IEC TS 61244-3:1998
(Main)Long-term radiation ageing in polymers - Part 3: Procedures for in-service monitoring of low-voltage cable materials
Long-term radiation ageing in polymers - Part 3: Procedures for in-service monitoring of low-voltage cable materials
Summarizes the main cable monitoring techniques which are currently being assessed worldwide. These techniques are primarily aimed at monitoring degradation of low-voltage cables. Most of the methods are at the development stage and require in-plant evaluation before they could be recommended as standard techniques. The advantages and disadvantages of each method, and its current state of development, are outlined in the following sections. There are two aspects of cable monitoring that need to be taken into account - techniques suitable for ageing evaluation and techniques suitable for monitoring faults in cables. The methods discussed may, in some cases, be more suitable for monitoring faults than for evaluating the degree of degradatin of the cable materials.
Vieillissement à long terme sous rayonnement dans les polymères - Partie 3: Procédés pour le contrôle en service des matériaux des câbles basse tension
Résume les techniques principales de surveillance des câbles couramment reconnues dans le monde entier. Ces techniques s'adressent surtout à la surveillance de câbles à basse tension. La plupart des méthodes sont en développement et nécessitent des évaluations in situ avant de pouvoir être recommandées comme techniques normatives. Les avantages et les inconvénients de chaque méthode et l'état actuel de leur développement sont soulignées dans les articles suivants. Il existe deux aspects de surveillance des câbles nécessitant d'être pris en compte, les techniques adaptées à l'évaluation du vieillissement et les techniques adaptées à la surveillance des défauts dans les câbles. Les méthodes discutées peuvent, dans certains cas, être plus adaptées pour la surveillance des défauts que pour l'évaluation du niveau de dégradation des matériaux constituant le câble.
General Information
Relations
Standards Content (Sample)
RAPPORT
CEI
TECHNIQUE
IEC
61244-3
TECHNICAL
Première édition
REPORT
First edition
1998-03
Vieillissement à long terme sous rayonnement
dans les polymères –
Partie 3:
Procédés pour le contrôle en service
des matériaux des câbles basse tension
Long-term radiation ageing in polymers –
Part 3:
Procedures for in-service monitoring
of low-voltage cable materials
Numéro de référence
Reference number
CEI/IEC 61244-3:1998
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Depuis le 1er janvier 1997, les publications de la CEI As from 1 January 1997 all IEC publications are issued
sont numérotées à partir de 60000. with a designation in the 60000 series.
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Les versions consolidées de certaines publications de Consolidated versions of some IEC publications
la CEI incorporant les amendements sont disponibles. including amendments are available. For example,
Par exemple, les numéros d’édition 1.0, 1.1 et 1.2 edition numbers 1.0, 1.1 and 1.2 refer, respectively, to
indiquent respectivement la publication de base, la the base publication, the base publication incorporating
publication de base incorporant l’amendement 1, et la amendment 1 and the base publication incorporating
publication de base incorporant les amendements 1 amendments 1 and 2.
et 2.
Validité de la présente publication Validity of this publication
Le contenu technique des publications de la CEI est The technical content of IEC publications is kept under
constamment revu par la CEI afin qu'il reflète l'état constant review by the IEC, thus ensuring that the
actuel de la technique. content reflects current technology.
Des renseignements relatifs à la date de reconfirmation Information relating to the date of the reconfirmation of
de la publication sont disponibles dans le Catalogue de the publication is available in the IEC catalogue.
la CEI.
Les renseignements relatifs à des questions à l’étude et Information on the subjects under consideration and
des travaux en cours entrepris par le comité technique work in progress undertaken by the technical
qui a établi cette publication, ainsi que la liste des committee which has prepared this publication, as well
publications établies, se trouvent dans les documents ci- as the list of publications issued, is to be found at the
dessous: following IEC sources:
• «Site web» de la CEI* • IEC web site*
• Catalogue des publications de la CEI • Catalogue of IEC publications
Publié annuellement et mis à jour régulièrement Published yearly with regular updates
(Catalogue en ligne)* (On-line catalogue)*
• Bulletin de la CEI • IEC Bulletin
Disponible à la fois au «site web» de la CEI* et Available both at the IEC web site* and as a
comme périodique imprimé printed periodical
Terminologie, symboles graphiques Terminology, graphical and letter
et littéraux symbols
En ce qui concerne la terminologie générale, le lecteur For general terminology, readers are referred to
se reportera à la CEI 60050: Vocabulaire Electro- IEC 60050: International Electrotechnical Vocabulary
technique International (VEI). (IEV).
