Hybridní kabely otevírají nové možnosti v jaderné energetice

• Foto

Hybridní kabely představují kombinaci různých typů kabelů pod jedním pláštěm a vznikají přímo na míru dané aplikaci. Z dnes používaných aplikací můžeme jmenovat zabezpečení objektů pomocí kamer, kdy pod jedním pláštěm vede silový kabel napájející kameru, slaboproudý kabel pro její ovládání a koaxiální kabel pro přenos videosignálu.

Další aplikací jsou kabely ke kamerám pro diagnostiku těžko přístupných kanalizačních potrubí nebo k robotům, kteří opravují odhalené poruchy. Důležitou součástí těchto kabelů je sklolaminátový prut, který se velmi těžko ohýbá a díky tomu umožňuje zavádění zařízení do potrubí, aniž by se lámal nebo kroutil do smyček. Kolem prutu jsou potom navinuty napájecí, ovládací a přenosové kabely podobně, jako u zmíněných bezpečnostních kamer.

SENZORICKÉ KABELY

Nový potenciál přináší kombinace klasických vodičů se speciálními optickými kabely, které umožňují snímat například teplotu a tlak. Uplatnění by mohly najít například v tunelových stavbách, kde by měřily rozložení teplot v celé délce, nebo v oblasti sledování intenzity silniční dopravy. V tomto případě by kabel byl pod vozovkou a snímáním změn tlaku vyvolávaných projíždějícími automobily by analyzoval vytíženost silnice nebo vznikající zácpy.

Zkušenosti s měřením teploty ve vrtech pro geotermální aplikace pomocí optických kabelů se v současnosti přenášejí do Třineckých železáren, kde vzniká unikátní technologie pro měření teplot při kontinuálním lití oceli. Další potenciál představuje stavebnictví, kde by optické kabely umožnily analyzovat teplotní průběh zrání betonu, čímž by bylo zajištěno dosažení optimálních vlastností betonu v náročných aplikacích, jakými jsou výškové budovy a mosty.

HYBRIDNÍ KABELY V JÁDŘE

V jaderné energetice se nabízí uplatnění pro měření teplot podél určitého úseku, například kabelové trasy nebo kabelové průchodky, přičemž by tento hybridní kabel měl důležitý vliv na jadernou bezpečnost.

Ve středu jaderné elektrárny se nachází hermetické prostory, v nichž je umístěn reaktor a další zařízení primárního okruhu. Stěny těchto prostor zajišťují izolaci okolního prostředí jak tepelně, tak tlakově, ale navíc stíní eventuální unikající neutrony. Důležitou funkcí je zachycení kontaminované chladicí vody, pokud by došlo k netěsnosti primárního okruhu. Tyto funkce musejí hermetické prostory plnit i při velmi vážné havárii, kdy by například došlo k roztržení primárního potrubí a tím pádem k prudkému nárůstu teploty a tlaku.

Jedním ze slabých míst je průchod kabelů stěnou hermetických prostor, a proto jsou používány hermetické kabelové průchodky, které zajišťují hermetičnost vůči teplotě, tlaku i neutronům. V České republice vyrábí hermetické kabelové průchodky pro jaderné elektrárny společnost Kabelovna Kabex a v rámci jejich vývoje také zavádí inovativní prvky do jejich konstrukce. Jedním z vyvíjených produktů je i typ průchodky se senzorickým kabelem, který měří teplotní rozložení uvnitř průchodky, a umožňuje tak analyzovat teplotní stárnutí.

ROSTOUCÍ POŽADAVKY NA JADERNOU BEZPEČNOST

V současnosti používají české jaderné elektrárny hermetické kabelové průchodky se 40letou životností, ale Kabelovna Kabex má za sebou dodávku průchodek typu HKP-2010 pro 1. blok jaderné elektrárny Novovoroněžská 2 s 60letou životností. Tato elektrárna, kterou staví ruská korporace pro atomovou energii Rosatom, má reaktory VVER-1200 patřící ke generaci III+. Toto označení si vysloužily díky tomu, že překonávají technické a bezpečnostní parametry stávajících jaderných elektráren. V tomto případě jde navíc o světově první reaktor této generace, který byl uveden do komerčního provozu.

K charakteristice této generace patří, kromě vyšší účinnosti, lepšího využití jaderného paliva a delší životnosti, také přísné požadavky na bezpečnost a havarijní připravenost. Posun požadavků na elektrárnu jako celek se pochopitelně přímo přenáší i na jednotlivé komponenty.

Aby mohl výrobce garantovat, že průchodka bude mít životnost několik desítek let, musí provést řadu kvalifikačních zkoušek a pravidelně kontrolovat stav namontovaných kusů. Měřením tlaku uvnitř průchodky je možné detekovat případnou netěsnost, ale pro personál elektrárny by bylo výhodnější preventivně odhalovat potenciální problémy. Pokud by znali teplotní rozložení uvnitř průchodky, mohli by předpovědět její selhání a vyměnit ji ještě před tím, než k němu dojde. Bezpečnost jaderných elektráren by se tak díky hybridním kabelům posunula o kus dále.

PROBÍHAJÍCÍ VÝZKUM

Výzkum hybridních senzorických kabelů provádí Vysoká škola báňská za podpory Kabelovny Kabex a dalších společností jako například SQS Vláknová optika díky grantu Technologické agentury České republiky. Projekt byl vypsán v rámci programu Alfa na podporu aplikovaného výzkumu a experimentálního vývoje a probíhal v letech 2013 až 2016. Zaměřil se na zkoumání bezpečnostních problémů optických vláken a kabelů vzhledem k použití v silové energetice a v energovodech.

Díky tomuto projektu vzniká nový typ silového vodiče opatřeného monitorovacím optickým vláknem, které měří teplotní změny uvnitř vodiče a určuje jejich polohu. Monitorování provozních podmínek energovodů umožňuje určovat místa poruch daná netěsnostmi a provozními anomáliemi, což vede ke zvýšení účinnosti přenosu, a také umožňuje předcházet poruchám.

Součástí projektu byl také výzkum urychleného stárnutí prvků sítí s optickými vlákny, ke kterému dochází vlivem velkých optických výkonů. Tento efekt je v současnosti velmi málo prozkoumán, ale v poslední době nabývá na významu a jeho vliv na optické sítě bude sílit. V budoucnu bude nutné najít mechanismy pro jeho omezení, které budou rozhodovat o životnosti těchto sítí.

S přihlédnutím k potenciálnímu použití v jaderné energetice se část projektu věnovala také stárnutí plášťových materiálů a vnitřních kabelových struktur vlivem radiační zátěže a vysokých teplot. Výsledkem je specifikace mezních podmínek pro práci optických vláken a silových kabelů a vývoj měřicích sestav pro jejich monitorování.

Výsledkem tohoto výzkumu a vývoje je příprava referenční zakázky na inovativní kabelovou průchodku, kterou nyní připravuje Kabelovna Kabex.

Hybrid cables open up new opportunities in nuclear power
Although hybrid cables are already in normal use, the big thing is still ahead of them. Thanks to special fiber-optic cables that can detect operational parameters across the entire length of the cable, it is possible to create new types of diagnostic cables for energy, transportation and other industries.

Autor

• (red)