ICS F 83 NB 备案号：57422—2017 中华人民共和国能源行业标准 NB/T 20421.22017 核电厂安全重要电缆状态监测方法 第2部分：压痕模量 The condition monitoring methods of cable important to safety in nuclear power plantsPart 2:Indenter modulus 2017-07-01实施 2017-02-10发布 发布 国家能源局 NB/T20421.2——2017 目次 II 前言 1 范围 2 术语和定义 3 缩略语 4 基本原理 适用性、重现性及复杂性的要求 5 5.1 概述 5.2 适用性 2 5.3 重现性 5.4 复杂性 2 6测量程序 6.1 聚合物材料性能的稳定 6.2 取样和测量位置 6.3 测量的条件 6.4 仪器 6.5 校准和偏差 6.6 测量点的选取 6.7压针移动速度及最大力值的选取 6.8夹具 6.9 压痕模量值的计算 报告 5 6.10 附录A（资料性附录） 影响压痕模量值变化的因素 6 实验室压痕模量测量报告示例 10 附录B（资料性附录） 11 参考文献 NB/T20421.2—2017 前言 NB/T20421《核电厂安全重要电缆状态监测方法》分为5个部分： 一第1部分：总则； -第2部分：压痕模量； 第3部分：断裂伸长率； 第4部分：氧化诱导技术； 第5部分：光时域反射。 本部分为NB/T20421的第2部分。 本部分按照GB/T1.1—2009给出的规则起草。 本部分由能源行业核电标准化技术委员会提出。 本部分由核工业标准化研究所归口。 本部分起草单位：中广核核电运营有限公司，苏州热工研究院有限公司，中国核电工程有限公司， 核动力运行研究所，上海核工程研究设计院。 本部分主要起草人：周凌波、孙强、刘志强、刘斌、高超、朱斌、袁炜、张益舟、赵鹏宇、陈磊。 II NB/T20421.2—2017 核电厂安全重要电缆状态监测方法第2部分：压痕模量 范围 NB/T20421的本部分规定了采用压痕模量对核电厂安全重要电缆进行状态监测的要求，包括试样选 择、测量系统、测量条件以及测量结果报告。 本部分适用于有机或聚合物材料结构的核电厂安全重要电缆，也适用于含有机或聚合材料的其他设 备。 2术语和定义 下列术语和定义适用于本文件。 2. 1 压痕模量indentermodulus（IM） 所施加外力的变化量与标准形状压针（压头）在材料中的位移（压痕深度）之比。 注：“模量”道常指材料的弹性模量，其定义为材料在受力状态下，应力和应变之比，其单位为N/m²（Pa）。然而， 在压头的实际应用中，压痕模量通常用以述对材料施加的应力变化量和材料变形之比，其单位为N/mm。 3缩略语 下列缩略语适用于本文件。 CSPE：氯磺化聚乙烯（ChlorosulphonatedPolyethylene） DBE：设计基准事件（DesignBasisEvent） EPDM：三元乙丙橡胶（EthylenePropyleneDieneMonomer） SiR：硅橡胶（SiliconeRubber） XLPE：交联聚乙烯（CrosshinkedPolyethylene） 4基本原理 典型压痕模量仪通常带有恒定速率压入材料的压针和连接压针的测力装置。压针以恒定速率压入材 料，而测力装置则测量保持恒定速率所需力的大小。压针的位移通过一个匹配的传感器测量。位移和力 的大小应限制在一个合理范围内，以保证材料在过程中不受到永久性伤害。 5适用性、重现性及复杂性的要求 5.1概述 NB/T20421.2—2017 当有机或聚合材料老化时，材料通常会硬化，从而导致压痕模量增大。但有些材料，如某些配方的 丁基橡胶，在热老化或辐照老化期间会软化。监测压痕模量变化的目的是用来评估材料因老化而导致的 性能降质速度和程度。 5.2适用性 压痕模量测量在电缆的护套或绝缘上进行。在测量时应根据试样的儿何形状选取对应的夹具。 压痕模量测量方法仅适用于由老化所产生的硬度变化为单调性的材料。 压痕模量测量时应尽量采取不破坏电缆整体性的方式进行。然而，现场设备的压痕模量测量过程中 允许压针或为取得合适测量点的处理所造成的损伤，损伤须在控制范围内。 现场对电缆的压痕模量测量通常只能在护套材料上进行。若已知护套材料的老化与绝缘材料老化之 间的关系，则可通过测量护套的压痕模量变化来评价电缆绝缘的老化状况，前提是护套材料与绝缘材料 之间老化关系是验证有效的，且在电缆寿命内具有足够灵敏度，从而保证对电缆的状态监测是有效的。 5.3重现性 压痕模量受很多因素影响，主要包括试样的尺寸和结构，试样的温度和水分含量，试样稳定性以及 试样的维护情况。