Testování v LOCA komoře (Lost of Coolant Accident)
V běžné jaderné elektrárně jsou provozovány stovky kilometrů elektrické kabeláže. A každý z těchto kabelů musí být schopen splnit svou funkci při neočekávané situaci, a to i po dlouhé době služby v provozu. Správně odhadnout, kdy bude ještě kabel bezpečně fungovat a na kdy naplánovat jeho výměnu, to je oříšek, který řeší všichni provozovatelé elektráren. Program řízení životnosti kabelů je unikátní a kriticky důležitý nejen pro bezpečnost a spolehlivost elektráren, ale také pro prodlužování jejich provozu. V Česku máme velmi propracovaný systém řízení životnosti kabelů a v ÚJV Řež máme unikátní know-how a zařízení, díky kterým tento systém spolehlivě funguje pro Dukovany i Temelín už přes 25 let. A ví se to o nás, jsme žádaným mezinárodním dodavatelem pro kvalifikaci kabelů i poptávaným partnerem v projektech z oblasti řízení jejich životnosti.
Do elektrárny smí pouze kvalifikované kabely
Zapojení kabelu konkrétního typu do jaderné elektrárny předchází složitý proces jeho kvalifikace. Kvalifikace zařízení na provoz v prostředí jaderných elektráren, včetně kabelů, zajišťuje pro světové výrobce naše divize Integrita a technický inženýring. Při kvalifikaci kabelu se musí potvrdit, že jeho bezpečnostní funkce bude zachována i v případě, kdy dojde k havárii po dlouhé době zapojení zařízení do provozu. Jako první se proto u nového vzorku materiálu simuluje délka služby, pro kterou je určen – tzv. stárnutí. U nás v Řeži modelujeme dlouhodobé radiační a tepelné stárnutí. Tyto procesy, byť zrychlené, trvají měsíce až roky. Výsledkem je kabel, jehož stav odpovídá požadované době (a umístění) v elektrárně. Teď přichází na řadu hlavní testy — obstojí kabel, bude po definovanou dobu fungovat při nestandardních situacích, typicky při havárii parogenerátoru nebo dokonce při těžké havárii? Podmínky vysokého tlaku, teploty a páry umíme navodit v tzv. LOCA komoře (Loss of Coolant Accident) – tyto „papiňáky“ máme v Řeži dva. Kabel, který už prošel veškerou potřebnou „torturou“ nakonec čeká poslední chvíle pravdy – ověří se, že stále plní požadovanou bezpečnostní funkci. Zároveň musí kabel zůstat dostatečně flexibilní, aby vydržel pohyby při možné havárii či při zemětřesení. To se hodnotí destruktivní metodou tažnosti, při které je padesátiprocentní tažnost považována za kritickou hranici. Nejlepším indikátorem stavu a výdrže kabelu tedy je, že vydrží natažení o více než 50 % — a nepraskne.
Unikátní spolupráce s českými elektrárnami, validovaný model řízení životnosti kabelů
V Česku začal program řízení životnosti bezpečnostně významných kabelů již v 90. letech. Jeho hlavní součástí je unikátní model výpočtu životnosti kabelů, pomocí kterého dokážeme s velkou přesností predikovat životnost kabelů ve všech prostorách jaderných elektráren. Náš model má i důležitou validaci ze strany Státního úřadu pro jadernou bezpečnost. Systém, který je v současné době jedním z mála takto propracovaných na světě, je založen na úzké spolupráci s elektrárnami, které pro naše specialisty drží depozity různých použitých kabelů. My v Řeži je pak, společně s dalšími kabely získanými z provozu jaderných elektráren, využíváme pro testování a zpřesňování modelu stárnutí. Celosvětového uznání se dočkal náš přístup v roce 2016, kdy jsme v USA převzali mezinárodní cenu EPRI Technology Transwer Award za implementaci programu řízení životnosti kabelů.
Lze kabely testovat i elektricky? Odpověď hledají dva projekty OFFERR
Naše zkušenosti v oblasti metodik řízení životnosti předáváme, naposledy například letos na jaře provozovatelům v Japonsku, ale vlastní mechanický model je naše „tajné“ know-how. Provozovatelé na celém světě se samozřejmě snaží najít další způsoby, jak ověřovat stav kabeláže ve svých elektrárnách. Kromě destruktivního testování kabelů odebraných z provozu jaderných elektráren, na kterém je založen náš přístup, existuje i řada jiných postupů. Jedním z nich je měření elektrických vlastností izolace kabelů. Jakkoliv je mechanické testování považováno za spolehlivější metodu, elektrický model by mohl predikovat stav zařízení i bez fyzického odběru vzorků.
OFFER I — NIPES
Model, založený na výzkumu trendů chování základních materiálů izolační polymerové vrstvy vyvíjí s naší podporou výzkumníci z UNIBO (University of Bologna) v rámci dvou mezinárodních projektů na platformě OFFERR (eurOpean platForm For accEssing nucleaR R&d facilities). První projekt (NIPES) se zaměřil na zkoumání simultánního vlivu záření a tepla na typické polymerní materiály používané na jaderných elektrárnách — XLPE (zesíťovaný polyethylen), PVC (polyvinylchlorid) a EPDM (monomer ethylen-propylen-dien). V ÚJV Řež jsme navrhli a připravili sady vzorků těchto materiálů a zestárli je za podmínek, které odpovídají podmínkám na elektrárně. Takto připravené sady jsme pak podrobili testování mechanických vlastností, partneři z UNIBO souběžně měřili elektrické vlastnosti materiálů. Porovnání výsledků umožnilo definovat teoretický model s indikátory, které by ze stavu izolací mohly odvodit stav kabelu – a to případně i přímo v provozu.
OFFER II
Ověřit a upřesnit elektrický model, navržený v NIPES, si klade za cíl druhý, dlouhodobější projekt — Development of electrical NDT for NPP low-voltage PVC insulated cables, který vede francouzský provozovatel jaderných elektráren, společnost EdF, a dále na něm pracuje i UNIBO a ÚJV Řež. Testují se zde pouze PVC izolace ve formě plochých vzorků, jejich výrobu zajistila Univerzita Zlín. ÚJV Řež opět stojí za návrhem a realizací metodik stárnutí. Výsledný stav materiálů izolací se bude testovat elektrickým modelem UNIBO a nově vyvíjeným modelem EdF, založeném na měření charakteristik kabelů z mikrovzorků. Výsledky z nových modelů pomůžeme porovnat i se skutečnými kabely z našich depozitů, jejichž stav známe.
Komerční zákazníci přibývají
Oddělení Radiační chemie a kvalifikace na prostředí ÚJV Řež je mezinárodně uznávanou kapacitou, účast na VaV projektech je jen doplňkem k široké škále komerčních služeb, za kterými se k nám vrací významní zákazníci. Už přes deset let například zajišťujeme kvalifikace všech typů kabelů, včetně optických, pro předního švédského výrobce Habia Cable. Spolu s rostoucími požadavky na jadernou bezpečnost ověřujeme stále více typů zařízení i pro hraniční situace v elektrárnách – pro další provozovatele například testujeme stav snímačů polohy a jejich odolnost na zemětřesení a těžkou havárii, naše výsledky akceptuje řada státních dozorových orgánů napříč Evropou.
Ing. Vít Plaček,
vedoucí oddělení Radiační chemie
a kvalifikace na prostředí ÚJV Řež
