Радиационная стойкость кабелей внутренней прокладки общепромышленного применения
Рассмотрено влияние радиационного излучения на электрическую емкость и тангенс угла диэлектрических потерь общепромышленных сетевых кабелей пятой категории. Установлено, что изменение емкости не превышает 10%. при дозе радиации до 30 Мрад. По tgδ критерий радиационной стойкости превышен при дозе выш...
Збережено в:
| Дата: | 2006 |
|---|---|
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут технічних проблем магнетизму НАН України
2006
|
| Назва видання: | Електротехніка і електромеханіка |
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/142721 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Радиационная стойкость кабелей внутренней прокладки общепромышленного применения / А.В. Беспрозванных, Б.Г. Набока, Е.В. Морозова // Електротехніка і електромеханіка. — 2006. — № 3. — С. 82-86. — Бібліогр.: 18 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-142721 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1427212018-10-15T01:23:24Z Радиационная стойкость кабелей внутренней прокладки общепромышленного применения Беспрозванных, А.В. Набока, Б.Г. Морозова, Е.В. Техніка сильних електричних та магнітних полів Рассмотрено влияние радиационного излучения на электрическую емкость и тангенс угла диэлектрических потерь общепромышленных сетевых кабелей пятой категории. Установлено, что изменение емкости не превышает 10%. при дозе радиации до 30 Мрад. По tgδ критерий радиационной стойкости превышен при дозе выше 10 Мрад. Кабели общепромышленного применения с не радиационно-модифицированной полиэтиленовой изоляцией и поливинилхлоридной защитной оболочкой могут работать при дозах радиации до 10 Мрад. Розглянуто вплив випромінюючої радіації на електричну емність та кут діелектричних втрат загальнопромислових неекранованих мережевих кабелів п’ятої категорії .Встановлено, що зміна емності не перевищує 10% при дозі радіації до 30 Мрад. Критерій радіаційої стійкості з tgδ не витримується, починаючи з дози вище 10 Мрад. Кабелі з не радіаційно-модіфікованою поліетилеовою ізоляціею та полівінілхлорідною захисною оболонкою можуть працювати при дозах радіації до 10 Мрад. Influence of radiation on electric capacity and dielectric loss tangent of commercial network unshielded cables of the fifth category is considered. It is revealed that change of capacity does not exceed 10 % up to the radiation doze of 30 Mrad. As for tgδ, the radiation resistance criterion increases at the doze higher than 10 Mrad. Commercial cables with polyvinylchloride shielding and without radiation-modified polyethylene insulation can be applied at radiation doses under 10 Mrad. As an attribute of critical cable operation condition, sign inversion of electric capacity can serve. 2006 Article Радиационная стойкость кабелей внутренней прокладки общепромышленного применения / А.В. Беспрозванных, Б.Г. Набока, Е.В. Морозова // Електротехніка і електромеханіка. — 2006. — № 3. — С. 82-86. — Бібліогр.: 18 назв. — рос. 2074-272X http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/142721 621.314 ru Електротехніка і електромеханіка Інститут технічних проблем магнетизму НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Техніка сильних електричних та магнітних полів Техніка сильних електричних та магнітних полів |
| spellingShingle |
Техніка сильних електричних та магнітних полів Техніка сильних електричних та магнітних полів Беспрозванных, А.В. Набока, Б.Г. Морозова, Е.В. Радиационная стойкость кабелей внутренней прокладки общепромышленного применения Електротехніка і електромеханіка |
| description |
