核电站用1E级(K3类)电缆相关标准的讨论

王 岩

(江苏新远程电缆有限公司，江苏宜兴214251)

1 我国核电站与核电站用电缆的简介

目前，我国核电站建设已进入了快速发展的时期。据有关文献报道，预计到2020年底，中国运行和在建的核电机组将会有100套左右。核电站用电缆用量的大量增加使之成为电缆制造业争相开发的一个品种，国内许多企业对开发核电站用电缆表现出浓厚的兴趣。

本文所述的核电站用电缆实际上是指核电站用1E级电缆。根据目前使用工况，我国又将其分为:K1、K2、K3等三类。核电站使用的电缆有普通电站用的常规电缆和能满足核电站特殊运行工况要求的所谓核电站用1E级电缆。1E级电缆的生产在我国实施许可证管理，获证单位必须具有该类产品的设计能力。

目前国际上民用核电站的主要类型有两种，即:压水堆(PWR)型核电站和沸水堆(BWR)型核电站。两者的最大区别在于:在PWR型核电站中，推动汽轮机组叶轮转动的蒸汽是通过将堆芯产生的热量经换热器加热而得到，电站的汽轮机设备作为正常区域对待;而在BWR型核电站中，是直接使用堆芯产生的蒸汽来推动汽轮机组叶轮的转动，电站的汽轮机设备则是作为放射性管理区域来对待。

我国运行和在建的商用核电站几乎全部采用PWR型。

PWR型核电站的核岛由反应堆厂房和反应堆辅助厂房组成，在此完成蒸汽的产生和输送。1E级电缆就应用在这些厂房内。

2 有关核电站用电缆的主要规范及分类

由于我国核电事业起步较晚，目前还是在对世界的先进技术消化、创新的过程中，至今还没完成有关核电站用电缆标准的制定。在2008年，我国参考了IEEE 383—2003《核电站用1E级电缆和接头质量鉴定》［1］、IEEE 323—2003《核电站用 1E 级设备质量鉴定》和RCC-E《压水堆核电站核岛电气设备设计和建造规则》等标准，制定和颁布了 GB 22577—2008《核电站用1E级电缆 通用要求》，其后续相关标准正在制定中。国内各企业在研发该类产品过程中，也主要参考IEEE 383—2003和RCCE。

目前世界各国核电站机组数量和核电发电容量位居世界前三位的是美、法、日等三个国家;世界三大主要核电设备制造商集团也是由这三个国家的公司组成。

美国是最早制订有关核电站用电缆鉴定规范的国家，其标准系列为IEEE 383。IEEE于1974年公布首版IEEE Std 383—1974《核电站用1E级电缆、接头、连接的型式经验》［2］，2003年将其修订为IEEE Std 383—2003《核电站用1E级电缆和接头质量鉴定》。

IEEE 383是关于轻水堆核电站(含PWR型核电站和BWR型核电站)用1E级电缆质量鉴定的原则、方式、方法的指导性文件，是对IEEE 323标准在有关1E级电缆方面的补充和具体化。1E级的定义源自美国IEEE 323/383标准，是指核电站内电气设备和系统的安全级别。1E级设备和系统是在紧急情况下所必须工作的设备和系统，如反应堆急停、安全壳隔离和堆芯应急冷却等系统。IEEE 383涵盖的产品使用范围为:核岛安全壳内(但不包括压力容器内)的1E级设备用电线电缆和1E级设备内部用电线电缆。IEEE 383将1E级电缆分为需要或不需要做模拟冷却剂跑失事故(LOCA)试验共两种。

日本未制订自己的核电站用电缆产品标准，目前执行的规范是参照IEE 383—1974。日本将这类电缆定义为:在核电站内，安全上重要的构筑物及设备系统(简称:安全系)使用的各种电缆。涵盖的产品使用范围为:轻水堆核岛安全壳内(但不包括压力容器内)的安全系用电线电缆。日本也将1E级电缆分为需要或不需要做LOCA试验共两种。

法国的RCC-E是国内各厂家经常参照的法国文件。顾名思义，RCC-E《压水堆核电站核岛电气设备设计和建造规则》是一份关于压水堆核电站核岛部分的电气设备设计和建造的指针。电缆作为电气设备的一员，其相关的要求也包括在这一规则中。法国的RCC-E将1E级设备定义为:为电站安全履行保护功能的设备。同时提出了K类分级的概念:

K3质量鉴定程序。用于保证安装在安全壳以外的设备在正常环境条件下和在地震荷载下以及对某些设备所规定的事故环境条件下能够执行其规定的功能;

K2质量鉴定程序。用于保证安装在安全壳内的设备在正常环境条件下和在地震荷载下仍能够执行其规定的功能;

K1质量鉴定程序。用于保证安装在安全壳内的设备在正常、事故/或事故后环境条件下和在地震荷载下仍能够执行其规定的功能。

RCC-E在涵盖的产品使用范围上比IEEE 383有了拓展，增加了对使用在安全壳以外的产品要求。

GB 22577—2008《核电站用1E级电缆 通用要求》也将核电站用1E级电缆分为三类:

K3类电缆。为安装在安全壳外，通过K3类质量鉴定程序验证其具备在正常环境条件下和在地震荷载下，以及在对一些设备项规定的事故条件下能完成其规定功能的电缆;