如果在外部振动的环境下进行测量，测量值也会受到影响。在电缆上的测量容易受到 试样尺寸和结构的影响，如测量点可能恰好位于下方存在间隙的护套表面处。典型的电缆截面明显不同 于一个理想软管模型，测量点位置的不同会导致压痕模量测量值有差异。沿长度方向不同部位测量值有 差异，测量中应在电缆上取多个点以补偿修正此局限性。附录A.1说明了试样尺寸和结构的不同导致测 量结果有差异。 注：对设备结构的了解对于测量点的选择非常重要。在松散结构的电缆测量过程中，测量结果通常较为分散，此时 测量点应选在护套紧贴导体的位置，而应避开护套下方有间隙的位置。 5.4复杂性 现场压痕模量测量的复杂程度通常取决于电缆是否便于接触。现有仪器一般用于现场方便接触的电 缆，在此情况下，短时即可完成大量位置点的测量并可通过仪器设置直接生成并储存大量测量数据。对 于具有较复杂儿何结构和难以接触的电缆，此时测量可能需要开发特殊的固定夹具。重复的压痕模量 测量工作应使用相同的夹具。 6测量程序 6.1聚合物材料性能的稳定 在状态监测或加速老化试验之前，新制造电缆的材料需要一段合适的时间来保证性能已达到稳定状 态，材料性能稳定所需时间一般取决于工艺助剂和聚合物成分，此段时间为材料性能的稳定周期。制造 商无法提供材料的稳定周期，则一般将稳定周期设定为6个月。 6.2取样和测量位置 从现场取样在实验室进行压痕模量测量和直接在现场进行压痕模量测量都只能表明特定位置电缆 的状态信息。采用现场测量时，对现场具有代表性区域运行环境的了解是选择现场测量点的前提条件， 因为在最接近热源、辐射源的部位热效应、辐照效应最为明显，因此测量点应考虑选择热源和辐射源附 近有显著老化影响的试样部位，测量中应记录试样测量部位的位置及该部位的历史运行环境信息。 2 NB/T20421.2—2017 取样和测量过程中应遵循现场安全指示，保证现场人身及设备安全。测量时或从现场移动试样时对 电缆的动作应尽可能小，如不应为测量或是移动试样而过分弯曲电缆。 6.3测量的条件 待测量的试样需进行表面清理。现场一般可通过干擦去除试样表面的灰尘杂质，以防压痕模量测量 仪器受到污染。在任何情况下都不得用溶剂进行表面清洁。 如附录A所示，压痕模量测量值会随试样温度和水分含量的变化而变化。 实验室中进行压痕模量测量时，如在加速热老化试验后，环境温度应控制在20℃+5℃，相对湿度 应控制在45%～75%。在测量开始前，试样需在实验室放置一段时间以使其与环境温湿度达到平衡。 注：对于吸湿性材料，其长期在老化箱的高温中进行加速热老化试验后，材料会变得极其干燥，此时压痕模量值会 明显高于在正常实验室环境中试样与环境温湿度达到平衡时测量的压痕模量值。在对吸湿性材料的状态监测 中，一般试样接受DBE测试之前会进行加速热老化试验，而压衰模量的最终测量值将作为其合格与否的重要判 据，因此对于吸湿性材料试样在进行压痕模量测量前使其与环境温湿度达到平衡就显得非常重要和必要。附录 A.3提供了具体处理这种情况的指导。 在现场测量时一般较难具备标准大气条件，应记录周围环境的温度和试样表面的温度。 注：附录A.2提供了在不同温度下测量的压痕模量值折算成标准温度（20℃）下压痕模量值的方法，测量报告应记 录测量值及20℃下的折算值。 6.4仪器 压痕模量仪的工作原理为，仪器压针被驱动以恒定速率压入待测材料时，与其连接的测力元件或类 似装置测量其所受到的力。压针应为截头钢锥的形状，几何尺寸见图1。压针的位移通过匹配的传感 器测量，根据力的变化来感知压针的项端与材料的接触程度。压针的总位移通常设置为1mm以内，以 避免材料发生永久变形，同时保证在该区间内力与位移的近似线性关系。测量过程中压针移动速度和 加载的力都应较小，避免压针对材料造成永久性影响，具体选择见6.7。 注：尽管总位移受到限制，但部分材料力与位移之间的关系仍然是明显非线性的。 35 截锥中=0./9mm 1压痕模量仪压针尺寸及形状的示意图 图1 典型的压痕模量仪是一个手持式圆柱型仪器。采用合适的夹紧装置能够安全地固定电缆或电线，以 便压针可以均匀地分别压入护套或绝缘。压针在仪器内连接着一个灵敏的测力元件。一台伺服控制电机 配合相应齿轮减速箱提供驱动压针向试样移动的动力，压针的位置通过传感器测量。温度传感器安装在 夹紧装置附近。电机的功率、伺服控制、测力元件、变送器和温度传感器的输出均由电线反馈至单独的 控制器。该控制器可以直接连接到计算机或是其他可以实现计算机远程下载的现场数据储存设备。压针 速率、最大力值、位移等参数必须在测量前完成预先设置。压痕模量仪的电缆夹具一般设计成可调节 的，以便允许使用千分尺及适当的力和压针位移来实现仪器校准功能。 3