一种耐高温核电站用电缆及其制造方法技术

一种耐高温核电站用电缆，其结构为：由多根铜或镀锡铜金属单丝绞合构成导体；导体外包裹绝缘层；绝缘层外包裹聚酰亚胺薄膜构成线芯；多根线芯绞合构成缆芯；缆芯外包裹护套；所述绝缘层外包裹聚酰亚胺薄膜，可保证电缆耐高温、耐辐射要求。一种耐高温核电站用电缆制造方法，步骤包括：1)多根铜或镀锡铜金属单丝绞合构成导体；2)采用连续硫化设备、挤包方式把绝缘材料包裹在导体外；3)采用绕包方式把聚酰亚胺薄膜包裹在线芯外；4)采用绞合的方式构成缆芯；5)在缆芯外采用连续硫化方式挤包护套。采用本方法制得的电缆，能满足设计要求。

【技术实现步骤摘要】

本技术方案属于电缆
，具体是一种耐高温核电站用电缆及其制造方法。
技术介绍
现有技术中，核电站发电越来越多被应用。从福岛事件以后，国内外核电站大量引入了三代、四代核电技术，核电站用电缆的研发迎来了新的挑战。三代核电站安全壳内的敷设环境极其严酷，如果发生核安全事故，环境将更为恶劣。比如高剂量γ、β射线辐照、高温、高压、酸性或碱性溶液等，使用在此环境的电缆需要执行其特定的功能。而且，事故的发生时间不可预估，所以电缆在事故前还可能经过热老化和辐照老化。即，要求无论在正常工况还是在事故工况下，核电站60年寿期内电缆都能正常传输电流和信号。对于作为绝缘的高分子材料来说，在高剂量γ、β射线辐照、高温、高压事故条件下仍旧能保留一定绝缘电阻并保证电流正常传输，是需要解决的一个主要的技术难题。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的上述问题，本技术方案提出一种耐高温核电站用电缆，其结构为：由多根铜或镀锡铜金属单丝绞合构成导体；导体外包裹绝缘层；绝缘层外绕包聚酰亚胺薄膜构成线芯；多根线芯绞合构成缆芯；缆芯外依次包裹绕包带层和护套；所述聚酰亚胺薄膜的厚度范围是0.010～0.10mm。导体材质是铜或镀锡铜；多根铜或镀锡铜材质的金属单丝绞合构成导体：所述金属单丝自内而外分为多层；每层金属单丝中的相邻两根金属单丝相互紧密贴合；相邻两层金属单丝中，内、外层金属单丝紧密贴合；最外层金属单丝的绞合方向为左向，相邻两层金属单丝的绞合方向相反；最外层金属单丝的绞合节距不大于绞合后外径的16倍。绝缘层的结构是单层挤出绝缘料包裹在导体外；绝缘层厚度符合IEC60502或GB/T12706的要求(例如2.5mm2导电线芯的标称厚度为1.0mm)；构成绝缘层的绝缘料是乙丙橡胶绝缘料或交联聚烯烃绝缘料；所述护套是挤包结构；护套料是热固性EVA混合物，且氧指数不小于30％。所述裹聚酰亚胺薄膜是在绝缘层外重叠绕聚酰亚胺薄膜包裹构成；聚酰亚胺薄膜厚度是0.010～0.10mm，绕包重叠率不小于20％；聚酰亚胺薄膜要求为：耐高温极限在400℃以上，实用温度范围-200～300℃。所述绕包带层是无纺布绕包带层。一种新的核电站用电缆，其结构为：由多根铜或镀锡铜金属单丝绞合构成导体；导体外包裹绝缘层；绝缘层外包裹聚酰亚胺薄膜构成线芯；多根线芯绞合构成缆芯；护套；所述绝缘层外包裹聚酰亚胺薄膜，可保证电缆耐高温、耐辐射要求。绝缘层紧密挤包在导体表面；绝缘层的绝缘料为：60年寿命、耐核辐射、低烟性、无卤性、无毒性、阻燃性和热固性。绝缘层外采用重叠绕包的方式包裹聚酰亚胺薄膜作为辅助绝缘层。所述聚酰亚胺薄膜采用0.010～0.10mm厚度，绕包搭盖率不小于20％。聚酰亚胺薄膜材料为：耐高温400℃以上，长期使用温度范围-200～300℃，高绝缘性能。该层的主要作用是辅助绝缘层共同实现在高剂量γ、β射线辐照、高温、高压事故条件下仍旧能保留一定绝缘电阻并保证电流正常传输。护套均匀紧密挤包在缆芯外；护套的护套料为：耐核辐射、低烟性、无卤性、无毒性、耐油性、阻燃型和热固性。护套能进一步阻挡高温、高压、高剂量γ、β射线等恶劣环境传输至绝缘。本电缆通过材料和结构的特定设计，可以使得电缆能够配套三代核电站使用，适用于EPR、AP1000、CAP1400、华龙一号等三代核电站安全壳内、安全壳外、常规岛、BOP等核电站区域。