Герметичные модули для термопарных (ХА) кабелей гермовводов на основе стеклокристаллических и керамических материалов тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

На правах рукописи

ГОЛОВКО Татьяна Анатольевна

УДК 621.315. 01.539.16

ГЕРМЕТИЧНЫЕ ПОДУЛИ ДЛЯ ТЕРМОПАРНЫХ (ХА) КАБЕЛЕЙ

ГЕРМОВВОДОВ НА ОСНОВЕ СТЕКЛОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ И КЕРАМИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Специальность 01.04.10 - Физика полупроводников

и диэлектриков

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

БЛАГОВЕЩЕНСК - 1998 г.

Работа выполнена в

Амурской Государственном университете и Инженерно-технологическом Центре ДБО РАН

Научный руководитель

Член-корреспондент АТН РФ. доктор технических наук, профессор Костюков Николай Сергеевич

Официальные оппоненты , доктор технических наук

Гордирнко Павел Сергеевич

кандидат технических наук Юсупов Зайнула Факилиевич

Ведущая организация

Институт химии силикатов имени И.В.Гребенщикова РАН

Защита состоится

У?. 1998 г. в .IV. часов на

/О

заседании диссертационного совета Д 200.20.01 Амурского комплексного НИИ ДВО РАН по адресу: 075000, Благовещенск Амурской обл.. пер. Релочный, 1. АмурКНИИ. яал заседаний.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке Амурского комплексного НИИ ДБО РАН.

Отзызы на автореферат просим направлять по адресу: 6750С0. Благовещенск Амурской обл.. пер. Релочный. 1, АмурКНИИ.

Автореферат разослан ".

10«

. 199В г.

Ученый секретарь диссертационного совета к; ф: —м; н.

Е.С.Астапова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работа

Проблема обеспечения безопасности атомных станций остается особо значимой в связи с неуклонным повышением их роли в мировой и отечественной энергетике. Одним из ваших элементов АЭС являются герметичные ввода, недостаточная надежность которых явилась причиной многих серьезных аварий. Существующее разнообразие конструкций гермовводов не решает в полной мере вопросы их надежности, ужесточение требований к ним требует новых конструктивных, технологических и материа-ловедческих решений. Например, гермовводы типа ПГКК отечественного производства, выполненные на основе полимерных материалов. не отвечают современным требованиям и теряют герметичность да в первые годы работы на АЭС. Это связано с тем, что при повышенных температурах и воздействии радиации полимерные .материалы разлагаются, выделяя газообразные и ядовитые вещества. .

Неорганические материалы (стекло, керамика) и металлы (медь, стали и сплавы), как известно, обладают более высокой огнестойкостью и радиационной стойкостью, чем органические материалы. Поэтому представляется интересной возможность их использования г- качестве герметизирующих, злекроизоляцмонных и конструкционных материалов для гермовводов.

В 1983 году Инженерно - технологическим центром ЯВО РАН (ДВО АН СССР) били начаты работы по созданию герметичных вводов для АЭС на основе неорганических материалов, юамен применявшихся ранее вводов типа ПГКК. В настоящее время разработка герметичных вводов типа ВГКК закончена и принята Меизедомс глиной комиссией в составе представителей Ат»>мэ-нергоэк».порта. Атомэнёргопроекта, Гооатомэнергонадзора и Министерша атомной энергетики. Утверждены технические условия 1-л поставку изделий на АЗС.

Цель работы

Целью данной работы является разработка конструкции и способа изготовления герметичных модулей на основе термочар-

ных кабелей с жилами хромель-алюмель для гермовводов типа ВГКК.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Подобрать исходные материалы для разработки герметичного модуля*. Выбранные для соединения, герметизации и изоляции материалы должны обладать рядом свойств:

- удельным электрическим сопротивлением, обеспечивающим сопротивление изоляции между жилой и оболочкой и между жилами не менее 10 МОм в нормальных и предельных условиях (при температуре до 150 °С, давлении до 0.5 МПа. радиации до Ю3 Гр/час):

- электрической прочностью, обеспечивающей работоспособность при напряжении иеяду жилой и оболочкой и между жилами при 220 В, а такае испытание напряжением 0.5 КВ при частоте 50 Гц в течение 1 минуты;

