破裂事故(High Energy line Break， 縮寫為統(tǒng)稱LOCA。在發(fā)生LOCA/HELB時，電纜會受到高溫高壓蒸汽的沖擊和腐蝕性化學藥劑的作用，并且要受到比正常運行情況下更高射線劑量的輻射。因此，核電站電纜應(yīng)具有耐性。交聯(lián)聚乙烯、乙丙橡膠、EVA彈性體醋酸乙烯一醋酸乙烯共聚物)等無鹵交聯(lián)材料都具有較好的耐LOCA性。較多的非交聯(lián)型無鹵材料，經(jīng)過LOCA作用后，會變脆。有關(guān)電纜的耐L0CA性，不同核電站的要求也不相同。

　綜上所述，核電站的電纜除要具有普通電纜所具有的性能之外，還要具有無鹵、低煙、阻燃的特性，并滿足根據(jù)其在敷設(shè)區(qū)域的正常和事故環(huán)境下完成安全功能所必需的性能要求，也就是須滿足以下要求：

　　　耐地震;耐正常和事故工況的 一射線照射;耐LOCA/HELB事故工況的環(huán)境;。C工作溫度下具有電站設(shè)計壽期內(nèi)的使用壽命。
　　　無鹵阻燃電纜材料種類無鹵阻燃電纜的絕緣和護套，通常使用橡膠或塑料，主要有乙丙橡膠(EPR)、EVA彈性體醋酸乙烯一醋酸乙烯共聚物)、交聯(lián)聚乙烯塑料(XLPE)、聚烯烴類(PO)等。這些材料均具有良好的抗輻照性能，但其本身并不具有阻燃性。
　　　須加入大量阻燃劑進行阻燃化，方可滿足核電站用電纜材料的阻燃性能要求。下面分別對這些材料作簡要介紹：
　　　乙丙橡膠乙丙橡膠(ethylene propylene rubber)是主鏈具有飽和結(jié)構(gòu)的橡膠。它有各種優(yōu)良的特性：
　　　極高的化學穩(wěn)定性，優(yōu)良的耐熱老化性、耐臭氧性、抗輻照性、耐高壓水蒸汽性，非常好的電絕緣性，適宜作絕緣材料。它不具備阻燃性，因此，須加入大量的水合金屬氧化物作為阻燃劑，制成阻燃乙丙橡膠。但這些阻燃劑的大量加入，會使乙丙橡膠的機械性能、電氣性能、抗輻照性能下降。因而，須同時添加其它特殊的阻燃劑和有效的抗輻照劑，使原來性能不下降，滿足使用要求。
　　　彈性體乙烯一乙酸乙烯酯(ethylene—，簡稱EVA)是乙烯和乙酸乙烯酯的共聚物。它具有優(yōu)良的抗輻照、耐化學品等性能，用作電纜的護套，同樣須加入較多的阻燃劑使具有阻燃性。
　　　交聯(lián)聚乙烯交聯(lián)聚乙烯(cross-linked polyethylene)是將線型結(jié)構(gòu)聚乙烯經(jīng)適當方法處理后，生成網(wǎng)狀或體型結(jié)構(gòu)的高聚物。它具有優(yōu)良的耐熱性軟化點為200%)，優(yōu)良的電絕緣性、耐低溫性和耐化學性，良好的耐輻射性，用作電纜的絕緣材料。
　　　聚烯烴類在聚烯烴類共聚物中加入阻燃材料�？芍瞥蔁o鹵阻燃聚烯烴，用作電纜的護套。
　　　通常，核級電纜用乙丙橡膠作絕緣(也有采用雙層絕緣的，如內(nèi)層EPR外層EVA)，用交聯(lián)橡膠作護套。這是因為，橡膠類材料在事故環(huán)境的高溫高壓蒸氣試驗里，不易產(chǎn)生永久變形，可保證電纜的正常結(jié)構(gòu)，比塑料類材料更為安全。而不用于安全殼內(nèi)的核級電纜的絕緣和護套主要使用熱塑阻燃無鹵素或交聯(lián)阻燃無鹵素材料，如絕緣用XLPE，外護套用低煙無鹵阻燃聚烯烴，也有用EPR作絕緣而且交聯(lián)橡膠作護套的。
　　　應(yīng)關(guān)注的問題非交聯(lián)型熱塑性材料如聚烯烴類，生產(chǎn)工藝相對簡單，但實際應(yīng)用表明，此類材料存在著環(huán)境應(yīng)力開裂現(xiàn)象。比如20世紀8O年代末，我國核電站進LI的一大批電纜，還未使用就有一部分發(fā)生了外護套開裂現(xiàn)象，顯然不能滿足使用要求。從一些進口電纜的應(yīng)用現(xiàn)狀來看，也有一些在使用幾年后，發(fā)生了嚴重的外護套開裂現(xiàn)象，絕緣也有開裂的。這是應(yīng)該非常關(guān)注的問題。從核電站的安全要求出發(fā)，最好采用交聯(lián)型材料，并嚴格控制生產(chǎn)工藝。
　　　其次，要重視材料的耐光性能。現(xiàn)有的標準沒有充分考慮到電纜的這種敷設(shè)使用要求。當電纜敷設(shè)于室內(nèi)(外)不可避免的有光照時，必須考慮這種要求。交聯(lián)聚乙烯的耐光性差，最好采用經(jīng)過耐紫外線處理的乙丙阻燃橡膠作線芯絕緣。當然，也可在敷設(shè)時采取一些必要的措施，如不讓線芯絕緣裸露。這一點很容易被用戶所忽視。
　　　另外，核電纜的使用壽命，原來的設(shè)計指標是40年以上，下一代核電站要求達到60年，因此，原來的設(shè)計是否能滿足使用要求，尚有待于進一步的實驗驗證。如何延長電纜的使用壽命，已成為重要的研究課題。

　低煙無鹵阻燃核電纜，是一種性能水平高、制造難度大的特種電纜，即使是進口產(chǎn)品，在應(yīng)用過程中也暴露出了不少問題，有的甚至是很嚴重的問題。如何處理解決好這些問題是不能回避的。
　　　過分強調(diào)電纜料的低煙無鹵阻燃性能是導致電纜產(chǎn)品出現(xiàn)上述問題的主要癥結(jié)。是否可以考慮采用低煙低鹵阻燃材料來生產(chǎn)核電站的特種電纜，這是電纜行業(yè)工作者可以探討的一個想法。這樣做，可以降低電纜材料的配方設(shè)計難度，可以使生產(chǎn)工藝較易實現(xiàn)，產(chǎn)品質(zhì)量會更可靠，在實際應(yīng)用上也會更安全。
　　　結(jié)束語核電站用電纜材料必須具有低煙無鹵阻燃的性能，并具有核電站固有的工作環(huán)境所要求的耐環(huán)境性。
　　　核級電纜是性能水平高、制造技術(shù)難度大的電纜品種，目前生產(chǎn)技術(shù)上并未完全成熟，有待于更深入的探討研究。

參考文獻：
　　連培生。核電廠建設(shè)的特點[J].核科學與工程，2001(3)：200—王春江主編。電線電纜手冊第一分冊[M].北京：機械工業(yè)出版社。

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　　連培生。核電廠建設(shè)的特點[J].核科學與工程，2001(3)：200—王春江主編。電線電纜手冊第一分冊[M].北京：機械工業(yè)出版社。

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