Рассмотрено влияние радиационного излучения на электрическую емкость и тангенс угла диэлектрических потерь общепромышленных сетевых кабелей пятой категории. Установлено, что изменение емкости не превышает 10%. при дозе радиации до 30 Мрад. По tgδ критерий радиационной стойкости превышен при дозе выше 10 Мрад. Кабели общепромышленного применения с не радиационно-модифицированной полиэтиленовой изоляцией и поливинилхлоридной защитной оболочкой могут работать при дозах радиации до 10 Мрад. |
| format |
Article |
| author |
Беспрозванных, А.В. Набока, Б.Г. Морозова, Е.В. |
| author_facet |
Беспрозванных, А.В. Набока, Б.Г. Морозова, Е.В. |
| author_sort |
Беспрозванных, А.В. |
| title |
Радиационная стойкость кабелей внутренней прокладки общепромышленного применения |
| title_short |
Радиационная стойкость кабелей внутренней прокладки общепромышленного применения |
| title_full |
Радиационная стойкость кабелей внутренней прокладки общепромышленного применения |
| title_fullStr |
Радиационная стойкость кабелей внутренней прокладки общепромышленного применения |
| title_full_unstemmed |
Радиационная стойкость кабелей внутренней прокладки общепромышленного применения |
| title_sort |
радиационная стойкость кабелей внутренней прокладки общепромышленного применения |
| publisher |
Інститут технічних проблем магнетизму НАН України |
| publishDate |
2006 |
| topic_facet |
Техніка сильних електричних та магнітних полів |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/142721 |
| citation_txt |
Радиационная стойкость кабелей внутренней прокладки общепромышленного применения / А.В. Беспрозванных, Б.Г. Набока, Е.В. Морозова // Електротехніка і електромеханіка. — 2006. — № 3. — С. 82-86. — Бібліогр.: 18 назв. — рос. |
| series |
Електротехніка і електромеханіка |
| work_keys_str_mv |
AT besprozvannyhav radiacionnaâstojkostʹkabelejvnutrennejprokladkiobŝepromyšlennogoprimeneniâ AT nabokabg radiacionnaâstojkostʹkabelejvnutrennejprokladkiobŝepromyšlennogoprimeneniâ AT morozovaev radiacionnaâstojkostʹkabelejvnutrennejprokladkiobŝepromyšlennogoprimeneniâ |
| first_indexed |
2025-07-10T15:36:43Z |
| last_indexed |
2025-07-10T15:36:43Z |
| _version_ |
1837274818123137024 |
| fulltext |
82 Електротехніка і Електромеханіка. 2006. №3
УДК 621.314
РАДИАЦИОННАЯ СТОЙКОСТЬ КАБЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕЙ ПРОКЛАДКИ
ОБЩЕПРОМЫШЛЕННОГО ПРИМЕНЕНИЯ
Беспрозванных А.В., доц., к.т.н.
Национальный технический университет "Харьковский политехнический институт"
Украина, 61002, Харьков, ул. Фрунзе,21 кафедра "Электроизоляционная и кабельная техника"
тел. (057) 70-76-010, e-mail: bezprozvannych@kpi.kharkov.ua
Набока Б.Г., проф., д.т.н.
Национальный технический университет "Харьковский политехнический институт"
Украина, 61002, Харьков, ул. Фрунзе,21 кафедра "Электроизоляционная и кабельная техника"
тел. (057) 70-76-010, e-mail: naboka @kpi.kharkov.ua
Морозова Е.В.,
ОАО "Одескабель"
Украина, 65013, Одесса, ул.Николаевская, 164, e-mail: morozova@Odescable.com.ua
Розглянуто вплив випромінюючої радіації на електричну емність та кут діелектричних втрат загальнопромислових
неекранованих мережевих кабелів п’ятої категорії .Встановлено, що зміна емності не перевищує 10% при дозі радіації
до 30 Мрад. Критерій радіаційої стійкості з tgδ не витримується, починаючи з дози вище 10 Мрад. Кабелі з не радіа-
ційно-модіфікованою поліетилеовою ізоляціею та полівінілхлорідною захисною оболонкою можуть працювати при
дозах радіації до 10 Мрад.
Рассмотрено влияние радиационного излучения на электрическую емкость и тангенс угла диэлектрических потерь
общепромышленных сетевых кабелей пятой категории. Установлено, что изменение емкости не превышает 10%.
при дозе радиации до 30 Мрад. По tgδ критерий радиационной стойкости превышен при дозе выше 10 Мрад. Кабели
общепромышленного применения с не радиационно-модифицированной полиэтиленовой изоляцией и поливинилхло-
ридной защитной оболочкой могут работать при дозах радиации до 10 Мрад.
