第三代压水堆核电站级壳内电缆附件研制及鉴定(2)
2.2 测试结果
热缩套管测试前均经过电子加速器辐照交联;为模拟安全壳内的运行环境,主要进行了如下测试:机械性能、电气绝缘性能、低烟无卤阻性能、耐高温性能、耐γ和β射线辐照性能、耐酸碱、湿热性能及耐热寿命。在实验测试基础上对材料配比进行了进一步优化,配方的测试结果如表1所示。
表1 热缩套管测试结果Table 1 Test results of heat—shrinkable tube测试项目单位标准要求配方1结果配方2结果配方3结果抗张强度MPa≥断裂伸长率%≥2热老化180℃/168h 抗张强度变化率 断裂伸长率变化率%%±50±50+12-40+12-40+11-4320℃体积电阻率Ω·cm≥2.0×.2×.3×.5×1015介电常数≤4333击穿场强kV/mm≥吸水性能(23℃/336h)%≤℃氧指数%≥℃和80℃氧指数差值≤2222
续表测试项目单位标准要求配方1结果配方2结果配方3结果单根垂直燃烧试验 上支架下缘与炭化部分起点间距离 燃烧向下延伸至上支架下缘距离mmmm>50≤B类成束燃烧试验 喷灯底边以上炭化高度 所有燃烧和发光熄灭时间mh≤燃烧烟密度试验(透光率)%≥燃烧时析出气体试验 pH 电导率μS/m≥4.3≤γ射线辐照试验 断裂伸长率(事故工况等剂量辐照) 断裂伸长率(严重故工况等剂量辐照) 断裂伸长率(等效转换后总累积剂量)%%%≥200≥10≥β射线辐照试验(总累积剂量)断裂伸长率%≥耐湿热电气性能(湿热老化180℃/168h) 抗张强度变化率 断裂伸长率变化率%%±70±70-3-60+12-40+11-43耐酸/耐碱性能 抗张强度变化率 断裂伸长率变化率%%±25±25-20-15-22-17-23-19热寿命试验90℃/≥60年90℃/68.9年90℃/62年90℃/64.2年
2.3 材料配方选择机理
热缩材料之所以选择聚乙烯(PE)、乙烯—乙酸乙烯酯共聚物(EVA)和乙烯—辛烯共聚物(POE)进行共混,是因为这样可以充分发挥各组分的性能优势;同时,据有关文献报道交联聚乙烯(XLPE)的耐γ射线可以达103kGy[9],再通过其他添加剂的添加使其抗辐照性能更优;且交联型EVA、XLPE抗饱和蒸汽性能好,有利于通过LOCA及浸没试验,在高温高压下不产生永久塑性变形,保持电缆附件正常结构。
热缩材料要求低烟无卤阻燃,通过单根垂直燃烧试验和B类成束燃烧试验,并且20 ℃和80 ℃氧指数差值不超过2,故配方中采用了无机氢氧化物AL(OH)3、Mg(OH)2以及复合阻燃剂共用,同时控制添加比例,避免对机械性能产生影响。
配方中采用复合抗氧剂及防老剂,通过控制添加比例,使其达到90 ℃工作温度使用60年以上,同时要经受高剂量γ射线辐照。
由于防老剂的加入,对交联速度产生影响;因此在配方体系中加入交联助剂。辐射交联一般在非结晶区发生,但也能使结晶区变小。结晶的程度与分布以及交联密度与分布对形状记忆聚合物形状记忆性能有决定性作用,所以对材料的共混工艺与辐射交联工艺的控制是得到高性能热缩材料的关键[10]。
3 结构设计
CAP1400 1E级壳内电缆附件按照种类分中间接头和终端两大类,其接口和功能各不相同,其中中间接头用于电缆与电缆的连接以及电缆和贯穿件的连接,起到恢复电缆结构、再绝缘及密封防护的作用。本文就中间接头几种典型的结构形式进行描述,设计过程中参考EY20系列规范,结构和尺寸则根据产品功能要求以及安装使用空间进行设计。具体情况见表2及图1~图5。
表2 CAP1400 1E级壳内电缆附件(中间接头)结构及应用Table 2 Structure and application of CAP1400 1E class inside containment cable accessories(connectors)h型V型直通型1对多型90°角型热缩套管分支手套密封胶连接金具防护层图1热缩套管分支手套热缩封帽热熔胶带连接金具防护层图2热缩套管密封胶连接金具连接螺栓防护层图3热缩套管分支手套密封胶连接金具连接螺栓防护层图4热收缩带热缩套管热熔胶带密封胶连接金具连接螺栓防护层图5控制和仪表电缆控制和仪表电缆低压电力电缆低压电力电缆低压电力电缆
图1 h型中间接头结构图Fig.1 h type structure of connector
图2 V型中间接头结构图Fig.2 V type structure of connector
图3 直通型中间接头结构图Fig.3 Straight type structure of connector
图4 1对多型中间接头结构图Fig.4 One-to-many type structure of connector
图5 90 ℃角型中间接头结构图Fig.5 Right Angle type structure of connector
3.1 热收缩原理
热收缩材料,又称为高分子形状记忆材料,主要是利用结晶或半结晶的线性高分子材料经高能射线照射或化学交联后形成的三维网状结构而具有独特的“记忆效应”。当交联高分子处于高弹态(橡胶态),使其变形(拉伸或者扩张), 并在该状态下迅速冷却“ 冻结” 变形成拉伸或扩张的状态, 而当再加热至熔点以上时, 材料又恢复到原来的形状, 这就是具有形状记忆功能的热收缩材料[10]。
文章来源:《材料研究学报》 网址: http://www.clyjxbzz.cn/qikandaodu/2021/0709/1501.html