上述电缆在实际生产中遇到了问题：由于采用新的结构，采用传统生产工艺或者是按照经验等在传统生产工艺上进行修正都无法生产出达到理论性能的电缆，甚至无法生产符合常规要求的电缆。为此，本专利技术提出一种新的制造方法，专用于该电缆，具体如下：一种上述核电站用电缆的制造方法，步骤包括：1)制造导体：选择铜或镀锡铜作为导体材质；把多根铜或镀锡铜材质的金属单丝绞合构成导体：所述金属单丝自内而外分为多层；每层金属单丝中的相邻两根金属单丝相互紧密贴合；相邻两层金属单丝中，内、外层金属单丝紧密贴合；最外层金属单丝的绞合方向为左向，相邻两层金属单丝的绞合方向相反；最外层金属单丝的绞合节距不大于绞合后外径的16倍；施加在导体上的牵引力为500～2500N，绞笼转速为60～90r/min；2)挤包绝缘层：采用挤包方式把绝缘料包裹在导体外，并冷却：自进料到出料方向，挤橡机的机身温区为：一区65～75℃、二区70～80℃、三区75～85℃、四区80～90℃；其中：一区为入料段，二区、三区为塑化段，四区为均化段；自进料到出料方向，挤橡机的机头单元温度为：模口为80～90℃、机头为75～85℃；(对机颈温度无特定要求)挤出时，饱和蒸汽压力保持在1.4～1.8MPa，冷却水位控制在15％～35％之间；15％～35％是指冷却水浸没线缆的高度百分比；冷却是分段冷却，第一段冷却水温度保持在30～50℃，第二段冷却水温度保持在5～20℃；3)包裹聚酰亚胺薄膜，制得线芯：采用重叠绕包的方式将聚酰亚胺薄膜带绕包在绝缘层外；聚酰亚胺薄膜厚度范围是0.010～0.10mm；包带张力范围为20～50N；4)制造缆芯：将多根步骤3)制得的线芯右向绞合成缆芯，绞合节距和绞合后直径的比值不大于25；5)采用连续硫化方式在步骤4)得到的缆芯外均匀紧密挤包护套，并冷却：护套采用挤胶机并在机头上配护套模套；护套模芯孔径大于缆芯外径；自进料到出料方向，挤橡机的机身各区温度分布为：一区55～65℃、二区60～70℃、三区65～75℃、四区70～85℃，其中：一区为入料段，二区和三区为塑化段，四区为均化段；自进料到出料方向，挤橡机的机头单元温度为：机头为75～85℃、机颈为75～85℃、模口为75～85℃；挤出时饱和蒸汽压力保持在1.0～1.6MPa，冷却水位控制在10％～19％；冷却是分段冷却，第一段冷却水温度保持在40～60℃，第二段冷却水温度保持在0～16℃。所述步骤2)中，牵引速度为20m/min，偏心度不大于20％；所述步骤5)中，模芯孔径＝(缆芯外径+0.5mm)；牵引速度为10m/min，偏心度不大于20％。采用本方法制得的电缆，能满足设计要求，同时，合格率达到99.87％以上。现有技术中，核电缆一般的制造技术为采用内层绝缘加外层绝缘的方式，内层保证电性能，外层还能保证阻燃性能。内、外绝缘层都采用单层挤出方式或双层共挤方式，可满足以下性能：机械性能：抗张强度≥7.0MPa，断裂伸长率≥200％阻燃性能：满足GB/T18380.12的线芯单根阻燃的要求电性能：20℃绝缘电阻常数≥4000MΩ.km。本方案中，采用辅助绝缘后电缆在260℃高温下绝缘的性能相比与原始性能得到了提升。如1，采用辅助绝缘，即聚酰亚胺薄膜缠绕的方式，内层的一部分被外层的一部分所覆盖，覆盖率20％-25％之间。总绝缘层的原始性能提升如下：机械性能：抗张强度≥10.0MPa，断裂伸长率≥400％；阻燃性能：满足GB/T18380.12的线芯单根阻燃的要求；电性能：20℃绝缘电阻常数≥9500MΩ.km。如2，采用辅助绝缘，即聚酰亚胺薄膜缠绕的方式，内层的一部分被外层的一部分所覆盖，覆盖率15％-20％之间。总绝缘层的原始性能提升如下：机械性能：抗张强度≥9.5MPa，断裂伸长率≥350％；阻燃性能：满足GB/T18380.12的线芯本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种耐高温核电站用电缆，其特征是结构为：由多根铜或镀锡铜金属单丝绞合构成导体；导体外包裹绝缘层；绝缘层外绕包聚酰亚胺薄膜构成线芯；多根线芯绞合构成缆芯；缆芯外依次包裹绕包带层和护套；所述聚酰亚胺薄膜的厚度范围是0.010～0.10mm。