- механической, прочностью спая, обеспечивающего сохранение герметичности при изготовлении, испытаниях, хранении, транспортировке и эксплуатации:

- коррозионной стойкостью, обеспечивающей сохранение электроизоляционных свойств {сопротивление изоляции не менее 10 МОм) и герметичности (степень натекания по воздуху не должна превыиать 5,6'Ю'1 Па м3/с) при неблагоприятных климатических воздействиях, действии водяного пара и паровоздушной смеси, дезактивационных и погловд ящих растворов в течение заданного времени:

- радиационной стойкостью при заданных интенсивностях и дозах излучения (10 - 103 Гр/час. интегральная доза 5" 106 Гр), обеспечивающей сохранение диэлектрических свойств и герметичности на заданном уровне; -

- стабильностью всех свойств, обеспечивающей полный назначенный срок службы в заданном диапазоне температур, давлений, электрических напряжений, радиационных и коррозионных воздействий.

" Понятие "модуль" примято при разработке гермовводов ВГКК. Аббревиатура авторов, (см. стр. 10).

2. Разработать конструкцию и технологию герметизации отдельных узлов кабелей для гермоввода на основе выбранных материалов.

3. Разработать методику контроля основных параметров.

4. Исследовать полученные модули при рабочих условиях АЭС, а также в аварийных режимах.

5. Провести исследования, подтверждающие правильность выбора герметизирующих материалов.

Объекты исследований

1. Термопарные кабели КТМСМ (ХА) с оболочкой из стали Х18Н10Т. с жилами из термоэлектродных сплавов хромель, алв-мель и шшеральной (магнезиальной) изоляцией.

2. СТеклокрясталлические покрытия ЕСТ 135-1. ПСТ 150-1. керамика 22ХС.

3. Герметичные модули на основе кабелей КТМС!! (ХА) и электроизоляционных материалов по п.2.

Научная новизна

1..В результате исследований для создания герметичного ввода выбраны только неорганические материалы и кеталлы. обладающие бысокой радиационной. химической и огневой стойкостью.

2. Разработан новый способ изготовления герметичных модулей на основе термопарных кабелей с ситаллокерамическими узлами герметизации. Он отличается от аналогичного ему способа герметизации термопарного кабеля с гидами хромель-ко-пель тем, что герметизация концов этих кабелей происходит по "высокотемпературной" технологии. Это достигается использование!! герметизирувгцих материалов с более высокой тсмперату-ратурой плавления, что обеспечивает более надежшй го критериям потароустсйчлвосга и химической стойкости узел.

3. герметичные вводы, разработанные на основе модулей с минеральной изоляцией, имеют ряд преимуществ (креме указанных вше) перед герметичными вводами существующих копструк-ций:

- выбор материалов и элементов конструкции гарантирует высокую надежность герметичных вводов при эксплуатапда в ус-

ловкях радиации, повышенных температур, давлений, различных климатических.воздействий:

- использование такого способа герметизации дает возможность производить сборку гермоввода после за/юлки обоих концов кабелей и проверки его герметичности. Это суцоптшшо облегчает процесс сборки;

- при отсутствии 8 гермовзоде биолаэдты появляется возможность создания такого гермоввода. в котором легко заменяется любой неисправный кабель:

- герметизация кабеля с двух сторон позволяет говорить о двойном барьере герметичности. При разгерметизации кабеля со стороны "грязной" зоны (что наиболее вероятно), кабель не теряет своей герметичности, так как со стороны "чистой" зоны. как правила, узел герметизации остается неповрежденным. Это обеспечивается конструктивными особенностями гермоввода (защитные кожуха со специальной засыпкой):

- при потере герметичности одним модулем предлагаемой конструкции с обоих сторон остальные линии остаются герметичными и продолжают функционировать. Кроме того, магнезиальная изоляция потерявшего герметичность кабеля выступает как адсорбент и очищает воздух, проходящий через- ¡сабель в "чистые" зоны, от радиоактивных ;\.>'.;озолей и твердых пылевидных части«.

