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船用核級(jí)電纜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)須充分考慮海洋、核環(huán)境下的電氣性能和安全性能，除低煙、無鹵、低毒、阻燃等燃燒性能和耐鹽霧、濕熱、霉菌、油霧等氣候性能外，還須考慮高溫、高壓、蒸汽，以及γ射線輻照等因素的影響。船用核級(jí)電纜基本的主體結(jié)構(gòu)與船用電纜相同，區(qū)別在于特殊的絕緣型式、隔離層設(shè)置及材料選擇。其中，絕緣型式和材料選擇主要基于壽命和燃燒性能考慮；隔離層設(shè)置主要基于DBE事故后的功能實(shí)現(xiàn)考慮；所有電纜在鎧裝內(nèi)設(shè)置擠包內(nèi)襯層或內(nèi)護(hù)套。

（1）控制電纜

船用核級(jí)控制電纜的典型結(jié)構(gòu)包括單護(hù)套電纜、鎧裝型無內(nèi)護(hù)套（有內(nèi)襯層）電纜和鎧裝型雙護(hù)套電纜等，鎧裝型無內(nèi)護(hù)套（有內(nèi)襯層）電纜的典型結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。

圖1 鎧裝型無內(nèi)護(hù)套（有內(nèi)襯層）電纜結(jié)構(gòu)示意圖

（2）儀表通信電纜

船用核級(jí)儀表通信電纜的典型結(jié)構(gòu)包括鎧裝型單護(hù)套電纜和鎧裝型雙護(hù)套電纜；根據(jù)屏蔽情況又分為無分屏蔽和有分屏蔽兩種結(jié)構(gòu)，有分屏蔽的電纜在分屏蔽外繞包聚酯帶作為屏蔽絕緣。鎧裝型雙護(hù)套電纜的典型結(jié)構(gòu)示意圖見圖2。

圖2 鎧裝型雙護(hù)套電纜結(jié)構(gòu)示意圖

為了達(dá)到船用核級(jí)電纜的關(guān)鍵性能要求，結(jié)合船用電纜和核電站用1E級(jí)電纜的設(shè)計(jì)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)方案中控制電纜絕緣、儀表通信電纜絕緣分別采用乙丙橡膠和交聯(lián)聚乙烯，護(hù)套采用交聯(lián)聚乙烯，所有材料均為低煙、無鹵、低毒的阻燃材料。

選擇交聯(lián)聚乙烯和乙丙橡膠作為絕緣材料，以乙酸乙烯共聚物（EVA）為基材的阻燃交聯(lián)聚烯烴為護(hù)套材料，主要是考慮電纜經(jīng)DBE事故后，在高溫、高壓、蒸汽環(huán)境下，不會(huì)發(fā)生永久塑性形變，可以保證電纜的正常結(jié)構(gòu)。在材料實(shí)現(xiàn)上考慮到熱壽命、輻照老化性能，防老體系應(yīng)耐受γ射線照射。相關(guān)原理為高聚物經(jīng)輻照后，產(chǎn)生聚合物自由基，自由基與所選防老劑結(jié)合，終止聚合物自由基反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)預(yù)防老化、延長(zhǎng)壽命的目的。

船用核級(jí)電纜生產(chǎn)工藝的控制要點(diǎn)主要集中在導(dǎo)體絞合、絕緣層、屏蔽隔離層、擠包內(nèi)襯層（或護(hù)套）和擠包外護(hù)套。

（1）導(dǎo)體絞合

基于船用核級(jí)電纜在事故環(huán)境下須具備結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、耐擠壓性能和電氣安全性能，產(chǎn)品從內(nèi)而外應(yīng)盡可能圓整、密實(shí)。因此，控制和儀表通信電纜的導(dǎo)體選擇19根單絲替代常規(guī)的7根單絲，經(jīng)正規(guī)絞合，使導(dǎo)體結(jié)構(gòu)更緊密，外圍縫隙更小，更有利于擠包絕緣的厚度與同心度的控制。