ВВЕДЕНИЕ
Основными факторами, характеризующими усло-
вия эксплуатации кабелей и проводов на атомных
электрических станциях (АЭС), являются потоки излу-
чений высокой энергии и повышенные температуры.
Они имеют максимальные значения в пределах актив-
ной зоны реактора и в непосредственной близости от
нее. За пределами радиационной защиты реактора из-
лучение приближается к фоновому, а температура - к
температуре окружающей среды. При нормальных ус-
ловиях эксплуатации излучение, воздействующее на
кабели гермозоны, обусловлено нейтронным и
γ −излучением. Мощность дозы излучения сильно из-
меняется в зависимости от конкретного расположения
кабелей в реакторе или вблизи него. Обычно мощность
дозы составляет 28 - 280 мкГр/с, т.е. 10 - 100 рад/ч. При
средней мощности поглощенной дозы 140 мкГр/с (50
рад/ч) поглощенная доза за весь срок службы 40 лет
достигает около 0,2⋅МГр (20 Мрад). Для нормальных
условий эксплуатации характерны температура окру-
жающей среды приблизительно 50°С и относительная
влажность около 90%.
В процессе эксплуатации на АЭС не исключены
аварии различной степени тяжести, которые могут
приводить к повреждению оболочек одного или не-
скольких твэлов, а также к нарушению герметичности
первого контура реактора. При этом возникает утечка
теплоносителя, содержащего радиактивные продукты,
в помещения под защитной оболочкой ядерного реак-
тора. Радиационные условия в аварийной ситуации
будут определяться главным образом γ - и β - излуче-
ниями, испускаемыми при радиоактивном распаде
продуктов деления. Мощность поглощенной дозы при
этом будет изменяться во времени. В течение не-
скольких секунд после аварии мощность поглощен-
ной дозы достигает максимального значения - около
2,8 кГр/с (10 Мрад/ч), а затем наблюдается постепен-
ный спад на протяжении около 1 года. В течение все-
го этого времени аварийное оборудование должно
непрерывно функционировать. Поглощенная доза за
этот период может достигнуть значения 5 МГр (500
Мрад). Аварийные условия характеризуются наличи-
ем пара под высоким давлением и при высокой тем-
пературе и непрерывным разбрызгиванием дезакти-
вирующих растворов [1 - 5].
Кабели, специально предназначенные для рабо-
ты в помещениях первого контура АЭС, имеют срок
службы до 40 лет, радиационную стойкость к погло-
щенной дозе 0,5 - 1,5 МГр (50 - 150 Мрад) и действию
дезактивирующих растворов, соответствуют требова-
ниям по нераспространению горения и стойкости к
действию пламени. Так, в системах внутреннего кон-
троля за температурой и энерговыделением в актив-
ной зоне реакторов ВВЭР- 440 и ВВЭР - 1000 приме-
няются измерительные кабели КПЭТИ с изоляцией и
оболочками из термостабилизированного радиацион-
но-модифицированного полиэтилена [6].
Цель статьи - анализ радиационной стойкости се-
тевых неэкранированных кабелей локальных вычисли-
тельных сетей с полиэтиленовой изоляцией и поливи-
нилхлоридной защитной оболочкой.
КРИТЕРИИ РАДИАЦИОННОЙ СТОЙКОСТИ
Работоспособность кабелей и проводов в усло-
виях воздействия радиации определяется в основном
свойствами применяемых в них электроизоляционных
материалов (рис. 1) [7]. Под радиационной стойкостью
материалов понимают способность сохранять физико-
механические и электрические свойства на заданном
уровне, который обеспечивает нормальную эксплуа-
тацию кабеля (табл. 1) [8].
Оценку радиационной стойкости кабелей и про-
водов проводят путем их облучения с использованием
гамма-источника при мощности поглощенной дозы до
Електротехніка і Електромеханіка. 2006. №3 83
2,7 Гр/с (45 рад/мин) и температуре 273 - 293 К на
воздухе (табл. 2). Для имитации фонового излучения
окружающей среды мощность дозы облучения не
превышает 0,3 рад/мин.