Практическая значимость

Полученные результаты позволяют достигнуть абсолютно нового уровня в решении проблемы электроснабжения. Применение герметичных вводов такой конструкция (ВГКК) на строящихся и действующих АЭС гарантирует радиационную безопасность и экологическую чистоту округагсцего пространства даже при аварийней ситуации (разумеется, исключая аварии с разрушением здания АЗС). Такой уровень безопасности дбеспечгзается специфическими 'люСенностами конструкции гермоввода и оригинальным подо ;ром материалов я элементов конструкта.

Использование в уз.^х термопарных кабелей с жалами хромель - алюмель в качестве герметиков стеклс /.ри :талличе' гих .материалов с высокой температурой плавления позволил; с ¡-

дать высоконадежный гермоввод, удовлетворявший всем требованиям пожарной, радиационной и химической стойкости. Внедрение такой конструкции на АЗС позволит обеспечить безопасную работу атомной станции на болэе высоком уровне.

Кроме атомных станций, разработанные проходки могут быть использованы при создании противопоэгарных барьеров в кабельных коридорах различного назначения.

В 1996 году между Инженерно-Технологическим институтом АТН РФ и 3-м Институтом Ядерной промышленности КЛИП в ходе работы семинара в 8-м Институте ядерной промышленности КГКЯП г. Шанхай (КНР) был подписан протокол намерения о создании совместного предприятия но производству герметатшых вводов типа ВГКЕ. В настоящее вреда ведутся переговоры об использовании гермовводов ВГКК (в том числе и гермовводов на базе термопарных (ХА) кабелей) на новых атошцх станциях.

На завзту выносятся следующие положения

1. Выбор неорганичзских материалов, обладавши заданными свойствами (см. п."Цель.работы"), для герметизации кабелей KTUCU (ХА).

2. Модульная , конструкция на основе термопарных кабелей CTîîCM (ХА) с килами из сплавов хромель, алюкель; неорганических электроизоляционных материалов <стеклокристалляческие покрытия ПСТ 135-1', ЛСТ 150-1 и керамика 22ХС).

3. Технология герметизации кабелей стеклокристалличес-кими покрытиями ПСТ 135-1. ПСТ 150-1 и керамикой 22ХС.

Апробация работы

Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсукдалнсь на:

1. Научно-технической конференции колодах ученых Приамурья. 20 апреля 1994г., г. Благовещенск..

2. Четвертой международной икряз-симпозиуне "Стоика и химия твердого тела". Июнь 1204г.. г.'Благовещенск.

3. Международной научно-технической яонфер'зщки "Роль атомной энергетики в реыении региональных экономических ir экологических проблем". 18-20 октября 1994г.. г.Владивосток.

- а -

4. Региональной студенческой научно-технической конфе-ренциь "Студенты и научно-технический прогресс". 5 апреля 1995г., г.Благовещенск.

5. Республиканской научно-технической конференции "Проблемы энергоснабжения Дальнего Востока". 25-27 апреля 1995г.. г.Благовещенск.

6. Семинаре в 8-ы Институте ядерной промышленности КГКЯП. 6 января 1996г.. г. Шанхай, КНР.

Результаты работы рассматривались Межведомственной комиссией из представителей Атомэнергоэкслорта. Атомэнергопро-екта, Госатомэнергонадзора. Министерства атомной энергетики и НИИ Противопожарной обороны МВД РФ.

Объем п структура диссертационной работа

Диссертация состоит из введения. 6 глав, заключения и содержит 167 страниц, в ток числе 28 рисунков. 20 таблиц, списка литературы, включающего 112 наименований и 3 приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Первая глаза посвящена литературному обзору работ, описывающих конструкции герметичных вводов, применяемых на атомных станциях, и материалы, используемые в узлах герметизации данных конструкций.

Произведен сравнительный анализ надежности различных конструкций гермовводов. отмечены их преимущества к недостатки. Обзор используемых в настоящее время в конструкциях вводов электротехнических материалов включает в себя характеристики и свойства органических полимеров, неорганических стекол, ситаллов и керамических материалов. Для представителей каадого класса электроизоляционных материалов приведены их основные эксплуатационные свойства. Отмечены изменения свойств герметизирующих к конструкционных материалов, используемых в гермовводах. под действием излучения и проанализирована возможность кх применения в разработанной конструкции.