（2）擠包絕緣、襯層和外護(hù)套

通過免調(diào)偏機(jī)頭采用擠壓式工藝進(jìn)行擠包，可以在偏心后自行調(diào)控，不需要人為調(diào)節(jié)，保證大壓力擠包橡塑材料時(shí)的同心度；避免在貫穿件密封和事故工況下，導(dǎo)致最薄點(diǎn)發(fā)生故障。

絕緣采用雙層共擠結(jié)構(gòu)，內(nèi)層采用分離型（BM）螺桿擠出，外層采用低煙無鹵材料專用螺桿擠出，模套采用擠壓式模套。

內(nèi)襯層和護(hù)套擠出采用低煙無鹵材料擠出設(shè)備，模套應(yīng)比成品外徑略小，使得材料在擠出后有所膨脹，且表面光滑。

絕緣和護(hù)套擠出后，首先測(cè)試材料的斷裂伸長(zhǎng)率及其各層結(jié)構(gòu)尺寸，測(cè)試有余量后，再批量擠出。絕緣和護(hù)套輻照時(shí)，熱延伸控制在30%～50%范圍。

（3）屏蔽隔離層

屏蔽層內(nèi)外設(shè)置重疊繞包隔離層，搭蓋率不小于50%。隔離層采用黏性高溫聚酰亞胺帶或電氣絕緣級(jí)耐高溫聚酯帶。

分別選取典型型號(hào)規(guī)格為JKEPJ/SC-H 2×0.75mm2和JHYJP85/SC-H 24×2×0.6mm2的控制電纜和儀表電纜作為試驗(yàn)樣品，并根據(jù)試驗(yàn)需要分別取同一電纜的不同長(zhǎng)度，記為1#、2#樣件。

常規(guī)性能按照GJB 1916—1994《艦船用低煙電纜和軟線通用規(guī)范》和GJB 774A—2020《艦船用電線電纜通用規(guī)范》規(guī)定的方法執(zhí)行，海洋環(huán)境適應(yīng)性能測(cè)試按照 GJB 774A—2020和GJB 150A—2009《軍用裝備實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)方法》規(guī)定的方法執(zhí)行，核相關(guān)功能驗(yàn)證試驗(yàn)按照GB/T 22577—2008規(guī)定的方法執(zhí)行。1#、2#試樣具體的試驗(yàn)流程見圖3。

圖3 產(chǎn)品試驗(yàn)流程圖

（1）常規(guī)性能

本工作對(duì)2#試樣進(jìn)行船用核級(jí)電纜常規(guī)性能試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 船用核級(jí)電纜常規(guī)性能測(cè)試結(jié)果

（2）海洋和船舶環(huán)境適應(yīng)性能

為了響應(yīng)船舶“三防”預(yù)案，更好地應(yīng)對(duì)船舶油污、海洋強(qiáng)日光、拉敷摩擦的影響，對(duì)2#試樣進(jìn)行海洋和船舶環(huán)境適應(yīng)性能試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 船用核級(jí)電纜海洋和船舶環(huán)境適應(yīng)性能測(cè)試結(jié)果

（3）核安全功能性能

為響應(yīng)核環(huán)境下船舶壽命周期中熱、輻射、發(fā)生事故時(shí)的應(yīng)用功能，對(duì)1#試樣進(jìn)行了核安全功能性能驗(yàn)證試驗(yàn)，測(cè)試結(jié)果見表4。

表4 船用核級(jí)電纜核安全功能性能測(cè)試結(jié)果

由表2、表3和表4的測(cè)試結(jié)果可知，試制生產(chǎn)的產(chǎn)品試驗(yàn)均符合技術(shù)要求，達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品同時(shí)兼具海洋特殊環(huán)境和核工況的適應(yīng)性，且滿足相應(yīng)的關(guān)鍵技術(shù)性能和功能要求。

實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)雖然符合設(shè)計(jì)要求，但相關(guān)產(chǎn)品仍具有可優(yōu)化的空間，比如如何在保證電纜單位長(zhǎng)度的外徑質(zhì)量基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)分屏蔽隔離層更加密實(shí)，屏蔽間絕緣電阻更加優(yōu)異。