K2类电缆。为安装在安全壳内或者安全壳外对辐射有要求的场合，通过K2类质量鉴定程序验证其具备在正常环境条件下和在地震荷载下能完成其规定功能的电缆;

K1类电缆。为安装在安全壳内，通过K1类质量鉴定程序验证其具备在正常环境条件、地震荷载下以及在事故环境下和(或)事故后能完成其规定功能的电缆。

3 国外标准(规范)对K3类电缆有关试验的规定

3.1 IEEE 383标准

IEEE 383将1E级电缆分为需要或不需要做LOCA试验共两种;抗地震和阻燃是1E级电缆的通用要求。如果将不需要做LOCA试验的电缆鉴定程序去除有关辐射试验的内容，就可以认为是符合IEEE要求的，即我们所说的1E级(K3类)电缆鉴定程序。

符合IEEE 383标准要求的1E级(K3类)电缆应该满足以下几点要求:

(1)满足IEEE 383—1974中第2.3.1条规定的8个电缆产品标准中的某一个要求;

(2)电缆成品试验要通过:

①热老化前、后的阻燃试验。试验方法为:开关柜电缆和同轴类电缆要符合UL VW-1的要求，其它类电缆要符合IEEE Std 1202—1991《IEEE Standard for Flame Testing of Cables for Use in Cable Tray in Industrial and Commercial Occupancies》或 NEPA 262—2002《Standard Method of Test for Flame Test Travel and Smoke of Wires and Cables for Use in Air Handing Spaces》的规定。

②热老化试验(鉴定寿命不低于40年)。试验结果采用弯曲浸水耐压试验来验证。

3.2 日本的相关规范

日本有关机构组织专业人员经过验证得出结论:热老化和辐射老化对电缆的燃烧性能无可见影响，所以日本规范规定只做老化前的阻燃试验。

满足日本规范的，即我们所述的1E级(K3类)电缆应该是:

(1)满足相应电缆产品标准要求;

(2)电缆成品试验要通过:

①热老化前的阻燃试验。试验方法应符合IEEE Std 383—1974的规定(到2009年的3月份，日本对于安全系电缆的阻燃试验方法还未作改动)。

②热老化试验(鉴定寿命不低于40年)。试验结果采用弯曲浸水耐压试验来验证。

3.3 RCC-E标准

RCC-E已有中文版，标准中有明确的描述。RCC-E和IEEE 383—2003都明确指出:要求一个质量保证体系来控制1E级电缆的设计、鉴定、生产质量等，以确保公共事业的安全。这就是我们在电缆的设计制造过程中所必备的质量保证体系。

4 对1E级(K3类)电缆几项试验的分析

4.1 阻燃试验

IEEE 383—1973第1.3.4.2.2节将燃烧事件定为1E级电缆DBE中的一项要求。IEEE 383—1973规定的1E级电缆垂直成束燃烧试验类似于GB/T 18380中C级阻燃的规定。也许可以说当今世界的电缆垂直成束燃烧试验标准起源于IEEE 383—1973。

IEEE 383—1973中对于电缆试样根数的规定较为简单，即:电缆单层垂直排列，排列的间隙为试样电缆外径的1/2倍，排列总宽不小于150mm。

4.2 热老化试验的边界确定

热老化试验的边界如何确定，是大家非常感兴趣的问题。IEEE 383提出可以用阿累尼乌斯方程或其它经过证明可行的方法由计算得出，以加快老化试验的进程。日本学者认为:在复杂配方的电缆用绝缘、护套等材料中，对于由多种化学反应和物理变化共同作用而形成的老化过程，用阿累尼乌斯方程来定量反映还有一些需要探讨的问题。

IEEE 383是一个非强制的、开放性的标准，它兼收并蓄了社会上各种成熟的观点，指出质量鉴定可以使用几种不同的方法进行，是一份质量鉴定指针性质的文件，具有极大的灵活性。它明确表明:文件中所给出的参数仅是一般情况，对于具体项目的工况参数所需的试验用参数还需业主和供方直接确定。就交联聚乙烯绝缘材料的40年热老化试验来讲，目前所见的不同边界条件，按化学原理分析可推出数十倍的寿命差距，显然这里还有一些事宜需要探讨。毕竟实践经验是这一问题的最好的解答。

4.3 耐地震试验

耐地震试验似乎没有体现在上面所述的鉴定试验中。IEEE 383—2003第6.4.4.1节《Post-design basis event simulation test》中阐述电缆的弯曲浸水耐压试验的目的就是为了验证:经过苛刻试验后的电缆依然保持一定的柔顺性能，在经受一定的运动(movement)和振动(vibration)后，仍然具有电缆的使用功能。也许，这就应该是关于电缆的耐地震试验。

5 结束语

核电站用电缆因市场需求必定是电缆行业发展的一个重要品种，透彻的分析1E级(K3类)电缆性能要求是开发1E级电缆的基础。GB 22577—2008明确规定:我国1E级电缆的质量鉴定将采用型式试验的方法。对于1E级(K3类)电缆的试验项目、程序、要求的确定就尤为重要。在此提出自己的学习体会，衷心地希望能够得到各位同仁的批评指正。

［1］IEEE Std 383—2003《IEEE Standard for Qualifying Class 1E E-lectric Cables and Field Splices for Nuclear Power Generating Stations》［S］.

［2］IEEE Std 383—1974《IEEE Standard for Type Test of Class 1E E-lectric Cables，Field Splices，and Connections for Nuclear Power Generating Stations》［S］.