核電站電纜的種類

核電站電纜指核電站電纜絕緣及護(hù)套所用原料，包括塑料、橡膠等多種品種。電纜種類是由電纜的種類所決定的。

核電站電纜有兩種分類方法:一種按功能分，包括、測(cè)量電纜、通信電纜、儀表電纜、防火電纜(硅絕緣電纜)等;另一種是按安全級(jí)別分，核電站用電纜的安全級(jí)別屬于IE級(jí)，同時(shí)應(yīng)具有4O年以上的使用壽命，IE級(jí)核電站電纜又分為K1、K2和K3,3個(gè)安全等級(jí)。核電站電纜產(chǎn)品的發(fā)展過(guò)程實(shí)質(zhì)上是材料的更新?lián)Q代，電纜的種類其原料的選擇,如表1所示。由表1中可以看出，核電站電纜主要用以下幾種。

表1:核電站用電纜備組成部分的選擇:

交聯(lián)聚乙烯(Cross-linkedpolyethylene，XLPE)是將線型結(jié)構(gòu)聚乙烯用適當(dāng)方法處理后，生成網(wǎng)狀或體型結(jié)構(gòu)的高聚物，具有優(yōu)良的耐熱性(軟化點(diǎn)為200%)、電絕緣性、耐低溫性和耐化學(xué)性，良好的耐輻射性，用作電纜的絕緣材料。

乙烯一乙酸乙烯酯(Ethylene-vinylacetatecopolymer，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(xué)品等性能，用作電纜的護(hù)套，同樣須加入較多的阻燃劑使其具有阻燃性。

硅橡膠或硅復(fù)合物是主鏈具有硅和氧飽和結(jié)構(gòu)的橡膠，具有極高的化學(xué)穩(wěn)定性，優(yōu)良的耐熱老化性、耐臭氧性、抗輻照性、耐高壓水蒸氣性，優(yōu)異的電絕緣性，適宜作絕緣材料。通常，核級(jí)電纜用乙丙橡膠(EPR)作絕緣(也有采用雙層絕緣的，如內(nèi)層EPR、外層EVA)，用交聯(lián)EVA橡膠作護(hù)套。原因在于橡膠類材料在高溫高壓試驗(yàn)中不易產(chǎn)生永久變形，可保證電纜的正常結(jié)構(gòu)，比塑料類材料更安全。而用于安全殼內(nèi)的核級(jí)電纜的絕緣和護(hù)套主要是熱塑阻燃無(wú)鹵素或交聯(lián)阻燃無(wú)鹵素材料，如用XLPE作絕緣，低煙無(wú)鹵阻燃聚烯烴作護(hù)套，同時(shí)也有用EPR作絕緣，交聯(lián)EVA作護(hù)套。

核電站電纜。

核電站電纜通常采用擠出、注塑和模壓3種主要的生產(chǎn)方法。無(wú)論是哪種生產(chǎn)方法原料最初的加工基本相同，都需要干燥、初混，然后依據(jù)生產(chǎn)核電站電纜的種類和原料的不同而有所區(qū)別。

熱塑性電纜的生產(chǎn)方法主要是擠出法。擠出設(shè)備可用于混合，也可用于造粒。擠出工藝主要包括擠出溫度及螺桿轉(zhuǎn)速的設(shè)置。隨配方體系的不同，電纜對(duì)應(yīng)的擠出溫度也有所不同。同一種電纜在不同擠出設(shè)備上擠出溫度也不同，主要隨擠出機(jī)螺桿結(jié)構(gòu)不同而相異。另外，擠出機(jī)機(jī)頭的選擇也對(duì)電纜有很大影響。例如，阻燃聚烯烴電纜與非阻燃聚烯烴電纜的不同之處在于前者含有阻燃劑填充，其中低煙元鹵阻燃電纜填充量甚至高達(dá)150phr以上，這就導(dǎo)致了其在熔融狀態(tài)下強(qiáng)度、拉伸比、熔體粘度與非阻燃聚烯烴電纜存在較大差異，從而要求擠出時(shí)模具的選配也有所不同。一般來(lái)說(shuō)，阻燃聚烯烴電纜均適用于擠壓式(多用絕緣擠出)、半擠管式及擠管式模具(多用護(hù)套擠出)。使用擠壓式時(shí)，因聚烯烴電纜熔體粘度大使得機(jī)頭壓力增加，擠出制品壓得較密實(shí)，導(dǎo)致離模時(shí)會(huì)有所膨脹，故可選用模套內(nèi)徑尺寸比成品尺寸小5%左右;使用半擠管式及擠管式模具時(shí)，必須考慮到電纜的拉伸比。