Проведенный анализ приводит к выводу, что для повышения надежности герметичного ввода в условиях работы на АЗС, необходимо создать такую конструкцию, в которой будут использованы материалы, устойчивые к действия гамма-излучению, огнестойкие и понароустойчивые.

Во второй главе рассматриваются обязательные для АЭС уровни защиты окружающей среды от излучений и радиоактивных веществ, к которым относится и защитная оболочка (третий барьер безопасности). Описаны конструкции закцтщх оболочек различит типов, выполняемые ими функции.

Создание безопасной АЭС требует герметичных вводов более высокой степени надежности. Приведены новые (позшешше) требования к условиям работы гермовводов в нормальных и аварийных ретамах с указанием основных параметров.

С учетом этих требований все используегше в конструкциях герметичных вводов материалы долям обладать комплексом необходимых свойств. Основываясь из этих требованиях, автор формулирует основные задачи своей работы.

В третьей глава дана общая характеристика вводов герметичных контрольных кабелей (ВГКК). Особенность» вводов этого тепа является то, что в их конструкции используются только негорючие и радиационностойкке неорганические материалы. Описана конструкция герметичного ввода типа ВГКК. Гермоввод (рис.1) состоит из корпуса 1. с обоих концов которого герметично приварены флашы 2. В отверстия фланцев вварены (или впаяны) герметизированные кабели 3. Внутри корпуса находится биологическая защита из бетона 4. К обеим концам корпуса присоединены защипке когухи. состояюге из Е:орпуса 13 и съемной !фы2ки 14. Герметичность сваршс: н паянных пеов контролируется с поко'дьп штуцера 5.

Проанализированы способы получения неталлояерамических изоляторов, отмечено их разнообразие и технологические особенности.

Отмечены недостатки гермовводов с метадвскеракическимн изоляторами. С учетом существующих недостатков сделан вывод, что необходимо разработать такуи кокструкзг.ш модуля*, где герметизация -обоих торцов производилась бы в минимально короткие сроки. При этом долено соблюдаться условие: сборка

гериоввода выполняется из готовых (герметизированных с двух сторон) модулей, прошедших контроль заданных параметров.

В настоящей . работе для герковвода типа ВГКК-194-3. 00.00.00. предлагается ситаллокерамические модули на основе термопарных кабелей с жилами хромель-алшель (КТМС (ХА) (2x0,9)). Конструкция модуля представлена на рисунке 2.

Обоснован выбор конструкционных материалов, базовых для герметичного модуля. Главный критерий выбора материалов конструкции - их работоспособность в условиях радиации и высоких температур. В качестве элементов конструкции выбраны кабели с оболочкой из стали Х18Н10Т; хилы из термоэлектродных сплавов алимель, хромель; электрическая изоляция из оксида магния. Приведены общие характеристики материалов для термопарного кабеля ХА.

Проведен сравнительный анализ преимуществ и недостатков разработанной конструкции гормоввода и его аналогов с использованием металлокераг-шческих и стеклоситалдовых узлов герметизации. Рассмотрены преимущества предлагаемого способа получения герпетичных модулей.

В четвертой' главе проведен выбор герметизирующих материалов и определены их эксплуатационные- сараметры.

Выбор материалоз-герметиков осуществлялся с учетом предъявляемых к ним требований, Ентекакщпх из общего технического задания на изделие, и требований получения назеаого спая. В качестве герметизирующих выбраны стеклэкридталличес-кие материалы (ситалла) марок ПСТ 135-1. ПСТ 150-1, и керамика 22ХС. с целью исключения взаимодействия мевду расплавом ситалла и минеральной изоляцией использовалась каолиновая вата. Приведены характеристики герметизирующих натериалов.

* Модуле/.', называется отрезок кабеля, торцевые части которого освобождены О/?! металлической оболочки, и магнезиальной изоляции, и герметзщюбат элехяроизвляииокным лшериалок.

