Рис. 2. Конструкция силового кабеля для гермозон АЭС:
1 — медная токопроводящая жила; 2 — изоляция из вулканизированного полиэтилена; 3 — заполнение; 4 — оболочка из поливинилхлоридного пластиката; 5 — броня из двух оцинкованных лент; 6 — оболочка из поливинилхлоридного пластиката пониженной горючести
Много внимания в настоящее время уделяется проблемам, связанным с обеспечением пожаробезопасности кабельных трасс. Особенно важна эта проблема для электростанций, в том числе атомных (АЭС).
Исследования показали, что обычно применяемые кабели с поливинилхлоридной изоляцией и оболочкой, которые удовлетворяют требованиям по нераспространению горения, установленным для одиночного кабеля, при прокладке в пучках или в потоках могут распространять горение. Известно, что наиболее жесткие условия при испытаниях на нераспространение горения создаются при поджигании вертикального пучка кабелей в соответствии с рекомендацией Международной электротехнической комиссии (МЭК) 332-3. В результате испытаний по этому методу было установлено, что для выполнения требований по нераспространению горения при максимальном объеме горючей массы кабелей в пучке для кабелей с поливинилхлоридной изоляцией необходимо, чтобы оболочка кабеля была выполнена из поливинилхлоридного пластиката пониженной горючести, кислородный индекс которого не менее 32. Поэтому все силовые и контрольные кабели, кабели управления и связи для АЭС изготавливаются сейчас с наружной оболочкой из такого пластиката. Для работы при повышенных воздействиях радиации в условиях гермозоны созданы бронированные силовые и контрольные кабели с изоляцией из сшитого или облученного полиэтилена. Конструкция силового кабеля на напряжение 1 кВ, предназначенного для эксплуатации в гермозоне АЭС, приведена на рис. 2. Броня из двух стальных оцинкованных лент в конструкции кабелей обеспечивает не только механическую защиту изолированных жил, но и выполняет роль теплового экрана, который совместно с оболочкой из поливинилхлоридного пластиката пониженной горючести обеспечивает требование по нераспространению горения. Для всех других помещений и сооружений АЭС разработаны силовые и контрольные кабели, не распространяющие горение, с изоляцией из поливинилхлоридного пластиката, пониженной горючести. Кабели, не распространяющие горение, по всем техническим характеристикам соответствуют требованиям стандартов и технических условий на кабели общепромышленного применения, а по показателю «нераспространение горения» отвечают требованиям по категории А, т. е. не распространяют горения при объеме горючей массы кабелей в одном метре пучка до 7,0 л/м. На рис. 3 показана зависимость температуры по высоте образца в процессе испытаний пучка из 119 контрольных кабелей сечением 4 х 1,5 мм2 с оболочкой из обычного поливинилхлоридного пластиката и аналогичного пучка из кабелей того же сечения с оболочкой из пластиката пониженной горючести. Как видно из приведенных данных, при испытании с оболочкой из обычного пластиката температура при поджигании пучка быстро растет, и горение распространяется до верхнего конца пучка, о чем свидетельствуют показания термопары, установленной на расстоянии 0,5 м от зоны поджигания (кривая 1) и в конце пучка (кривая 2). При испытании пучка кабелей с оболочкой из пластиката пониженной горючести происходят выгорание кабелей на расстоянии не более 1,5 м от зоны поджигания и самостоятельное затухание образца после удаления источника зажигания (кривая 3). При этом температура в зоне горения кабелей не превышает 500 °С, в то время как при горении пучка кабелей обычного исполнения температура превышает 1000 °С. Эти результаты показывают преимущества кабелей с оболочкой из пластиката пониженной горючести по сравнению с кабелями общепромышленного применения.