Pour les symboles graphiques, les symboles littéraux et For graphical symbols, and letter symbols and signs
les signes d'usage général approuvés par la CEI, le approved by the IEC for general use, readers are
lecteur consultera la CEI 60027: Symboles littéraux à referred to publications IEC 60027: Letter symbols to
utiliser en électrotechnique, la CEI 60417: Symboles be used in electrical technology, IEC 60417: Graphical
graphiques utilisables sur le matériel. Index, relevé et symbols for use on equipment. Index, survey and
compilation des feuilles individuelles, et la CEI 60617: compilation of the single sheets and IEC 60617:
Symboles graphiques pour schémas. Graphical symbols for diagrams.
* Voir adresse «site web» sur la page de titre. * See web site address on title page.
RAPPORT
CEI
TECHNIQUE – TYPE 2
IEC
61244-3
TECHNICAL
Première édition
REPORT – TYPE 2
First edition
1998-03
Vieillissement à long terme sous rayonnement
dans les polymères –
Partie 3:
Procédés pour le contrôle en service
des matériaux des câbles basse tension
Long-term radiation ageing in polymers –
Part 3:
Procedures for in-service monitoring
of low-voltage cable materials
IEC 1998 Droits de reproduction réservés Copyright - all rights reserved
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Commission Electrotechnique Internationale
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– 2 – 61244-3 © CEI:1998
SOMMAIRE
Pages
AVANT-PROPOS . 4
INTRODUCTION . 8
Articles
1 Domaine d'application. 10
2 Exigences relatives à une technique de surveillance . 10
3 Techniques disponibles. 10
3.1 Essais localisés sans échantillonnage . 12
3.1.1 Poinçonneur. 12
3.1.2 Vitesse de propagation du son. 14
3.1.3 Réflectance dans l'infrarouge proche . 16
3.1.4 Capteur de torsion . 16
3.2 Essais localisés avec microéchantillonnage. 18
3.2.1 Spectroscopie infrarouge (IR) . 18
3.2.2 Temps d'induction de l'oxydation (OIT) . 20
3.2.3 Teneur en plastifiant . 22
3.2.4 Masse volumique. 22
3.3 Essais globalisés avec résolution spatiale . 22
3.3.1 Réflectométrie du domaine temporel (TDR) . 24
3.3.2 Décharge partielle (PD) . 24
3.4 Essais globalisés sans résolution spatiale . 26
3.4.1 Spectrographie du domaine temporel (TDS). 26
3.4.2 Perte diélectrique. 28
3.4.3 Essais d'acceptation (passe/passe pas). 30
3.5 Essais de suivi. 30
4 Résumé. 30
Tableaux. 34
Figures. 38
Annexe A (informative) Bibliographie . 72
61244-3 © IEC:1998 – 3 –
CONTENTS
Page
FOREWORD . 5
INTRODUCTION . 9
Clause
1 Scope. 11
2 Requirements of a monitoring technique . 11
3 Techniques available. 11
3.1 Local tests without sampling . 13
3.1.1 Indenter. 13
3.1.2 Sonic velocity. 15
3.1.3 Near infrared reflectance . 17
3.1.4 Torque tester. 17
3.2 Local tests with microsampling. 19
3.2.1 Infrared spectroscopy (IR) . 19
3.2.2 Oxidation induction time (OIT) . 21
3.2.3 Plasticizer content. 23
3.2.4 Density. 23
3.3 Global tests with spatial resolution . 23
3.3.1 Time domain reflectometry (TDR) . 25
3.3.2 Partial discharge (PD). 25
3.4 Global tests without spatial resolution. 27
3.4.1 Time domain spectrometry (TDS) . 27
3.4.2 Dielectric loss. 29
3.4.3 Pass/fail tests. 31
3.5 Paced tests. 31
4 Summary. 31
Tables .35
Figures. 39
Annex A (informative) Bibliography . 73
– 4 – 61244-3 © CEI:1998
COMMISSION ÉLECTROTECHNIQUE INTERNATIONALE
__________
VIEILLISSEMENT À LONG TERME SOUS RAYONNEMENT
DANS LES POLYMÈRES –
Partie 3: Procédés pour le contrôle en service
des matériaux des câbles basse tension
AVANT-PROPOS
1) La CEI (Commission Electrotechnique Internationale) est une organisation mondiale de normalisation composée
de l'ensemble des comités électrotechniques nationaux (Comités nationaux de la CEI). La CEI a pour objet de
favoriser la coopération internationale pour toutes les questions de normalisation dans les domaines de
l'électricité et de l'électronique. A cet effet, la CEI, entre autres activités, publie des Normes Internationales.