1
10
100
1000
10000
1 2 3 4 5 6
Материал
Д
оз
а
ра
ди
ац
ии
, М
ра
д
Рис.1. Предельные значения разрушительных доз радиации
для полимерных материалов: 1 - полиимид; 2 - полиэтилен;
3 - поливинилхлорид; 4 - полипропилен; 5 - полиамид:
6 - кремнийорганическая резина
Таблица 1
Критерии радиационной стойкости полимерных материалов
по стандарту МЭК
Контролируемый
параметр
Изменение па-
раметра, %, по
отношению к
исходному
Разрушающее напряжение при
разрыве 25 или 50
Удлинение при разрыве:
жесткие материалы
эластомеры
гибкие пластики
2
50
50
Разрушающее напряжение при
изгибе
25 или 50
Ударная вязкость 25 или 50
Остаточная деформация при сжатии 25 или 50
ρv, ρs 10
Eпр 10 или 50
εr ±10
tgδ 25 или 50
Таблица 2
Промышленные высокоактивные (≥ 3,7 10 10 Бк 1) источники
гамма-излучения
Тип
источника
Радио-
нуклид
Активность
источника
Габариты
(диаметр
×высота),
мм
ГИК-1 - 3 Кобальт-60 1,1 10 11 6х7
ГИК-2 - 5 Кобальт-60 3,1 10 11 6х7
ГИК-4 - 1 Кобальт-60 6,4 10 11 11х12
ГИК-5 - 3 Кобальт-60 6,3 10 12 11х16,5
ГИК- 6- 3 Кобальт-60 1,1 10 14 26х27
ГИК- 8 -4 Кобальт-60 1,9 10 14 23х22,5
ИГИ-Се-4-1 Селен - 75 7,8 10 10 12,5х12,5
ИГИ-Су-7 Сурьма-124 1,3 10 11 6,7х55
ИГИ-Це-3-1 Цезий-134 1,5 10 11 12х10
1 – Беккерель – единица активности радионуклида. 1Бк –
один распад в секунду
МЕХАНИЗМЫ СТАРЕНИЯ КАБЕЛЕЙ ПОД
ДЕЙСТВИЕМ РАДИАЦИИ
Под действием ионизирующего излучения проис-
ходит химическое и физическое старение полимерных
материалов изоляции и оболочки кабеля. Основными
механизмами химического старения является деление
макромолекулярных цепей и процесс возникновения
сшивок под действием реакции окисления. В процессе
деления создаются две новые цепи после разрыва од-
ной. Сшивка (возникновение перемычек) относится к
формированию ковалентных связей двух соседних
макромолекул. Это приводит к росту поперечной
плотности и формированию пространственной сетки.
Механизмами физического старения являются
испарение и миграция пластификатора. Этот меха-
низм старения в основном наблюдается у ПВХ-
материалов, в которых обычно большое количество
пластификатора (до 70%). Миграция пластификаторов
наблюдается до тех пор, пока не наступит равновесия
в перераспределении пластификатора в каждом слое.
ТЕСТОВЫЙ ОБЪЕКТ
Для оценки радиационной стойкости в качестве
тестового объекта выбран сетевой неэкранированный
кабель внутренней прокладки категории 5е. В таком
кабеле защитная оболочка находится в непосредст-
венном контакте с изоляцией 4-х пар проводников.
Изоляция токопроводящих жил кабеля выполнена на
основе полиэтилена низкой плотности. Для повыше-
ния стойкости к окислению под действием кислорода
воздуха в современные полиэтиленовые композиции
обязательно добавляют антиоксиданты.
Таблица 3
Характеристики радионуклидов
Радионуклид Период
полураспада
Вид и энергия
излучения, МэВ
(относительная ин-
тенсивность, %)
Кобальт – 60 (60Co ) 5,27 года E β =0,314 (99)
E γ =1,173(100)
E γ =1,332 (100)
Селен – 75 (75 Se ) 120 суток E β =0,265 (60)
E γ =0,136(57)
Сурьма – 124 (124Sb) 60,2 суток E β =2,31
E γ =0,603(97)
E γ =1,691(50)
Цезий – 134 (134Ce) 2,06 года E β =0,662(70)
E γ =0,796(99)
E γ =0,605(98)
Цезий – 137 (137Ce) 30 лет E β =1,176(5)
E γ =0,514(95)
E γ =0,662(85)
Три образца кабеля длиной по 5 м, взятые из од-
ной бухты, подверглись радиации. Первый образец
получил дозу в 10 Мрад, второй - 20 Мрад и третий -
30 Мрад. Перед облучением и после измерялись ем-
кость, тангенс угла диэлектрических потерь по схеме:
каждый проводник относительно всех остальных, со-
единенных вместе, на частотах 0,1; 1: 10 и 1000 кГц.