【技术特征摘要】
1.一种耐高温核电站用电缆，其特征是结构为：由多根铜或镀锡铜金属单丝绞合构成导体；导体外包裹绝缘层；绝缘层外绕包聚酰亚胺薄膜构成线芯；多根线芯绞合构成缆芯；缆芯外依次包裹绕包带层和护套；所述聚酰亚胺薄膜的厚度范围是0.010～0.10mm。2.根据权利要求1所述的核电站用电缆，其特征是所述金属单丝自内而外分为多层；每层金属单丝中的相邻两根金属单丝相互紧密贴合；相邻两层金属单丝中，内、外层金属单丝紧密贴合；最外层金属单丝的绞合方向为左向，相邻两层金属单丝的绞合方向相反；最外层金属单丝的绞合节距不大于绞合后外径的16倍。3.根据权利要求1所述的核电站用电缆，其特征是绝缘层的结构是单层挤出绝缘料包裹在导体外；绝缘层厚度符合IEC60502或GB/T12706的要求；构成绝缘层的绝缘料是乙丙橡胶绝缘料或交联聚烯烃绝缘料；所述护套是挤包结构；护套料是热固性EVA混合物，且氧指数不小于30％。4.根据权利要求1所述的核电站用电缆，其特征是所述裹聚酰亚胺薄膜是在绝缘层外重叠绕聚酰亚胺薄膜包裹构成；绕包重叠率不大于20％，且不小于5％；聚酰亚胺薄膜要求为：耐高温极限在400℃以上，适用温度范围-200～300℃。5.根据权利要求1所述的核电站用电缆，其特征是所述绕包带层是无纺布绕包带层。6.一种权利要求1～5任一所述核电站用电缆的制造方法，其特征是步骤包括：1)制造导体：选择铜或镀锡铜作为导体材质；把多根铜或镀锡铜材质的金属单丝绞合构成导体：所述金属单丝自内而外分为多层；每层金属单丝中的相邻两根金属单丝相互紧密贴合；相邻两层金属单丝中，内、外层金属单丝紧密贴合；最外层金属单丝的绞合方向为左向，相邻两层金属单丝的绞合方向相反；最外层金属单丝的绞合节距不大于绞合后外径的16倍；施加在导体上的牵引力为500～2500N，绞笼转速为60～90r/min；2)挤包绝缘层：采用挤包方式把绝缘料包裹在导体外，并冷却：自进料到出料方向，挤橡机的机身温区为：一区65～75℃、二区70～80℃、三区75～85℃、四区80～90℃；其中：一区为入料段，二区、三区为塑化段，四区为均化段；挤橡机的机头单元温度为：模口为80～90℃、机头为75～85℃；挤出时，饱和蒸汽压力保持在1.4～1.8MPa，冷却水位控制在15％～35％之间；15％～35％是指冷却水浸没线缆的高度百分比；冷却是分段冷却，第一段冷却水温度保持在30～50℃，第二段冷却水温度保持在5～20℃；3)包裹聚酰亚胺薄膜，制得线芯：采用重叠绕包的方式将聚酰亚胺薄膜带绕包在绝缘层外；聚酰亚胺薄膜厚度范围是0.010～0.10mm；包带张力范围为20～50N；4)制造缆芯：将多根步骤3)制得的线芯右向绞合成缆芯，绞合节距和绞合后直径的比值不大于25；5)采用连续硫化方式在步骤4)得到的缆芯外均匀紧密挤包护套，并冷却：护套采用挤胶机并在机头上配护套模套；护套模芯孔径大于缆芯外径；自进料到出料方向，挤橡机的机身各区温度分布为：一区55～65℃、二区60～70℃、三区65～75℃、四区70～85℃，其中：一区为入料段，二区和三区为塑化段...

【专利技术属性】
技术研发人员：王丽萍，金华东，凌国桢，李斌，梁福才，
申请(专利权)人：江苏上上电缆集团有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32