Leur élaboration est confiée à des comités d'études, aux travaux desquels tout Comité national intéressé par le
sujet traité peut participer. Les organisations internationales, gouvernementales et non gouvernementales, en
liaison avec la CEI, participent également aux travaux. La CEI collabore étroitement avec l'Organisation
Internationale de Normalisation (ISO), selon des conditions fixées par accord entre les deux organisations.
2) Les décisions ou accords officiels de la CEI concernant les questions techniques, représentent, dans la mesure
du possible un accord international sur les sujets étudiés, étant donné que les Comités nationaux intéressés
sont représentés dans chaque comité d’études.
3) Les documents produits se présentent sous la forme de recommandations internationales. Ils sont publiés
comme normes, rapports techniques ou guides et agréés comme tels par les Comités nationaux.
4) Dans le but d'encourager l'unification internationale, les Comités nationaux de la CEI s'engagent à appliquer de
façon transparente, dans toute la mesure possible, les Normes internationales de la CEI dans leurs normes
nationales et régionales. Toute divergence entre la norme de la CEI et la norme nationale ou régionale
correspondante doit être indiquée en termes clairs dans cette dernière.
5) La CEI n’a fixé aucune procédure concernant le marquage comme indication d’approbation et sa responsabilité
n’est pas engagée quand un matériel est déclaré conforme à l’une de ses normes.
6) L’attention est attirée sur le fait que certains des éléments de la présente Norme internationale peuvent faire
l’objet de droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. La CEI ne saurait être tenue pour
responsable de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et de ne pas avoir signalé leur existence.
La tâche principale des comités d'études de la CEI est d'élaborer des Normes internationales.
Exceptionnellement, un comité d'études peut proposer la publication d'un rapport technique de
l'un des types suivants:
• type 1, lorsque, en dépit de maints efforts, l'accord requis ne peut être réalisé en faveur de
la publication d'une Norme internationale;
• type 2, lorsque le sujet en question est encore en cours de développement technique ou
lorsque, pour une raison quelconque, la possibilité d'un accord pour la publication d'une
Norme internationale peut être envisagée pour l'avenir mais pas dans l'immédiat;
• type 3, lorsqu'un comité d'études a réuni des données de nature différente de celles qui
sont normalement publiées comme Normes internationales, cela pouvant comprendre, par
exemple, des informations sur l'état de la technique.
Les rapports techniques de types 1 et 2 font l'objet d'un nouvel examen trois ans au plus tard
après leur publication afin de décider éventuellement de leur transformation en Normes
internationales. Les rapports techniques de type 3 ne doivent pas nécessairement être révisés
avant que les données qu'ils contiennent ne soient plus jugées valables ou utiles.
La CEI 61244-3, rapport technique de type 2, a été établie par le sous-comité 15E: Méthodes
de test, du comité d’études 15 de la CEI: Matériaux isolants.
61244-3 © IEC:1998 – 5 –
INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSION
___________
LONG-TERM RADIATION AGEING IN POLYMERS –
Part 3: Procedures for in-service monitoring
of low-voltage cable materials
FOREWORD
1) The IEC (International Electrotechnical Commission) is a worldwide organization for standardization
comprising all national electrotechnical committees (IEC National Committees). The object of the IEC is to
promote international co-operation on all questions concerning standardization in the electrical and electronic
fields. To this end and in addition to other activities, the IEC publishes International Standards. Their
preparation is entrusted to technical committees; any IEC National Committee interested in the subject dealt
with may participate in this preparatory work. International, governmental and non-governmental organizations
liaising with the IEC also participate in this preparation. The IEC collaborates closely with the International
Organization for Standardization (ISO) in accordance with conditions determined by agreement between the
two organizations.
2) The formal decisions or agreements of the IEC on technical matters express, as nearly as possible, an
international consensus of opinion on the relevant subjects since each technical committee has representation
from all interested National Committees.
3) The documents produced have the form of recommendations for international use and are published in the
form of standards, technical reports or guides and they are accepted by the National Committees in that
sense.
4) In order to promote international unification, IEC National Committees undertake to apply IEC International
Standards transparently to the maximum extent possible in their national and regional standards. Any
divergence between the IEC Standard and the corresponding national or regional standard shall be clearly
indicated in the latter.
5) The IEC provides no marking procedure to indicate its approval and cannot be rendered responsible for any
equipment declared to be in conformity with one of its standards.
6) Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this International Standard may be the
subject of patent rights. The IEC shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
The main task of IEC technical committees is to prepare International Standards. In exceptional
circumstances, a technical committee may propose the publication of a technical report of one
of the following types:
• type 1, when the required support cannot be obtained for the publication of an
International Standard, despite repeated efforts;
• type 2, when the subject is still under technical development or where for any other
reason there is the future but not immediate possibility of an agreement on an International
Standard;
type 3, when a technical committee has collected data of a different kind from that which
•
is normally published as an International Standard, for example state of the art.