Такая схема измерения дает возможность контроли-
ровать tgδ изоляции проводника, свободного объема
между проводником и всеми остальными, защитной
оболочки, т.е. конструкции кабеля в целом [9 - 12].
После воздействия радиации выполнено тепловое
старение образцов кабелей при температуре 160°С в
течение 4 часов. До и после теплового старения про-
водилось измерение массы образцов.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗМЕРЕНИЙ
После облучения исчез блеск в окраске, как
электрической изоляции проводников, так и оболоч-
ки. На поверхности оболочки и изоляции появился
"отлип" – маслянистые низкомолекулярные продукты
разложения изоляции и оболочки. Характерные запа-
хи легколетучих фракций наиболее осязаемы для об-
разцов с дозой радиации 20 и 30 Мрад.
На рис. 2 - 4 приведены зависимости изменений
84 Електротехніка і Електромеханіка. 2006. №3
емкости и tgδ от дозы радиации относительно исход-
ного, необлученного, состояния и коэффициент кор-
реляции тангенса угла потерь между облученными и
не облученными кабелями. На рис. 5 представлены
C - tgδ диаграммы для четырех частот образцов кабе-
лей до (a), сразу после облучения (b) и со временем
(c): через 1 год (для 10 Мрад), 10 месяцев (20 Мрад) и
9 месяцев (30 Мрад) соответственно. Результаты теп-
лового старения, связанные с потерей массы облучен-
ных образцов кабелей, приведены на рис. 6.
Рис. 2. Изменение емкости сетевого неэкранированного
кабеля при облучении
Рис. 3. Изменение tgδ сетевого неэкранированного
кабеля при облучении
10 20 30
0
0,5
1
corr 1
0,1
10
Доза, Мрад
связанные процессы
слабо связанные
Рис. 4. Корреляция tgδ облученных образцов от дозы
радиации
АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ
Сравнение результатов изменения емкости, а
значит и диэлектрической проницаемости, показыва-
ет, что критерий радиационной стойкости (табл. 1) не
превышен для всех трех доз радиации (рис. 2). Мак-
симальные изменения емкости на частоте 0,1 кГц со-
ставляют 2,6; 2,2 и 8,4 % для 10, 20 и 30 Мрад соот-
ветственно.
а) доза 10 Мрад
б) доза 20 Мрад
в) доза 30 Мрад
Рис. 5. C - tgδ диаграммы образцов сетевого
неэкранированного кабеля при разных дозах радиации
-1,4
-1,2
-1
-0,8
-0,6
-0,4
-0,2
0
1 2 3 4
t, часы
Δ m /m ,
%
1
2
3
4
T = 160 0 C
1 - не облученный образец; 2 - облученный дозой 10 Мрад;
3 - облученный дозой 20 Мрад; 4 - облученный дозой 30 Мрад
Рис .6. Относительное изменение массы образцов сетевого
неэкранированного кабеля при тепловом старении
При дозе облучения до 10 Мрад наблюдается до-
полнительная сшивка полиэтиленовой изоляции, т.е.
образование поперечных межмолекулярных связей.
Происходит радиационное упрочнение материала. В
результате плотность возрастает. И, как следствие,
при тепловом старении уменьшение массы образца,
Електротехніка і Електромеханіка. 2006. №3 85
облученного до 10 Мрад, - наименьшее (рис. 6, кривая
2 и кривые 1, 3 и 4).
