Jaderná energetika všeobecně patří k velmi konzervativním oborům, které jen výjimečně mění to, co je léty ověřeno. Vzešel z ní však požadavek na podstatnou inovaci kabelů, která umožní měřit teplotu po celé délce trasy a tím i určovat její zbytkovou životnost.
Řeč je o hybridních senzorických kabelech, které spojují funkci přenosu elektrické energie a informací a měření teploty. To je možné díky optickým vláknům, která mohou být implementována na různé pozice v kabelu: v jádru, pod stíněním nebo v plášti. Jde o běžná vlákna používaná v masovém měřítku v telekomunikacích. Při průchodu světelných signálů vláknem dochází k nelineárnímu rozptylu, který nemá zásadní vliv na kvalitu přenášené informace, ale umožňuje sledovat změny v okolí vlákna.
Typické využití představuje měření teploty pomocí Ramanova jevu. To využívají i hybridní senzorické kabely vyvíjené podnikem Kabelovna Kabex ve spolupráci s Vysokou školou báňskou – Technickou univerzitou Ostrava. Protože se používají optická vlákna, která mají průměr v řádu mikrometrů, zůstává zachován průřez kabelu, a protože jde o běžné verze vláken, nevede jejich začlenění do konstrukce kabelu k výraznějšímu nárůstu ceny kabelu. Přidaná hodnota spočívá ve výrobním postupu implementování vláken a ve vyhodnocování nelineárních rozptylů.
Široký potenciál
„Máme za sebou experimenty jak s hybridními kabely, tak se samotnými optickými vlákny. Ta druhá skupina se hodí například pro monitorování průsaku odpadních vod do kanalizací, kdy je rozdíl v teplotě vody jen zhruba půl stupně. Citlivost optických vláken je však dostatečná k tomu, aby toto změřila. Dále jsme prováděli měření v geotermálních vrtech, kde je zapotřebí znát rozložení teplot, a monitorování teplotního profilu během zrání betonu, což je zajímavé pro stavaře,“ jmenuje Vladimír Vašínek z VŠB TU Ostrava potenciál pro senzorické optické kabely.
Bohumil Svoboda, obchodní ředitel Kabelovny Kabex, doplňuje exotické obory, kde by se mohly senzorická vlákna uplatnit: „Konzultujeme rovněž možnosti využití v zoologických zahradách. Mají o ně zájem kvůli kontinuálnímu měření trasy ve výběhu zvířat. Některá teplomilná zvířata jsou totiž citlivá na nízkou teplotu, takže předpis říká, že je mohou vypustit do výběhu, pokud je po celé délce obvyklé trasy teplota vyšší než mezní hodnota. Jedno vlákno by tak mohlo nahradit velké množství jednotlivých čidel a měřit teplotu v každém bodě trasy.“
„Optická vlákna dokáží měřit prakticky vše, co by nás mohlo zajímat. Například pro chemický průmysl může být zajímavé to, že na sebe vážou některé plyny, díky čemuž mohou měřit jejich koncentraci. V tomto případě by mohly být implementovány do povrchové vrstvy pláště kabelu, takže by kabel kromě přenosu elektrické energie také sloužil jako čidlo,“ doplňuje Vašínek další potenciální oblast uplatnění senzorických vláken.
Jaderná energetika
Hlavní pozornost je nyní soustředěna na aplikaci hybridních senzorických kabelů v jaderné energetice. V tomto odvětví Kabex dodává kromě českých a slovenských jaderných elektráren také na Ukrajinu a pro Rosatom do Ruska a dalších zemí. V oblasti životnosti kabelů pro jadernou energetiku stojí za zmínku, že dodávky pro Rosatom byly impulzem pro rozvoj kompetencí vývojového oddělení Kabexu. Bloky VVER-1200 totiž vyžadují 60letou životnost komponent včetně kabelů, což je o 20 let více než musí splňovat kabely pro stávající jaderné bloky.
Kabely jsou testovány podobně jako i ostatní důležité komponenty jaderné elektrárny. Michal Klauber, vedoucí technického úseku Kabelovny Kabex, to vysvětluje: „Testy se provádí tak, že zkoumáte zejména mechanické vlastnosti izolace žil popřípadě pláště kabelu. Hodnotí se například pevnost a tažnost té izolace a z dlouhodobých pozorování jsou jasně dána kritéria, která určují meze, při jejichž překročení již kabel není dále použitelný.“
„Během provozu sledujeme, zda nebyla překročena daná hodnota teploty a potom kabel vydrží těch 40 nebo 60 let, ale ve chvíli, kdy dochází lokálně k většímu ohřevu, klesá životnost a klesá velmi významně. To je důvod, proč je nutné sledovat teplotu skutečně v každém bodu kabelu,“ doplňuje k praxi v měření Vašínek.
Obvykle nějakou dobu trvá, než zvýšená teplota projde přes plášť kabelu a bude změřena vnějším čidlem. Umístění senzorického vlákna přímo do středu kabelu umožní odhalovat poruchy již v době vzniku. Navíc je možné vidět i pod protipožární vrstvu, pod níž se jinak nelze dostat a nikdo nevidí, co se tam přesně děje. Touto vrstvou bývají překrývány kabely ve výbušných prostředích a také ve starších jaderných elektrárnách, jako jsou například Dukovany. Později se rozšířily možnosti oheň nešířících polymerů používaných pro opláštění kabelů, takže tato dodatečná vrstva už v Temelíně nebyla nutná, což usnadňuje kontrolu kabelů.
Poptávka na hybridní senzorické kabely se očekává například z Francie, kde se připravuje rozsáhlý program prodlužování provozu jaderných elektráren. Pro provozovatele bude mít význam přesně znát teplotu kabelů pro určení jejich zbytkové životnosti a tím pádem má pro něj smysl použít hybridní senzorické kabely. „Tyto kabely a jejich komplexní využití jsou asi vrcholem, kam se dá v kabelařině dostat,“ uzavírá Svoboda.
Vladislav Větrovec
