赵鹏宇　孙黎

【摘 要】核电厂核级电缆与常规火电厂电缆一大不同之处为其相对恶劣的服役环境，其中辐照环境是核电厂所特有，随着服役时间的增加，电缆护套和绝缘的聚合物材料在强辐照、高温环境下会随着时间的推移发生各种缓慢的、不可逆的化学变化和物理变化，严重时甚至会导致电缆安全功能的丧失。鉴于我国核设施电缆辐照老化规律方面的研究还并不成熟的现状，开展核电厂核级电缆的辐照老化规律研究，通过模拟辐照老化试验及其后续的性能测试，分析核级电缆辐照老化规律。通过研究可知，各类核级电缆聚合物材料在辐照环境下所展现的老化规律相近，且不同累积辐照剂量区间下，辐照剂量率对电缆老化状态的影响存在差异。

【关键字】核级电缆;辐照老化;辐照剂量率;断裂伸长率

中图分类号： TM246;TM623 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）29-0219-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.29.104

0 概述

在典型的壓水堆核电厂中，电缆通过套管、桥架等支撑结构从电力供应区域引出至主控台，经过控制站，穿过电气贯穿件进入安全壳，进行电力输送和各种仪表和控制信号的传输。安装在安全壳内或其他存在辐照风险的环境中的核级电缆需要经受严苛的辐照环境考验，保证其功能完整性，确保核设施的安全稳定运行。核级电缆运行时所面临的主要问题是随着服役时间的增加，电缆护套和绝缘的聚合物材料在强辐照、高温环境下会随着时间的推移发生各种缓慢的、不可逆的化学变化和物理变化，严重时甚至会导致电缆安全功能的丧失。为应对核级电缆老化问题，世界核电大国，包括国际原子能机构（IAEA）、经合组织（OECD）在内的相关国际组织都相继开展了电缆的老化寿命预测技术和老化状态监测技术方面的研究工作。而我国核设施电缆辐照老化规律方面的研究还并不成熟，为此，本研究通过对对核设施核级电缆开展一系列辐照老化试验及性能测试，研究电缆在辐照条件下的老化规律。

1 试验设置

试验对象为国内核电厂常用的2种型号核级电缆。其编号分别为Ⅰ、Ⅱ。进行辐照加速老化试验时所采用的试验样本为完整电缆，即电缆绝缘层被紧密包覆在电缆护套层以下。

辐照老化规律研究试验包括实验室辐照加速老化试验和电缆老化后的性能测试。辐照加速老化试验在辐照屏蔽室空气环境下开展。在该测试环节中分别设置四种辐照剂量率辐照加速老化剂量率分别为63.7 Gy/h，261Gy/h，1019Gy/h，4219Gy/h。将核级电缆样本置于不同辐照剂量率下进行加速老化，并在老化后进行电缆老化断裂伸长率测试。

2 试验结果分析

本章将对试验获得的各项试验结果进行分析，并对各老条件下的测量结果展现出的规律性进行分析。样本电缆全部接受了63.7Gy/h剂量率下的辐照加速老化;其中Ⅱ号还在本实验的其它辐照剂量率下接受了多种辐照剂量率下的辐照加速老化，用以分析辐照剂量率对老化过程的影响。

针对各样本电缆的绝缘及护套开展拉伸试验，Ⅰ号电缆测试结果如图1至所示，其余电缆断裂伸长率变化规律与之类似，随着辐照时间延长，断裂伸长率逐渐降低。以断裂伸长率表达的老化降质趋势接近于对数函数。各护套材料断裂伸长率-辐照老化时间符合公式fEAB（t）=p+A*exp（t/x0）规律，各绝缘材料断裂伸长率-辐照老化时间符合公式f（x）=A2+（A1-A2）/（1+exp（（x-x0）/dx）规律，公式拟合的可决系数R2均高于0.9。样本电缆在本研究辐照累积区间内的辐照老化规律基本满足对数函数经验公式规律。

针对Ⅱ号电缆在63.7Gy/h，261Gy/h，1019Gy/h，4219Gy/h四个剂量率下加速老化后样本的断裂伸长率测量试验结果的分析如下：

不同辐照剂量率下护套材料的断裂伸长率性能曲线较为分散，而绝缘材料的断裂伸长率性能曲线在辐照剂量率1000Gy/h及以下时相互接近。不同辐照剂量率对电缆护套老化状态的影响比对电缆绝缘材料的影响更为显著。

在累积剂量取累积剂量60kGy、120kGy、180kGy、240kGy对应绝缘和护套材料的断裂伸长率数值，如图3。

在累积剂量相为60kGy时，被测电缆的绝缘/护套材料的断裂伸长率数据值相近，该条件下辐照剂量率对电缆绝缘/护套材料老化程度并无显著影响。

随着辐照累积剂量升高（60kGy～240kGy），辐照剂量率开始对电缆辐照老化断裂伸长率产生影响。当剂量率>1000Gy/h时，剂量率对电缆绝缘材料的断裂伸长率影响显著;当剂量率≤1000Gy/h时，各累积剂量下断裂伸长率随辐照剂量变化的曲线接近水平，剂量率对电缆绝缘材料辐照机械性能并无显著影响。

3 结论

（1）样本电缆的绝缘和护套在同一辐照老化环境下的老化规律都满足对数函数形式。护套材料断裂伸长率-辐照老化时间符合公式fEAB（t）=p+A*exp（t/x0）规律，各绝缘材料断裂伸长率-辐照老化时间符合公式f（x）=A2+（A1-A2）/（1+exp（（x-x0）/dx）规律。

（2）在累积剂量相为60kGy时，在本研究的剂量率范围内，不论剂量率高低，其对电缆绝缘/护套的机械性能都没有显著影响，电缆的绝缘和护套材料的辐照老化断裂伸长率主要受累积剂量影响。

（3）累积剂量升60kGy～240kGy范围内，辐照剂量率开始对电缆辐照老化断裂伸长率产生影响，且辐照剂量率对电缆护套老化状态的影响比对电缆绝缘材料的影响更为显著。当剂量率≤1000Gy/h时，辐照剂量率对电缆绝缘材料辐照机械性能无显著影响;当辐照剂量率>1000Gy/h时，材料的断裂伸长率反而优于低剂量率下的测试结果。

【参考文件】

[1]孙伟.辐照交联在电线电缆中的应用[J].核物理动态，1987，（03）：44-49.

[2]周素蓉，郑梅梅，周澜.辐射交联无卤阻燃电缆料的研究[J].中国塑料，2000，14（2）：33-37.

[3]翟茂林，伊敏，哈鸿飞.高分子材料辐射加工技术及进展[M].北京：化学工业出版社，2004.