注塑法經(jīng)常用于批量生產(chǎn)，在注塑過(guò)程中，泵送系統(tǒng)在全封閉狀態(tài)下將不同的組分直接泵入混合機(jī)內(nèi)進(jìn)行均化，然后泵入模腔中。在高溫下，電纜在模腔中快速實(shí)現(xiàn)模塑和固化，注射僅需3~10s，模塑和固化則需要10~90s或更長(zhǎng)的時(shí)間才能完成，具體根據(jù)注射質(zhì)量和部件的最終厚度而定。注塑的整個(gè)流程采用封閉式，可大幅度減少污染。而且由于采用一步式自動(dòng)流程，可保證部件質(zhì)量連續(xù)一致，減少差異現(xiàn)象或人為因素。同時(shí)可減少材料準(zhǔn)備所需的人力，降低注射壓力，加快周期速度，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)全自動(dòng)。

模壓法需在高混機(jī)或雙輥開(kāi)煉機(jī)中進(jìn)行預(yù)混(初混)，而后在雙輥開(kāi)煉機(jī)上混煉成型。此方法必須在低溫下進(jìn)行，因此，運(yùn)行周期更長(zhǎng)，消耗較多人力。

模壓通常是在平板固化機(jī)上完成，按一定的規(guī)格下料后置于壓制模具中，合模后在液壓機(jī)上按規(guī)定的工藝條件壓制，在加熱和加壓的條件下，電纜呈現(xiàn)塑性流動(dòng)充滿型腔，再經(jīng)一定時(shí)間的持續(xù)加熱后完成固化成型。

核電站電纜主要采用聚乙烯作主料。如采用乙烯-乙酸乙烯酯共聚物制備的核電站IE級(jí)電纜材料，該電纜具有較好的機(jī)械及加工性能、耐高溫、燃燒時(shí)不易滴落等優(yōu)點(diǎn)。利用乙烯~乙酸乙烯酯共聚物40~85%，乙丙膠和硅橡膠15%~60%，研制成一種硅烷交聯(lián)聚烯烴電纜，該技術(shù)不但使用溫度范圍可達(dá)-70~125℃，而且耐低溫性能也得到較大改善.可以承受最低-70℃的低溫，耐熱等級(jí)也由9O℃提高到125℃，在電纜承載能力或負(fù)載相同情況下，延長(zhǎng)了使用壽命，電纜可用于1OkV及以下電纜作絕緣護(hù)套，特別適用于移動(dòng)式電纜或柔軟連接系統(tǒng)。王樂(lè)以乙烯一乙酸乙烯酯共聚物(EVA)、線性低密度聚乙烯(LLDPE)、有機(jī)硅(ZD)、氫氧化鋁(ATH)、氫氧化鎂(MH)、有機(jī)硅粉為原料，EVA與LLDPE按比例混合作為基體樹(shù)脂，ATH與MH按比例混合作為復(fù)合阻燃劑，并用鈦酸酯偶聯(lián)劑進(jìn)行表面處理，得到的多相復(fù)合體系無(wú)鹵阻燃電纜護(hù)套料具有優(yōu)異的力學(xué)性能和阻燃性。