Technical reports of types 1 and 2 are subject to review within three years of publication to
decide whether they can be transformed into International Standards. Technical reports of
type 3 do not necessarily have to be reviewed until the data they provide are considered to be
no longer valid or useful.
IEC 61244-3, which is a technical report of type 2 has been prepared by subcommittee 15E:
Methods of test, of IEC technical committee 15: Insulating materials.
– 6 – 61244-3 © CEI:1998
Le texte de cette norme est issu des documents suivants:
Projet de comité Rapport de vote
15E/22/CDV 15E/89/RVC
Le rapport de vote indiqué dans le tableau ci-dessus donne toute information sur le vote ayant
abouti à l'approbation de cette norme.
Le présent document est publié dans la série des rapports techniques de type 2 (conformément
au paragraphe G.3.2.2 de la partie 1 des Directives CEI/ISO) comme «norme prospective
d’application provisoire» dans le domaine des matériaux isolants car il est urgent d’avoir des
indications sur la meilleure façon d’utiliser les normes dans ce domaine afin de répondre à un
besoin déterminé.
Ce document ne doit pas être considéré comme une Norme internationale. Il est proposé pour
une mise en oeuvre provisoire, dans le but de recueillir des informations et d’acquérir de
l’expérience quant à son application dans la pratique. Il est de règle d’envoyer les observations
éventuelles relatives au contenu de ce document au Bureau Central de la CEI.
Il sera procédé à un nouvel examen de ce rapport technique de type 2 trois ans au plus tard
après sa publication, avec la faculté d’en prolonger la validité pendant trois autres années, de
le transformer en Norme internationale ou de l’annuler.
L'annexe A est donnée uniquement à titre d'information.
61244-3 © IEC:1998 – 7 –
The text of this technical report is based on the following documents:
Committee Draft Report on voting
15E/22/CDV 15E/89/RVC
Full information on the voting for the approval of this technical report can be found in the report
on voting indicated in the above table.
This document is issued in the type 2 technical report series of publications (according to
G.3.2.2 of Part 1 of the IEC/ISO Directives) as a prospective standard for provisional
application in the field of insulating materials because there is an urgent requirement for
guidance on how standards in this field should be used to meet an identified need.
This document is not to be regarded as an International Standard. It is proposed for provisional
application so that information and experience of its use in practice may be gathered.
Comments on the content of this document should be sent to the IEC Central Office.
A review of this type 2 technical report will be carried out not later than three years after its
publication, with the options of either extension for a further three years or conversion to an
International Standard or withdrawal.
Annex A is for information only.
– 8 – 61244-3 © CEI:1998
INTRODUCTION
Les polymères sont largement utilisés comme matériaux isolants électriques (par exemple
dans les câbles des circuits de commande, l'instrumentation et les câbles d'alimentation) dans
les environnements exposés aux rayonnements. Dans de telles applications, il est exigé de ces
matériaux qu'is assurent leur fonction pendant toute la durée de vie de l'installation, pouvant
être supérieure à 40 ans, et qu'ils résistent aux conditions accidentelles en fin de vie. Même si
de nombreuses données sont disponibles concernant la tenue des matériaux isolants
polymères sous rayonnement, il existe encore une certaine incertitude sur les effets à long
terme d'un faible rayonnement, comme cela pourrait être le cas pour les câbles. Par
conséquent des techniques sont nécessaires pour surveiller in situ l'état de dégradation des
matériaux utilisés dans les câbles tout au long de la durée de vie de l'installation. Les
techniques adaptées à la surveillance des câbles seraient également importantes pour les
programmes de surveillance concernant l'extension ou le renouvellement des autorisations
d'utilisation des installations. Même si ce rapport a principalement comme objectif la
surveillance de l'état des câbles dans les installations nucléaires, il peut également s'appliquer
à d'autres polymères. Beaucoup de ces techniques s'appliquent également au seul
vieillissement thermique des polymères dans les installations conventionnelles de puissance.