Получены дачные измерений ТКЛР, температур стеклования к разиагченкя для ситаллов ПСТ 135-1 и ПСТ 150-1. Измерения производились на кварцевом дилатометре ДКД. Для стеклокрис--таллических материалов проводилась дополнительная термообработка при различных температурах. Из представленных данных (таблица 1) видно, что для получения "идеального спая" наиболее подходящим значением ТКЛР ситалла ПСТ 135-1 является 120'Ю"7 . Это соответствует дополнительной термообработке при темпэратурэ 730-780 °С. Исследования показали, что для материала ПСТ 150-1 дополнительная термообработка на дилатометрические свойства не влияет.

С нельп получения качественного герметичного спая производилась оценка степени очистки внутренней поверхности оболочки кабеля. Для этого определяли угол смачивания ситзл-лом пластинок из материала оболочка с различной степень» очистки от минеральной изоляции. Эксперименты проводились совместно с Охотниковой Г.Г. Результаты определения приведены в таблице 2. Полученные результаты показывают, ■ что для получения качественного спая нержавеющая сталь - стеклокрис-таллическое покрытие необходима тщательная очистка внутренней поверхности торца кабеля от минеральной изоляции.

В пятой главе представлена разработка технологии герметизации термопарного кабеля с аилами хромель-олюмель стек-локристаллическими и керамическим материалами. Проведен анализ существующих способов герметизации кабелей со стальной оболочкой и минеральной изоляцией.

Проведен поиск способа изготовления герметичного мода-ля. оптимальным является способ образования полости на торцг кабеля, с последующим заполнение« ее герметикой.

На рисунке 3 представлена технологическая схема процесса изготовления снталлокерамнческих модулей.

Подготовка термопарного кабеля к герметизации заключалась в следующее: с обоих концов кабеля производилась обрезка и удаление оболочки; из торца кабеля и с жил удалялась магнезиальная изоляция. Для получения качественного спая производилась тщательная очистка ¡кил и внутренней поверхности образованной полости от материала изоляции с последующей обдувкой и обезжириванием поверхности.

Для герметизации торцов термопарного кабеля принята "таблеточная" технология, согласно которой из стеклокристал-лических материалов ПСТ 135-1. ПСТ 150-1 и керамической массы 22ХС изготавливались таблетки. Приведены составы пресс-порошков и термопластичного шликера, режимы термообработки таблеток.

Процесс герметизации торца термопарного кабеля ХА осуществлялся путем спаивания стеклокристаллического материала • с оболочкой и аилами кабеля. В расплав ситалла посажена таблетка из материала 22ХС. которая необходима для придания механической прочности узлу герметизации. Процесс герметизации заключался в следующем. После предварительной сушки кабеля, в образованную полость торца помещали прокладку из каолиновой ваты. ситаллоау» таблетку из материала ПСТ 135-1 (ПСТ 150-1), Затем на халы одевали прокаленнув сладу и таблетку кз материала 22ХС. Подготовленный таким образом кабель вводили в. цилиндричеекув печь. где производили спаивание при температуре 860 - 880 °С (для ПСТ 150-1) или 930 - 360 °С (для ПСТ 135-1) с выдержкой в течение 4-5 ш. Поело вывода торца кабеля и: зоны спаивания печи, расплав ситалла поддрессовызали г помощь» керамической таблетки. Сразу же поело подпрвссопнл сладу снимали с ш, а керамическую таблетку опускали в расплав. Второй торец герметизировали аналогично.

Полученный модуль (рис. 2) представляет собой отрезок кабеля со стальной оболочкой (2), килами (1) из термоэлектронных сплавов хромель-алимель и минеральной изоляцией (3). Торцы кабеля герметизированы расплавом стеклокристаллического материала ПСТ 135-1 или ПСТ 150-1 (5). В расплав опущена керамическая таблетка (6) из материала 2210.

В шестой главе описаны методики, использованные при исследованиях, применяемых в настоящей работе. Проведен анализ подученных экспериментальных данных.

Представлен разработанный экспресс - метод контроля герметичности модуля.

Приведены результаты испытаний герметизированных образцов термопарных (ХА) кабелей, облученных в кобальтовой гамма - установке мозростьв дозы Р = 37,5 Гр/с.