此外，計(jì)初喜明研究了一種全新的聚醚酰亞胺工程塑料，該塑料可廣泛應(yīng)用于航海、軍事、鐵路、隧道等各領(lǐng)域的電纜，它所具有的無(wú)鹵、無(wú)毒、阻燃、耐腐蝕、優(yōu)良的耐輻射性能，更適用核電站環(huán)境，是一種理想的IE級(jí)KI類電纜的絕緣和護(hù)套。深圳市泰士特線纜已對(duì)該材料進(jìn)行了生產(chǎn)，進(jìn)一步說(shuō)明該材料易加工、性能好。

耐輻照是核電站電纜的一項(xiàng)重要指標(biāo)。上海電纜研究所的孫建生等采用了3種核電站電纜進(jìn)行了輻照老化試驗(yàn)，得出材料的斷裂伸長(zhǎng)率、抗張強(qiáng)度、硬度、體積電阻率等與輻照劑量的變化關(guān)系，并且還研究了不同輻照類型射線

對(duì)材料老化的影響，為正確選擇核電站電纜提供了依據(jù)。上海交通大學(xué)金天雄等也研究了Υ輻照對(duì)交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜水樹(shù)行為的影響，研究發(fā)現(xiàn)，在0~3000kGy的Υ輻照劑量范圍內(nèi)，隨著輻照劑量的增加，交聯(lián)聚乙烯絕緣的凝膠含量增加，羰基指數(shù)值增加，超過(guò)1500kGy的輻照劑量時(shí)，凝膠含量增加和羰基指數(shù)保持基本不變或再次降低，隨著輻照劑量增加到2000kGy，水樹(shù)枝長(zhǎng)度增加，水樹(shù)數(shù)量(水樹(shù)密度)也增加。另外，與熱老化相比，交聯(lián)聚乙烯絕緣在Υ輻照作用后生長(zhǎng)的水樹(shù)形狀差異性較大。

另外，專家們?cè)趯?duì)核電站用絕緣和阻燃電纜進(jìn)行研究的同時(shí)，解決了現(xiàn)有核電站電纜制造工藝復(fù)雜、成本較高，且耐長(zhǎng)期熱老化、拉伸強(qiáng)度較差等問(wèn)題。吳道虎以氯磺化聚乙烯作主體骨架材料，并用一定量的乙丙橡膠，過(guò)氧化物作硫化劑，HVA-2和TMTP作助硫化劑，氫氧化鋁作阻燃劑，硬脂酸鋅作表面處理劑，對(duì)煅燒陶土和LEE白滑粉表面進(jìn)行處理，研制的電纜護(hù)套料可滿足核電站的使用要求和IEC502的性能要求。王巧娥等采用三元乙丙橡膠、苯基硅橡膠、表面處理過(guò)的氫氧化鎂阻燃劑和其它配合劑，通過(guò)正交試驗(yàn)研究各組分對(duì)絕緣材料性能的影響，確定了耐輻照無(wú)鹵低煙阻燃絕緣材料的配方，該絕緣材料具有高阻燃性能、抗輻照性能，同時(shí)具有良好的力學(xué)性能和電絕緣性能。李月霞采用低煙無(wú)鹵阻燃聚烯烴，以氫氧化鋁、氫氧化鎂和硼酸鋅作阻燃劑，通過(guò)異向高速組合式雙階雙螺桿造粒系統(tǒng)，然后經(jīng)共混無(wú)機(jī)阻燃體系進(jìn)行熔融擠出造粒，制備出的低煙無(wú)鹵阻燃電纜，具有在著火后不延燃、低煙無(wú)鹵、無(wú)毒、無(wú)腐蝕等特性，特別適合于核電站、地下鐵道、隧道、高層建筑以及廣播電視臺(tái)等場(chǎng)合。

