7. Program Ramowy – EURATOM
FISSION-2010-2.1.1

"Ageing Diagnostics and Prognostics of low-voltage I&C cables"

Projekt Nr 269893

Okres realizacji 1.01.2011 – 31.12.2013

Partnerzy

Opis projektu

W 2011 r. rozpoczęto realizację projektu „Ageing Diagnostics and Prognostics of low-voltage I&C cables” (Konkurs Fission-2010-2.1.1: „Ageing of non-metallic NPP components”, koordynator - Electricité de France, akronim – ADVANCE). W ramach badań poprzedzających wprowadzenie energetyki jądrowej w Polsce, IChTJ uczestniczy w projekcie jako jeden z jego 11 partnerów.  Wyniki prac będą miały istotne znaczenie dla monitorowania, oceny i kwalifikacji stanu okablowania w otoczeniu instalowanych w przyszłości reaktorów jądrowych.

Przewody i kable są integralną częścią systemu bezpieczeństwa elektrowni jądrowych zapewniającą ich bezawaryjną eksploatację. Ich wymiana jest trudna i kosztowna, dlatego od wielu lat podejmowane są wysiłki, aby wyjaśnić jakie zjawiska zachodzą podczas starzenia okablowania oraz, aby ocenić ryzyko płynące z nieuniknionych zmian występujących w warunkach wysokiego narażenia na czynniki degradujące. Obecnie zakłada się, że czas eksploatacji elektrowni jądrowych  wynosi 60 lat. W tym okresie na przewody i kable może oddziaływać jednocześnie wiele niekorzystnych czynników – promieniowanie jonizujące, wilgoć (szczególnie w reaktorach BWR), podwyższona temperatura, ozon itp. Dlatego zużycie materiałów polimerowych z których wykonana jest izolacja i osłona będzie postępowało szybciej niż w warunkach, gdzie powyższe zagrożenia nie występują, a spodziewane zmiany mogą być znacznie głębsze w związku z możliwym efektem synergetycznym pomiędzy różnymi czynnikami.

Szczególną uwagę przykłada się do kabli zabezpieczających działanie przyrządów monitorujących pracę elektrowni oraz systemu jej bezpieczeństwa, przeznaczonych do instalacji niskiego napięcia tj. < 1kV. Około 61% tego typu kabli służy celom kontrolnym, 20% związanych jest z pracą różnego typu urządzeń, 5% to kable komunikacyjne.

Analizując starzenie polimerów używanych do produkcji kabli rozważa się trzy podstawowe czynniki: rodzaj materiału, warunki w jakich kabel będzie eksploatowany oraz skalę czasową. W charakterze materiałów izolacyjnych zwykle używa się XLPE/XLPO, EPR/EPMD, EVA albo PVC. Natomiast powłoka najczęściej wykonana jest z CSPE, EVA, PVC i SiR. W nowszych elektrowniach ogranicza się, a nawet eliminuje, użycie polimerów zawierających chlorowce takich jak PVC. Złożoność oceny wiąże się z różnorodnością stosowanych tworzyw sztucznych oraz niezbędnych dodatków, takich jak: antyutleniacze, stabilizatory, środki uniepalniające, plastyfikatory itp. nadających produktowi pożądane właściwości.

Stosowane techniki pomiarowe pozwalające ocenić stopień „zużycia” kabla można podzielić na trzy grupy:

• pomiary właściwości mechanicznych (wytrzymałość przy zerwaniu, wydłużenie przy zerwaniu, itp.)
• pomiary elektryczne (oporność izolacji, wytrzymałość dielektryczna, straty dielektryczne)
• badania chemiczne i fizyczne (spektroskopia FTIR, OIT, frakcja żelowa, utrata masy, stopień spęcznienia, NMR, pomiar gęstości i właściwości lepkosprężystych)

Do badania degradacji izolacji zwykle stosuje się przyspieszone starzenie polimerów. Jest to degradacja materiału w warunkach symulujących działanie czynników występujących w czasie eksploatacji, lecz o znacznie zwiększonym nasileniu i krótszym okresie działania. Uzyskane wyniki badań są następnie wykorzystywane do oceny starzenia polimeru w funkcji czasu w warunkach panujących w trakcie użytkowania kabli. Analizując chemiczne zmiany prowadzące do starzenia polimerów należy brać pod uwagę powstawanie produktów rodnikowych, degradację, sieciowanie i utlenianie. W świetle obecnego stanu wiedzy wydaje się, że starzenie ma głównie charakter degradacji oksydacyjnej.

Obecnie brakuje teoretycznych metod  przewidywania przebiegu procesu starzenia w długim okresie eksploatacji (do kilkudziesięciu lat). Z powyższych względów zachodzi potrzeba opracowania dogodnych, powtarzalnych i nieinwazyjnych metod monitoringu stanu okablowania nie wymagających dużych próbek oraz poszukiwania reprezentatywnych procedur prowadzenia procesu przyspieszonego starzenia.