При дозе облучения в диапазоне 10 - 20 Мрад пре-
обладают процессы деструкции, как оболочки, так и
изоляции с образованием твердых и легколетучих низ-
комолекулярных фракций. Емкость (плотность, ди-
электрическая проницаемость) уменьшается (рис. 2).
При дозе облучения больше 20 Мрад начинается про-
цесс интенсивного разложения материала оболочки и
изоляции с дополнительной сшивкой ее структуры
(рис. 4). И, как результат, отмечается рост емкости.
При этом процесс деструкции может быть связан с
израсходованием антиоксиданта (рис. 6, кривая 4).
Признаком наступления критического состояния ста-
рения диэлектрика можно считать, очевидно, момент
изменения знака относительного приращения емкости
- с отрицательного на положительный (рис. 2).
Доза, Мрад
10 20 30
10
-1
10
0
10
1
1 2
3
tg δ 2 / tgδ 1 верхняя граница изменения tgδ
1 - год после облучения; 2 - 10 месяцев; 3 - 9 месяцев
Рис. 7. Релаксация tgδ облученного сетевого кабеля со
временем
В неэкранированных кабелях внешняя оболочка
находится в прямом контакте с изоляцией. При при-
менении защитной оболочки из пластифицированного
ПВХ наблюдается диффузия пластификатора из обо-
лочки в изоляцию на основе полиэтилена. Это один из
механизмов старения - перенос масс. Он не наблюда-
ется при наличии сплошного металлического экрана
между оболочкой и изоляцией. Наблюдаемая дегра-
дация не будет одинаковой при сравнении старения
изоляции на основе полиэтилена и оболочки из ПВХ
материалов отдельно, и образца кабеля в целом. Под
действием радиации пластификатор, а также продук-
ты разложения оболочки мигрируют в сердечник ка-
беля. Легколетучие фракции оказываются между про-
водниками, в свободном воздушном зазоре. Твердые
продукты разложения осаждаются на поверхности
проводников витых пар. Измеряемое значение тан-
генса угла диэлектрических потерь отображает как
саму твердую изоляцию и оболочку, так и свойства
свободного объема, заполняемого продуктами разло-
жения. На C - tgδ диаграммах проявляются три харак-
терных группы (рис. 5). Группе I соответствуют наи-
меньшие значения емкости и наибольшие значения
tgδ. Это результат измерений для проводников, кото-
рые не соприкасаются друг с другом в кабеле. Они в
наибольшей степени удалены друг от друга. Поэтому
воздушный зазор между ними - наибольший. Он за-
полняется низкомолекулярными продуктами разло-
жения оболочки и изоляции. Вторая группа (II) соот-
ветствует проводникам, которые частично соприка-
саются друг с другом по длине кабеля. Для третьей
группы (III), характерной для соприкасающихся про-
водников (собственно рабочих пар кабеля), значения
емкости наибольшие, а tgδ - наименьшие, т.к. мень-
ший объем свободного пространства, в котором осаж-
даются низкомолекулярные продукты радиационного
разложения. Оценка радиационной стойкости и воз-
можность работы сетевых кабелей в условиях радиа-
ции по tgδ должна производиться по значениям III - й
группы, т.е. для проводников, составляющих пары
кабеля. Со временем после облучения дрейф tgδ для
этой группы в сторону меньших значений - мини-
мальный. Для не соприкасающихся проводников
(группа I) - максимальный (рис. 5, b и c). В процессе
облучения дозой до 10 Мрад наблюдается незначи-
тельное превышение критерия. После нахождения
образца в лаборатории в течение года легколетучие
фракции улетучились, и изменение tgδ в пределах
нормы (рис. 4 и 7). При дозе 20 Мрад наблюдается
превышение верхней границы tgδ на 10% (рис. 3).
Причина - как легколетучие фракции (рис. 5б, 2 и 3),
так и начавшийся процесс образования крупных сег-
ментов (диполей) в изоляции под действием излуче-
ния и кислорода воздуха (рис. 4). Для последних ха-
рактерна дипольно-релаксационная поляризация, ко-
торая сильнее проявляется в низкочастотном диапа-
зоне. Резкое повышение tgδ после дозы 20 Мрад свя-
зано, очевидно, с израсходованием антиоксиданта.