目前，國(guó)際上從lkV低壓電纜、6~35kV中低壓電纜至110kV高壓電纜都傾向于用交聯(lián)聚乙烯(XLPE)絕緣電纜。其中XLPE生產(chǎn)技術(shù)主要分3大類:輻射交聯(lián)主要生產(chǎn)電氣裝備用電纜;硅烷交聯(lián)用硅烷作為交聯(lián)劑，在催化劑作用下使PE交聯(lián);化學(xué)交聯(lián)以低密度聚乙烯(LDPE)為基料，有機(jī)過(guò)氧化物為交聯(lián)劑，適合于高溫、高壓、高頻等條件使用的線纜，可制造6~35kV、35110kV中高壓電纜，航空電纜，控制電纜，其生產(chǎn)技術(shù)主要由美國(guó)GE公司發(fā)明并推廣應(yīng)用。

BelkinaljudmilaIvanovn。采用氟橡膠、低分子量的粘性樹(shù)脂、交聯(lián)劑、云母粒子和無(wú)機(jī)填料，制成的絕緣電纜具有較高的耐電暈性能、優(yōu)良的彈性、耐熱性能和阻燃性能。

20世紀(jì)80年代初，國(guó)外就已研制了低煙無(wú)鹵阻燃電纜，到80年代后期，已經(jīng)開(kāi)發(fā)了第二代電線電纜用無(wú)鹵阻燃電纜。同第一代產(chǎn)品相比，第二代無(wú)鹵阻燃電纜除了在阻燃性能、發(fā)煙性、毒性、腐蝕性能、力學(xué)性能、電性能上有所改進(jìn)外，其高速擠出性能是一大特征。日本每年頒布50余件與無(wú)鹵阻燃電纜有關(guān)的專利，這些發(fā)明大多屬于日立電線株式會(huì)社、日本聯(lián)合碳化物公司以及藤倉(cāng)、住友等電線公司。他們?cè)噲D用不同的方法解決無(wú)鹵阻燃電纜的主要問(wèn)題，既能克服阻燃性能與其他性能的矛盾，又能對(duì)各種性能進(jìn)行綜合平衡。

日本原子能研究設(shè)施研制出一種可以耐核反應(yīng)堆中核聚變反應(yīng)產(chǎn)生的超高溫和強(qiáng)輻射的核電站電纜，這種電纜可以在溫度超過(guò)1000℃、輻射量率超過(guò)100MG的惡劣條件下正常工作，它是由導(dǎo)體外面包覆一層絕緣層而形成，絕緣層主要是由含有0.1%~2.0%的氧化物Si-N-O的纖維織物形成，篩網(wǎng)是一層由陶瓷預(yù)聚體聚合物處理過(guò)的無(wú)機(jī)絕緣材料形成的。

國(guó)外EPR已廣泛應(yīng)用在電力電纜、礦用電纜、船用電纜、電機(jī)引出線和核裝置用電纜等耐熱和高壓產(chǎn)品上，使用量約占電纜工業(yè)橡膠總用量的10%~15%。商品化的乙丙橡膠絕緣料和屏蔽料已經(jīng)相當(dāng)成熟。

MohammedA等研究了交聯(lián)聚醋酸乙烯酯(EVA)/低密度聚乙烯(LDPE)/金屬氫氧化物復(fù)合電纜，以交聯(lián)聚醋酸乙烯酯和低密度聚乙烯為主料，氫氧化鋁和氫氧化鎂作阻燃劑。研究發(fā)現(xiàn)含有氫氧化鎂電纜的性能多數(shù)好于含有氫氧化鋁的電纜的性能;當(dāng)采用氫氧化鋁作阻燃劑時(shí)，用馬來(lái)酸酐接枝聚乙烯優(yōu)于用乙烯基硅烷作相容劑接枝聚乙烯。

而俄羅斯國(guó)內(nèi)電纜工程中的科學(xué)和技術(shù)發(fā)展方向又依據(jù)于研究是否有創(chuàng)新。這些研究方法包括中高電壓的交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜的發(fā)展和組織生產(chǎn)、耐燃電纜的研究，尤其注重寬帶接入系統(tǒng)的光纖電纜行業(yè)的發(fā)展。