61244-3 © IEC:1998 – 9 –
INTRODUCTION
Polymers are widely used as electrical insulating materials (e.g. in cables for control,
instrumentation and power) in environments in which they are exposed to radiation. In such
applications, these materials may well be required to survive the full working life of the plant,
which may be more than 40 years, and accident conditions at the end of working life. Although
considerable data are available on the behaviour of polymeric insulating materials under
irradiation, there is still some uncertainty on the effects of long-term low dose rate irradiation,
such as would be experienced by cables. There is therefore a requirement for techniques for
monitoring the state of degradation of cable materials in situ throughout the lifetime of the
plant. Suitable cable monitoring techniques would also be important to surveillance
programmes in support of plant life extension and licence renewal. Although this report is
primarily aimed at cable condition monitoring in nuclear power plants, it can also be applied to
other polymeric components. Many of the techniques are equally applicable to thermal-only
ageing of polymeric components in conventional power plants.
– 10 – 61244-3 © CEI:1998
VIEILLISSEMENT À LONG TERME SOUS RAYONNEMENT
DANS LES POLYMÈRES –
Partie 3: Procédés pour le contrôle en service
des matériaux des câbles basse tension
1 Domaine d'application
Le présent rapport technique résume les techniques principales de surveillance des câbles
couramment reconnues dans le monde entier. Ces techniques s'adressent surtout à la
surveillance de câbles à basse tension. La plupart des méthodes sont en développement et
nécessitent des évaluations in situ avant de pouvoir être recommandées comme techniques
normatives. Les avantages et les inconvénients de chaque méthode et l'état actuel de leur
développement sont soulignés dans les articles suivants. Il existe deux aspects de surveillance
des câbles nécessitant d'être pris en compte, les techniques adaptées à l'évaluation du
vieillissement et les techniques adaptées à la surveillance des défauts dans les câbles. Les
méthodes discutées peuvent, dans certains cas, être plus adaptées pour la surveillance des
défauts que pour l'évaluation du niveau de dégradation des matériaux constituant le câble.
2 Exigences relatives à une technique de surveillance
Toute une gamme d'exigences serait nécessaire pour satisfaire la technique de surveillance de
câbles. En pratique, aucune technique ne satisfera toutes les exigences et une gamme de
techniques est vraisemblablement nécessaire. Dans chaque cas, des informations sous forme
de base de données (c'est-à-dire des données relatives à des matériaux non vieillis, de même
formulation et de même fabricant) sont nécessaires pour faire un plein usage de ces
techniques.
La technique de surveillance idéale aurait les caractéristiques suivantes:
– non destructive;
– pouvant être utilisée en fonctionnement normal;
– ne nécessitant pas le débranchement du matériel;
– liée à un critère identifiable de dégradation;
– s'applique à une grande variété de matériaux constituant les câbles et de configuration;
– s'applique à des emplacements accessibles;
– capable d'identifier des points chauds;
– reproductible et capable de compensation pour certaines conditions d'environnement
(température, humidité) ;
– peu chère pour être mise en place au lieu du remplacement périodique des câbles;
– données de référence immédiatement disponibles.
3 Techniques disponibles
Il existe une grande variété de techniques possibles en cours d'étude pour surveiller les
câbles. Quelques-unes sont déjà en exploitation dans les installations, les autres sont
uniquement au stade d'évaluation en laboratoire. Les méthodes peuvent être regroupées en
types génériques, comme suit.
61244-3 © IEC:1998 – 11 –
LONG-TERM RADIATION AGEING IN POLYMERS −
Part 3: Procedures for in-service monitoring
of low-voltage cable materials
1 Scope
This technical report summarizes the main cable monitoring techniques which are currently
being assessed worldwide. These techniques are primarily aimed at monitoring degradation of
low-voltage cables. Most of the methods are at the development stage and require in-plant
evaluation before they could be recommended as standard techniques. The advantages and
disadvantages of each method, and its current state of development, are outlined in the
following sections. There are two aspects of cable monitoring that need to be taken into
account – techniques suitable for ageing evaluation and techniques suitable for monitoring
faults in cables. The methods discussed may, in some cases, be more suitable for monitoring
faults than for evaluating the degree of degradation of the cable materials.
2 Requirements of a monitoring technique
There is a range of requirements which the ideal cable monitoring technique would need to
satisfy. In practice, no one technique will satisfy all of the requirements and a range of
techniques is likely to be needed. In each case, baseline data (i.e. data on unaged material of
the same formulation and manufacturer) are needed to make full use of the techniques.
The ideal monitoring technique would have the following attributes:
– non-destructive;
– capable of use during normal operation;
– not require disconnection of equipment;
– related to an identifiable degradation criterion;
– applicable to a wide range of cable materials and configuration;
– applicable at accessible locations;
– capable of identifying hot-spots;
– reproducible and capable of compensating for environmental conditions (temperature,
humidity);
– less expensive to implement than periodic cable replacement;
– readily available reference data.