Момент достижения этого состояния может считаться
пределом эксплуатации кабельного изделия. Интен-
сивная деструкция оболочки и изоляции приводит к
превышению критерия стойкости по tgδ на порядок
(500%) для частоты 0,1 кГц.
ОБОСНОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ РАБОТЫ
СЕТЕВЫХ КАБЕЛЕЙ В УСЛОВИЯХ РАДИАЦИИ
Емкость и коэффициент затухания сетевых кабе-
лей нормируются (рис. 8 и 9) [13 - 18]. Для них указы-
вается верхний предел. Запас по емкости составляет
8 - 10% . Поэтому при изменении емкости до 4%
(рис. 10) для образцов кабелей, облученных дозой до
30 Мрад, не будет превышено верхнее значение.
Коэффициент затухания сетевых кабелей катего-
рии 5е нормируется в диапазоне частот 1 - 100 МГц
[12 - 13] (рис. 9). Спектр цифровых сигналов в сети
Fast Ethernet, передаваемых по витым парам, сосредо-
точен в этом диапазоне частот. Затухание в высоко-
частотном рабочем диапазоне определяется потерями
как в проводниках пары (αм), так и в диэлектрике (αд):
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛ ⋅
δ⋅⋅ω
+⋅⋅=α+α=α CLtgCLCR /
2
/
2
69,8дм
Соотношение между составляющими меняется в
зависимости от частоты [15]. На частоте 1 МГц коэф-
фициент затухания в диэлектрике αд не превышает
3% от потерь в проводниках. При изменении емкости
потери растут как в проводниках, так и в изоляции.
Рост общих потерь при изменении только емкости
составляет 1,54% для дозы 10 Мрад, 1,3% для 20
Мрад и 2% для 30 Мрад. За счет роста tgδ под дейст-
вием радиации потери в диэлектрике увеличатся на 14
- 31%, 10 - 21%, 141 - 162% при дозах 10 Мрад, 20
Мрад и 30 Мрад соответственно. Для рабочих пар
необходимо ориентироваться на нижнюю границу
изменения tgδ (рис. 10). Таким образом, для всех трех
доз радиации общие потери не превысят верхние
нормируемые значения α на частоте 1 МГц.
86 Електротехніка і Електромеханіка. 2006. №3
С, пФ/м
44
46
48
50
52
54
56
1 2 3 4
N пары
Верхний предел значений С
Рис. 8. Типичные значения емкостей витых пар сетевого
кабеля категории 5е
10
0
10
1
10
2
10
30
5
10
15
20
25
f, МГц
дБ /100 м
α
запас
Рис. 9. Предельные значения коэффициента затухания
сетевого неэкранированного кабеля категории 5е
-0,5 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0
ΔC, %
-20
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
Δt
gδ
, %
20 Мрад
10 Мрад
30 Мрад
I II III Δ tgδ пар
Рис. 10. ΔC - Δtgδ диаграмма при разных дозах облучения
На частоте 100 МГц потери в диэлектрике воз-
растают и составляют до 30% от потерь в проводни-
ках. При тех же изменениях емкости и tgδ, что и для
частоты 1 МГц (ΔC = 1,54%, Δtgδ = 14%), в диапазоне
10 - 20 Мрад, общие потери возрастают на 7%. При
изменении tgδ на 25% - на 10%. Приращение потерь
составляет 1,5 - 3 дБ. Как правило, сетевые кабели
имеют запас по коэффициенту затухания в
(1,5 - 2 дБ) / 100м (рис. 9) [16 - 17]. Но этого запаса не
достаточно для качественной передачи сигнала на
расстояние 100 метров.
Для дозы свыше 20 Мрад потери превышают
нормируемые граничные значения на 35 - 40%, т.е. на
8 - 9 дБ.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Сетевые неэкранированные кабели способны
обеспечить передачу цифровых сигналов со скоро-
стью передачи 100 Мбит/с на расстояние 100 метров
при дозе до 10 Мрад. При более высоких поглощен-
ных дозах дальность передачи информации сокращае-
тся. При дозе до 20 Мрад передача возможна на расс-
тояние не более 85 метров. При дозе выше 20 Мрад -
на расстояние не более 60 метров.