Результаты испытаний приведены на рисунках 4 и 5. Из приведенных данных видно, что сопротивление изоляции термопарных кабелей имеет достаточно высокие значения и практически не изменяется до гамма - облучения дозой 1-Ю6 Гр. После гамма - облучения кабелей дозой выше 1'10б Гр до предельной - 5-Ю6 Гр сопротивление изоляции заметно снижается, но его значения соответствуют предъявляемым требованиям (не менее 10 МОЮ. Причем термопарные кабели, герметизированные двумя разными ситаллами ПСТ 135-1 и ПСТ 150-1. показывают близкие значения сопротивления изоляции.

При создании аварийных ситуаций, близких резиму "малой течи" (рис. 5), происходит резкое снижение сопротивления изоляции. При этом, значения сопротивления изоляции близки его требуемым значениям.-

Вакуумная плотность узлов определялась по изменению давления воздуха в вакуумной системе на образцах термопарного кабеля длиной 50 км. Вакумплотность узла герметизации эценивалась по натекант в него воздуха. Для этого определяли степень и скорость натекания по воздуху. Результаты испытаний узла герметизации термопарного кабеля приведены в таблице з. Полученные данные соответствуют требованиям, предъявляемым к герметичным изделиям (конструкциям).

Для изучения процессов, происходящих в зонах контакта оболочки и жил кабеля со стеклокристаллическнм материалом, проводились исследовангз узла герметизации термопарного (ХА) кабеля с помощью растрового электронного' микроскопа ЛБМ -35С ¿ЕОЬ (Япония).

В результате исследований -получены фотографии герметичного спая между ситаллом ПСТ 150-1. оболочкой и килами табеля.

Снимки в рентгеновских лучах • показывают распределение элементов на поверхности исследуемого образца: на границе оболочка-ситалл и ситалл-нила. Также получены рентгеновские профили (рис.6), которые подтверждает , наличие адгезии п сцепления между ситаллом и оболочкой (жилами) кабеля.

Методами рентгеновской дифрактометрии исследован' фазовый состав стеклокристаллического материала марки ПСТ 135-1. При расиифровке дифрактограммы обнаружены кварц,.а-тридимит.

силикат калия Кг31г05 и силикат литая Ь1г51307. Несколько пиков не идентифицированы. Кроме того, в результате проведенной идентификации в исследуемом образце ситалла обнаружены базальные отражения каолинита, не входящего в состав ПСТ 135-1. Очевидно, эта можно обьяснить тем. что каолин попадает в образец с подложки при обжиге таблеток.

■ ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

В данной 'работе обоснован выбор материалов для герметизации торцов кабелей с килами из термоэлектродных сплавов хромель-алюмель,, работоспособных в условиях радиации и высоких температур (до 1000 °С по кривой стандартного пожара). На основе выбранных материалов разработана новая перспективная технология герметизации торцов кабелей для изготовления герметичных вводов.

В соответствии с требованиями, предъявляемыми к материалам для электрической изоляции в условиях работы на АЭС в диссертационной работе решены следующие задачи:

1. В качестве элементов модульной конструкции выбраны термопарные КТМС (ХА) кабели с оболочкой из стали Х18Н10Т. с »силами из термоэлектродных сплавов хромель, алюмель и минеральной (магнезиальной) изоляцией.

2. В качестве исходных материалов - герметиков рассматривались органические полимерные материалы, электротехническая керамика, неорганические стекла и ситаллы.

Учитывая предъявляемые требования к полученные в этой области результаты, для дальнейших исследований оставлены ситаллы ПСТ 135-1 и ПСТ 150-1 и высокопиноземистая керамика 22ХС.