Рис. 3. Зависимость температуры от времени поджигания пучка контрольных кабелей сечением 4 χ 1,5 мм2 для кабелей с оболочкой из поливинилхлоридного пластиката при расстоянии 0,5 м (/) и 3,5 м (3) от зоны поджигания и для кабелей с оболочкой из поливинилхлоридного пластиката пониженной горючести при расстоянии 0,5 (2) и 3,5 м (4) от зоны поджигания
Рис 4. Конструкция огнестойкого кабеля с пропитанной бумажкой изоляцией на напряжение 1—10 кВ:
1 — сердечник кабеля из изолированных алюминиевых токопроводящих жил; 2 — алюминиевая оболочка; 3 — слой антикоррозионного состава; 4 — слой стеклопряжи; 5 — броня из двух стальных оцинкованных лент
На напряжение 1—10 кВ освоен выпуск специальных силовых кабелей, не распространяющих горение, на основе обычных кабелей с пропитанной бумажной изоляцией в алюминиевой оболочке. За счет применения в конструкции кабеля специального защитного покрова, в котором уменьшено содержание горючих материалов, кабели не распространяют горение при прокладке в пучках и в потоках. При этом в результате применения в подушке под броней слоя из стеклопряжи и брони из двух стальных оцинкованных бронелент кабели сохраняют работоспособность при воздействии огня в течение не менее 20 мин при испытании в соответствии с рекомендацией МЭК 331. Конструкция кабеля приведена на рис. 4. Такие кабели удовлетворяют всем основным требованиям по пожарной безопасности, однако из-за алюминиевой оболочки имеют повышенную жесткость, что заставляет разрабатывать кабели с пластмассовой изоляцией. Завершаются также работы по созданию кабелей с низким дымо- и газовыделением при горении.
Для атомной энергетики созданы специальные терморадиационно-стойкие силовые, контрольные и измерительные кабели, монтажные провода и кабельная арматура (термоусаживаемые трубки и перчатки). Эти изделия могут применяться для питания и контроля главных циркуляционных насосов, приводов задвижек, в системе внутриреакторного контроля и в другом электротехническом оборудовании, расположенном в облучаемой зоне АЭС (в частности, внутри герметичной оболочки АЭС). Характерной особенностью специальных кабельных изделий для АЭС является использование в их конструкциях новых, перспективных электроизоляционных материалов, сочетающих повышенную терморадиационную стойкость с удовлетворительными диэлектрическими свойствами и технологичностью. В специальных терморадиационно-стойких кабелях используются электроизоляционные материалы двух основных типов: неорганические и органические в виде композиций на основе радиационно-сшиваемых полимеров. Наиболее употребительными материалами первого типа являются стекловолокно и прессованный порошок окиси магния, второго — радиационно-сшитые композиции полиолефинов.
Кабели с неорганической изоляцией имеют металлические защитные оболочки и обладают наиболее высокой терморадиационной стойкостью, в связи с чем могут эксплуатироваться в непосредственной близости от активной зоны реактора. К их недостаткам следует отнести механическую жесткость (возможность эксплуатации только при фиксированном монтаже), сравнительно низкие рабочие напряжения и сложность технологии монтажа. Кабели второго типа свободны от этих недостатков и широко применяются в условиях воздействия умеренных температур (до 150 °С) и радиационных факторов.
Одной из актуальных проблем, связанных с обеспечением пожарной безопасности при эксплуатации специальных терморадиационно-стойких кабелей, является повышение их стойкости к воздействию огня (точнее, повышение способности к нераспространению горения в стандартных условиях и, в особых случаях, к функционированию в огне). Эта задача решается путем разработки и внедрения новых электроизоляционных материалов, стойких к воздействию огня, и совершенствованием способов прокладки кабелей на АЭС, а также применением различных мер защиты кабельных трасс от пожара (например, покрытием кабелей после прокладки специальными огнезащитными составами, разделением кабельных потоков с целью снижения массы изоляционных материалов в единице объема и т. д.). В связи с тем, что сочетание требований высокой терморадиационной стойкости и пониженной горючести электроизоляционных полимерных материалов существенно ограничивает возможность их выбора для специальных кабелей, решение этой задачи применительно к таким кабелям представляет значительные технические трудности. Специальные кабели с неорганической изоляцией в металлических оболочках обладают высокой стойкостью к воздействию огня.
Кроме того, за последнее время созданы специальные терморадиационно-стойкие кабели пониженной горючести, удовлетворяющие наиболее жестким требованиям по нераспространению горения, предусмотренным рекомендациям МЭК 332-3.