ЛИТЕРАТУРА
[1] K.Anandakumaran, W.Seidl, P.V.Castaldo. Condition
Assessment of Cable Insulation Systems in Operating Nu-
clear Power Plants.// IEEE Trans. DEI, Vol.6, pp. 376-
384, 1999.
[2] IEC 216 Standard, Guide for the determination of thermal
endurance properties of electrical insulating materials. Part
1: General guidelines for aging procedures and evaluation
of test results; Part 2: Choice criteria; Part [3] Instruction
for calculating thermal endurance characteristics; Part 4:
Aging ovens; Part 5: Guidelines for application of thermal
endurance characteristics. Fourth issue. 1990 - 1994.
[4] Kirschvink Manfred, Beyer Gunter, Coenen Simon. Me-
chanical, electrical and fire propagation oh halogen free
DBE (LOCA) resistant cables for nuclear power plants.
[5] Дикерман Д.Н., Мещанов Г.И., Поляков А.А., Финкель
Э.Э. Кабели и провода для ядерных энергетических
установок. - М.:Энергоатомиздат, 1983. - 36 с.
[6] Боев М.А. Техническая диагностика низковольтной
полимерной изоляции.// Труды Международной науч-
но-технической конференции "Изоляция – 99".- Санкт-
Петербург, 1999. – С. 19-20.
[7] Nuclear and space radiation effects on materials //NASA
SP – 8053, June, 1970.
[8] Публикация 544 МЭК. Ч.1 – 4. Руководство по опре-
делению влияния ионизирующего излучения на элек-
троизоляционные материалы, 1977 – 1982.
[9] Набока Б.Г., Беспрозванных А.В., Гладченко В.Я.
Признак старения диэлектрика – близость характери-
стик изоляции соседних жил.// Труды Третьей Меж-
дународной конференции "Электрическая изоляция –
2002".- Санкт-Петербург, 2002. – С. 240-242.
[10] Набока Б.Г.,Беспрозванных А.В., Штангей А.С., Черт-
ков Г.Н., Крикунов В.В. Наблюдение процессов старе-
ния изоляции многожильных кабелей по корреляци-
онной связи электрических характеристик ее соседних
участков// Тез. докл. Междун. конф."Конструкционная
прочность материалов и ресурс оборудования АЭС".
(г.Киев, 2003 г.) – 4 с.
[11] Беспрозванных А.В., Морозова Е.В., Соколенко А.Н..
Влияние ионизирующего излучения на емкость и тан-
генс угла диэлектрических потерь сетевых кабелей //
Вестник НТУ "ХПИ". – Харьков: НТУ "ХПИ", 2003,
№9, Т.3. - С. 3-8.
[12] Беспрозванных А.В., Морозова Е.В., Соколенко А.Н..
Дрейф диэлектрических потерь радиационно-
состаренных сетевых кабелей //Вестник НТУ "ХПИ" -
Харьков: НТУ "ХПИ", 2004, №22, Т.3. - С. 3-6.
[13] International Standard ISO/IEC 11801 Information Tech-
nology – Generic Cabling for Customer Premises. – 1995.
– 104 p.
[14] TSB -36.Technical Systems Bulletin/ Additional Cable
Specifications for Unshielded Twisted Pair Cables.-5 p.
[15] Беспрозванных А.В., Игнатенко А.Г. Оптимизация
конструкции сетевых кабелей по коэффициенту зату-
хания в зоне допусков геометрических размеров пара-
метров передачи //Электротехника и электромеханика.
– 2004.-№2.-С .8-10.
[16] Беспрозванных А.В., Игнатенко А.Г. Влияние скрутки
сердечника на параметры передачи сетевых кабелей.//
Вестник НТУ "ХПИ". - Харьков, N7. - 2004. - С. 82-87.
[17] ОАО "Одескабель" ТУ У 31.3 – 05758730 – 020 -2002
(350).
[18] ОАО "Одескабель" ТУ У 31.3 – 05758730 – 020 -2001 –
новый.
Поступила 2.12.05
|