3. Выбранные для герметизации ситаллы имеют хорошую адгезию к материалам оболочки, кил и керамике 22ХС. согласование с ними по коэффициенту термического расширения. Все перечисленные выше материалы обладают следующими свойствами:

- удельным электрическим сопротивлением, обеспечивающим сопротивление изоляции между килой и оболочкой и между шла-

ни не менее 10 МОм в нормальных условиях и в предельных.условиях (при температуре до 150 °С);

- электрической прочностью, обеспечивающей работоспособность при напряжении менду килой и оболочкой, и между килами при 220 В. а также испытание напряжением 0.5 кВ при частоте 50 Гц в течение 1. кинуты;

- механической прочностью (когезионной и адгезионной к материалу оболочки и жил), обеспечивающей сохранение герметичности при изготовлении, испытаниях, хранении, транспортировке и эксплуатации;

- коррозионной стойкостью, обеспечиБЭЯщей сохранение электроизоляционных свойств (сопротивление изоляции не менее 10 МОм) и герметичности (степень, натекания по воздуху не должна превышать 5,6-10"7 Па-м3/с) при неблагоприятных климатических воздействиях, действии водяного пара и паровоздушной смеси, дезактивационшх и поглощаэдих растворов в течение заданного времени;

- радиационной стойкостью при заданных штешжвностях и дозах излучения (10 - 103. Гр/час, интегральная доза 5"10е Гр), обеспечзвавщей сохранение электроизоляционных свойств и гер?-!етичности на заданном уровне;

- стабильностью всех свойств, обеспечивающей полный назначенный срок службы в заданном диапазоне температур, давлений, электрических напряжений, радиационных, коррозионных воздействий.

4. Разработан ксвнй способ изготовления герметичных модулей на основе термопарных кабелей с ситаллокерамическими узлами .герметизации. Этот способ отличается от известного способа герметизации термопарного кабеля с килами хро-мель-копель тем. что герметизация кабеля происходит по "вы-сокотеупературной" технологии. Это•обусловлено более высоким по срЕсненив со стеклоприпоем температурным .интервалом оплавления стеклокристаллического материала (до S60 °С). Такая технология обеспечивает модули более высокув надеанооть по критериям пожароустойчивости и химической стойкости.

Герметизация торца термопарного кабеля осуществляется с помощью стеклокристаллического материала (ситалла) ПСТ 135-1 или ПСТ 150-1. Непосредственное спаивание оболочки и жил ка-

- íe -

беля с ситаллом производится при температуре 930 - 960 °С (для ПСТ 135-1) или три 860 - 880 °С (для ПСГ 150-1) До расплавления ситалла. В расплав опущена керамическая таблетка. которая обеспечивает необходим}® механическую прочность спая.

5. Разработан экспресс - метод контроля герметичности, основанный на резком уменьшении электросопротивления мевду килой и оболочкой и между жилами при отсутствии или нарушении герметичности торца вследствие поглощения магнезиальной изоляцией влага при погружении торца кабеля в воду.

6. Полученные модули исследованы в условиях работы на АЭС. При гамма - облучении дозой до 1U06 Гр рабочие характеристики модулей практически не меняются и их значения удовлетворяют предъявляемым требованиям. После достижения предельной дозы гамма-облучения - 5"10е Гр - сопротивление изоляции заметно снижается, но соответствует требуемым значениям. Предельная доза составляет интегральную дозу радиации с учетом всех аварий.

7. Проведены испытания узлов термопарных кабелей на герметичность. Полученные в ходе эксперимента значения отвечают предъявляемым требованиям.

8. Исследованы зоны контакта оболочки i жил термопарного (ХА) кабеля со стеклокристаллическин материалом. Ситалл имеет мелкопорцстув структуру (без открытой пористости), хорошую смачиваемость и сцепление с оболочкой и с жилами кабеля. Это подтверждается полученным распределением элементов на поверхности исследуемого образца и вдоль линии сканирования (рентгеновскими профилями).

9. Проведены исследования фазового состава стеклокрис-таллического материала-марки ПС1 135-1 с помощью рентгенофа-зового анализа. Основными кристаллическими фазами си: алла ПСТ 135-1 являются модификации ЗЮг: кварц, а-тридимит и силикаты калия и лития (K2Si205. U2SÍ3O7). Кроме того, обнаружены базалькые отражения каолинита, не входящего в состав ПСТ 135-1.

В настоящее время разработка герметичных вводов типа ВГКК закончена и принята Меаведомотвенной комиссией в составе представителей Атомэнергоэкспорта. Атомэнергопроекта. Го-

сатомэнергонадзора и Министерства атомной энергетики. В установленном порядке утверждены технические условия на поставку изделий на АЭС.