3 Techniques available
There is a wide range of possible techniques being considered for cable monitoring. A few are
already in use in-plant, others are only at the laboratory evaluation stage. The methods can be
grouped together under generic types, as follows.
– 12 – 61244-3 © CEI:1998
Essais localisés sans échantillonnage
– poinçonneur
– vitesse du son
– réflectance de l'infrarouge proche
– essai de torsion
Essais localisés avec un micro-échantillonnage
– infrarouge
– temps d'induction d'oxydation (abréviation anglaise OIT)
– teneur en plastifiant
– masse volumique
Essais globalisés avec résolution spatiale
– réflectométrie du domaine temporel (abréviation anglaise TDR)
– décharge partielle
Essais globalisés sans résolution spatiale
– perte diélectrique
– spectrométrie du domaine temporel (abréviation anglaise TDS)
– essais d'acceptation (accepté/refusé) – résistance diélectrique, résistance d'isolement.
Essais de suivi – Allongement à la rupture
Chacun de ces types d'essai est décrit plus en détails dans les paragraphes suivants.
3.1 Essais localisés sans échantillonnage
Le terme «localisé» se réfère aux techniques donnant des informations sur l'état du câble au
point de mesure uniquement et qui peuvent par conséquent laisser échapper des points
défectueux. Ces méthodes peuvent uniquement être appliquées dans les zones accessibles
aux hommes et sont généralement limitées à des essais sur les matériaux de gaine du câble
sauf aux extrémités où l'isolement est supprimé. Si les techniques ont fait l'objet d'une bonne
corrélation avec les variations de l'allongement à la rupture, elles peuvent être utilisées pour
prédire le comportement des câbles. Ce type d'essai fournira des données immédiatement
disponibles sur site concernant l'état du câble. Si la gaine du câble a plus tendance à se
dégrader que l'isolement (ce qui est souvent vérifié), les méthodes fournissent un avertis-
sement précoce sur la rupture du câble. Des essais de pliage localisé, à la main, peuvent
donner des informations qualitatives si elles sont réalisées par du personnel expérimenté.
3.1.1 Poinçonneur
Le poinçonneur est un dispositif portatif développé par l'Institut Franklin qui mesure une
propriété relative au module d'élasticité des gaines du câble et des matériaux d'isolation [1] et
*
[2] . Un schéma synoptique du poinçonneur est donné à la figure 1. Un système de calibre de
forme connue est guidé le long de l'extérieur du câble avec une vitesse donnée (12,7 mm/min)
et la courbe de la force par rapport à la distance est obtenue sur toute une gamme allant de
2 N à 9 N. La forme du calibre utilisée est la même que celle utilisée dans la norme ASTM pour
l'essai de dureté [3], c'est-à-dire un cône tronqué, mais avec une surface d'extrémité égale à la
moitié du cône de l'ASTM.
Les valeurs du module du poinçonneur mesurées avec le poinçonneur portatif sont à corriger
selon la température pour obtenir un ensemble de données comparables quand elles sont
utilisées sur site. La valeur de la compensation en température nécessaire varie avec le
vieillissement du matériau constituant le câble [4], voir figure 2. Des essais pratiques dans les
___________
*
Les chiffres entre crochets renvoient à l'annexe A: Bibliographie.
61244-3 © IEC:1998 – 13 –
Local tests without sampling
– indenter
– sonic velocity
– near infrared reflectance
– torque testing
Local tests with micro-sampling
– infrared
– oxidation induction time (OIT)
– plasticizer content
– density
Global tests with spatial resolution
– time domain reflectometry (TDR)
– partial discharge
Global tests without spatial resolution
– dielectric loss
– time domain spectrometry (TDS)
– pass/fail tests – dielectric strength, insulation resistance
Paced tests – elongation at break
Each of these types of test is described in more detail in the following subclauses.
3.1 Local tests without sampling
The term "local" refers to techniques which give information on the state of the cable at the
measuring point only and are thus likely to miss defective spots. These methods can only be
applied in man-accessible areas and are generally limited to tests of the cable jacket material
except at terminations where the insulation is exposed. Where the techniques have been
cross-correlated with changes in elongation at break, these methods have a predictive
capability. This type of test will provide immediate data in-plant on the state of the cable.
Where the cable jacket is more likely to degrade than the insulation (which is often true) the
methods provide early warning of cable failure. Local bend tests by manipulation of the cable
by hand can give qualitative information when carried out by experienced personnel.
