一、目前核電站常用有機塑料電纜存在著下面的弱點:
1、在惡劣環境下的性能劣化問題:
在核電廠中,儀控回路使用乙烯基、丙烯基合成的橡膠,玻璃纖維,以及以氯磺化聚乙烯、聚乙亞胺等為絕緣材料的電纜。
1.1儀控電纜的工作環境
安全殼內部儀控電纜放置在不同的使用環境下,重要的影響因素是自然環境,主要是有氧氣存在時溫度、濕度、核輻照的影響,溫度、濕度、核輻照的值應從設計文件中取得。
在正常運行情況下,安全殼內不會受到濕度的影響。輻照的影響可從相關技術數據中獲得,在40年時間內,正常運行情況下,安全殼內輻照的累計值為3×10^7rad。安全殼內的儀控電纜一般不會受到震動的影響,除非有要求,否則,不考慮由于震動引起的老化問題[5]。
1.2電纜的老化機理:
在現場環境下,電纜的絕緣和護套等聚合物材料隨著時間的推移會發生各種緩慢的、不可逆的化學變化和物理變化,這些變化就是電纜的老化過程。從宏觀上來看,表現為材料的延伸率降低,即材料的抗拉強度減弱;護套材料的硬度或抗壓模量增大;材料的密度增加;電氣性能改變(如介質損耗增加)。
電纜的老化機理可分為影響分子結構的化學老化機理和影響材料混合物成分的物理老化機理。
1.3化學老化機理
(1)高分子鏈斷裂:一個高分子鏈斷裂為2個或多個新鏈,一般為烷氧基或過氧化根斷鏈,導致物質性質的改變。
(2)交聯反應:在2個相鄰高分子間共價鍵的結構發生交聯,使原先物質的有效成分減少。
(3)氧化反應:這是一種自由基的鏈式反應,在氧化反應開始階段,在溫度和輻照的影響下,由于共價鍵的斷裂而產生反應性物質,即自由基,氧化反應既導致斷鏈,又生成交聯,這取決于氧化鏈式反應過程中各階段的分子運動情況,它隨著聚合物中添加劑的不同而不同。
(4)氧擴散控制過程:聚合材料中自由基的初速率大于溶解氧擴散的速率時,老化快慢由氧擴散來控制。
(5)協同效應:當各個環境因素的綜合影響大于其各個單一影響之和時,會產生這種效應,如對聚合物而言,既受熱,又受到輻照。
2.2物理老化機理
(1)增塑劑蒸發:材料表面的增塑劑向周圍的空氣中揮發,其留下的空隙又被由材料的核心向表面擴散的增塑劑所填塞,這2種揮發和填塞的分子運動并存,強弱由溫度所決定。
(2)增塑劑遷移:在使用增塑材料的多層電纜中,增塑劑在不同材料層間遷移,直到各層材料中的增塑劑達到均衡狀態。
上面等等的因素,使得有機塑料電纜在整個使用過程中逐漸老化甚至出現脆化開裂等現象,這就使得核電站的安全性能造成巨大的威脅。而怎么去評估這些電纜的狀況成了一個艱難的課題。