3.1.1 Indenter
The indenter is a portable device developed by the Franklin Institute which measures a
*
property related to the modulus of elasticity of cable jacket and insulation materials [1] [2] . A
schematic diagram of the indenter is shown in figure 1. An instrumented probe of known shape
is driven against the outside of the cable at a fixed velocity (12,7 mm/min) and the slope of the
force versus distance is obtained over a force range of 2 N to 9 N. The probe shape used is the
same as that used in the ASTM standard for hardness testing [3], i.e. a truncated cone, but
with an end area equal to half that of the ASTM cone.
The indenter modulus values measured with the portable indenter have to be corrected for
temperature to obtain comparable data sets when used in-plant. The amount of temperature
compensation required varies with the ageing of the cable material [4], see figure 2. Practical
tests of the unit in nuclear power plants have shown that the indenter can be successfully used
___________
*
Figures in square brackets refer to the bibliography given in annex A.
– 14 – 61244-3 © CEI:1998
installations nucléaires de puissance ont montré que le poinçonneur peut être utilisé in situ
avec succès pour essayer des câbles placés dans des goulottes, des panneaux et des boîtes
de jonction, pourvu que 7,5 cm de câble dénudés soient accessibles [4]. Dans les essais de
vieillissement accéléré, une bonne corrélation a été obtenue entre les mesures du module et
l'allongement à la rupture pour des câbles revêtus de polychlorure de vinyle (PVC), de
polyéthylène chlorosulforé (CSPE) et de certains élastomères [4] [5] [6]. Des exemples sont
donnés aux figures 3 et 4 pour un câble d'éthylène propylène (EPR)/CSPE et pour un câble à
base d'EPR (kérite FR). Le poinçonneur ne semble pas adapté à l'utilisation avec des
polyoléfines et du PVC vieilli sous rayonnement car leur module varie très peu avec le
vieillissement. Des données sur des poinçonneurs plus récents indiquent que la méthode peut
être utile avec ces matériaux et avec une technique modifiée [7].
Limitations
Par sa véritable nature, le poinçonneur peut uniquement mesurer les propriétés du matériau
constituant le câble sur une surface limitée au voisinage de la sonde. Les valeurs obtenues
peuvent indiquer une variation significative si l'épaisseur de la gaine est variable,
augmentant quand l'épaisseur diminue. La structure du câble, par exemple la présence
d'une armature ou d'un blindage, affecte vraisemblablement aussi la valeur du module. Pour
cette raison, une base de données importante pourrait être nécessaire pour couvrir la
variété des matériaux constituant les câbles et les types de constructions utilisées dans une
installation de puissance type. L'utilisation du poinçonneur est limitée aux matériaux qui se
durcissent ou s'assouplissent de manière significative au cours du vieillissement. Cela
comprend beaucoup de types de câbles utilisés dans les plus anciennes installations.
Dans la plupart des zones contenant des câbles accessibles à un poinçonneur, on peut
seulement mesurer les propriétés du matériau de la gaine. Comme les matériaux de gaine
dans la plupart des installations utilisant des câbles ont tendance à se dégrader plus
rapidement que les matériaux d'isolement, les mesures effectuées avec des poinçonneurs
peuvent donner l'alerte avant la dégradation du câble.
3.1.2 Vitesse de propagation du son
Cette technique est en tout début de développement et, à ce jour, seuls des câbles à base de
PVC ont été essayés [6]. Elle est basée sur le fait que la vitesse du son dans un support solide
dépend à la fois de la densité et du module, ce qui est donné par la formule suivante:
E
C =
ρ
où
C est la vitesse de propagation du son;
E est le module d'élasticité;
ρ est la masse volumique du polymère.
Comme à la fois le module et la masse volumique peuvent varier au cours du vieillissement de
matériaux constituant le câble, les variations de la vitesse de propagation du son sont
supposées dépendre du vieillissement.
Le testeur utilise des transducteurs piézoélectriques pour transmettre et recevoir une série
d'impulsions à 20 kHz, comme cela est indiqué schématiquement à la figure 5. La durée de la
transmission du signal est reportée sur un graphique en fonction de la distance séparant le
transducteur (jusqu'à quelques centimètres) pour obtenir la pente représentant cette vitesse
[6]. Des mesures de vitesse de propagation du son ont été faites sur une série de câbles
revêtus de PVC et sur des bandes de matériaux constituant la gaine et tirées de ces câbles.
Une comparaison entre les données obtenues avec les bandes d'essai et les câbles entiers a
montré que la technique dépend de la géométrie du câble, des blindages adjacents et des
composants d'isolation, voir par exemple la figure 6. La vitesse de propagation du son varie
également de façon considérable selon les formules de composition du PVC, par conséquent
une base de données pourrait être nécessaire pour chaque type de câble utilisé dans une
installation si cette technique devait être d'utilisation courante.
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in situ to test cables in trays, panels and junction boxes, provided that about 7,5 cm of exposed
cable are accessible [4]. In accelerated ageing tests, good correlation has been obtained
between modulus measurements and elongation at break for polyvinyl chloride (PVC) jacketed
cables, chlorosulphonated polyethylene (CSPE) and a range of elastomers [4] [5] [6]. Examples
are shown in figures 3 and 4 for an ethylene propylene (EPR)/CSPE cable and for an EPR
based cable (kerite FR) respectively. The indenter does not appear to be suitable for use with
polyolefins and radiation aged PVC because their modulus changes very little with ageing.
More recent indenter data indicates that the method may be usable with these materials with a
modified technique [7].
Limitations:
By its very nature, the indenter can only measure the properties of the cable material over a
limited area in the vicinity of the probe. The indenter modulus values obtained can show a
marked variation if the jacket thickness is variable, increasing as the thickness decreases.
The construction of the cable, for example the presence of armouring or shielding, is also
likely to affect the modulus value. Because of this, extensive baseline data would be
required to cover the range of cable materials and construction types used in a typical
power plant. The indenter is limited to those materials which harden or soften significantly
during ageing; this includes many of the types of cables used in older plants.
In most of the cable areas which are accessible to the indenter, only the properties of the
jacket material can be measured. Since the jacket materials in most cable constructions
tend to degrade more rapidly than the insulation materials, indenter measurements can still
give early warning of cable degradation.
3.1.2 Sonic velocity
This technique is at an early stage of development and at present has only been tested on PVC
based cables [6]. Sonic velocity testing is based on the fact that the velocity of sound in a solid
medium is dependent on both the density and the modulus and is given by:
E
C =
ρ
where
C is the sonic velocity;
E is the elastic modulus;
is the polymer density.
ρ
Since both modulus and density can change during ageing of cable materials, changes in sonic
velocity would be expected to occur on ageing.
The tester uses piezoelectric transducers to transmit and receive a series of 20 kHz pulses, as
shown schematically in figure 5. The signal transit times are plotted as a function of transducer
separation distance (up to a few centimetres) to obtain the slope which represents velocity [6].
Sonic velocity measurements have been made on a series of PVC jacketed cables and on
strips of jacket material cut from the cables. Comparison between the data obtained on the test
strips and the complete cables has shown that the technique is dependent on the cable
geometry and adjacent shielding and insulation components, see for example figure 6. The
magnitude of the sonic velocity also varies considerably with different formulations of PVC,
therefore baseline data would be required for each type of cable used in a plant if the technique
was to be of practical use.
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Limitations
Le mesureur de vitesse de propagation du son mesure les propriétés de la gaine du câble
dans un petit volume compris entre les calibres du transducteur. Les mesures obtenues
sont fortement dépendantes de la constitution du câble et de la composition particulière du
matériau de gaine. Par conséquent, une importante base de données pourrait être
nécessaire. La technique en est au début du développement et, jusqu'à ce jour, elle a
uniquement été essayée sur des câbles revêtus en PVC, mais elle est encore en cours
d'étude. A ce jour, elle est plus adaptée à une évaluation de laboratoire qu'à une utilisation
opérationnelle, mais sa très grande sensibilité aux dégradations dues au vieillissement
indique qu'elle pourrait bien être l'objet d'un développement futur d'importance.
3.1.3 Réflectance dans l'infrarouge proche
Il est connu que des modifications du spectre infrarouge des polymères surviennent avec le
vieillissement, tout d'abord pour des groupes fonctionnels tels que le carbonyle (C=O),
l'hydroxyle (O-H) et le carboxyle (COOH). Ces groupes fonctionnels sont normalement
observés dans le spectre infrarouge de transmission, mais pour des utilisations in situ, une
unité portative basée sur la réflectance dans l'infrarouge proche (abréviation anglaise NIR)
utilisant un calibre de fibre optique pourrait être plus adaptée.
Les mesures de réflectance NIR ont été réalisées sur des câbles revêtus de PVC, pour une
longueur d'onde comprise entre 1 300 nm et 2 100 nm [6], en utilisant une sonde à fibre
optique collée contre l'enveloppe du câble. Des variations survenant dans la ligne de base en
raison de petites variations dans la longueur du chemin optique sont souvent constatées dans
le spectre d'absorption. Ces petites variations de la ligne de base peuvent être éliminées en
utilisant la dérivée première du spectre d'absorption (figure 7), car cette dérivée première
représente la pente du spectre d'absorption, pour chaque longueur d'onde. Il a été constaté
que différentes régions du spectre IR montraient une bonne corrélation avec les variations
d'allongemen
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.
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