По результатам проделанной работы в январе 1996 г. между Инженерно-Технологическим институтом АТН РФ и 8-м Институтом Ядерной промышленности Китайской Народной Республики подписан протокол намерений о создании совместного предприятия по производству герметичных вводов типа БГКК, в том числе конструкции ВГКК - 194 - 3.00.00.00. ВО (термопарные кабели с жилами хромель - алвмель). представленной в диссертации.

При переходе атомной энергетики на стальную герметичную оболочку и при отсутствии в гермовводе биозащиты появляется возможность создания гермоввода модульного типа, в котором при необходимости легко заменяется любой неисправный модуль.

Кроме атомных станций, разработанные проходки могут быть использованы при создании противопожарных барьеров в кабельньх коридорах различного назначения.

Основные материалы, источенные в диссертация, . спублшсазаны в следуяцих работах:

1. Костюков Н.С., Охотникова Г.Г., Головко Т.А. Герметичные вводы контрольных и термопарных кабелей для АЭС. -Благовещенск: АмГУ и ИТЦ АмурЩ ДВО РАН, 1991. - 58 с.

2. "Вводы герметичные контрольных кабелей типа ВГКК для АЭС". Технические условия ТУ 7434-4740909-001-923. -. Благовещенск. 1992.- 62 с.

3. Охотникова Г. Г.. Головко Т.А., Костюков Н. С. Некоторые элементы конструкции герметизирующей оболдчки АЭС. Тез. докл. IV Международной школы.- симпозиума "Физика и химия твердого тела". - Благовещенск: АмурКНИИ ДВО РАН. 4-6 июня 1994 г. - С. 59.

4. Костаков Н.С.. Охотникова Г.г.. Головко Т.А. Герметичные вводы силовых и контрольных кабелей для АЭС// Роль атомной энергетики в решении региональных экономических и экологических проблем. Тез. докл. Мевдунар. науч.-техн. конференции. - Владивосток, 18-20 октября 1994 г. - С.37.

5. Костюков Н.С., Охотникова Г.Г.. Головко Т.А. Проблема надежности герметичных вводов в создании безопасной АЭС// Проблемы энергоснабжения Дальнего Востока. Тез. докл. Рес-публ. науч.-техн. конф. Благовещенск. 20 апреля 1995г. -С.

6. Костюков Н.С.. Головко Т.А., Охотникова Г.Г. Способы заделки кабеля с минеральной изоляцией стекловидными и стек-локристаллическими материалами// Вестник Амурского научного центра "Физика. Химия. Материаловедение". - Сер. 2, вып. 1. - 1997. - С. 95-103.

7. Костюков Н.С., Головко Т.А.. Охотникова Г.Г. Герметизация термопарных и контрольных кабелей герметичных вводов АЭС стеклокристаллическими и стекловидными материала!®// Атомная энергия. - Т. 82. вып. 5. - 1997. - С. 362-365.

8. Герметичные кабельные вводы нового поколения для АЭС/ Костюков Н. С., Охотникова Г.Г., Головко Т. А. и др. -Владивосток: Дальнаука. 1997. - 258 с.

--То.

Герметичный ввод контрольных кабелой типа ВГКК. 1 - корпус гермоввода; 2 - фланец; 3 - кабель; 4 - биологическая защита гермоввода; 5 - штуцер контроля герметичности ввода; 6, 8 - монтажное кольцо; 7 - штуцер контроля герметичности монтажных, швов-, 9 - изолятор; ■10 - проводник; И - закладная труба; 12 - бетонная ободочка; 13 - кожух; 14 - крышка; 15,16,- сальник; 17, 18 - прокладка; 19 - болт заземления; 20 - пробка; 21 -биологическая.защита зазора; 22 - подходящий кабель.

Рис. 1

Ситаллокерамический модуль. 1 - жила: 2 - металлическая оболочка кабеля: 3 - магнезиальная изоляшя: 4 - прокладка из каолиновой ваты: 5 -расплав ситалла: £> ■ керамическая таблетка.

Таблица 1

Дилатометрические свойства материалов

Марка материала Дополнит, термообработка. °С ТКЛР (20-400 °С) •ю-7,1/°с Т„. °С Т„. °С

ПСТ 135-1 - . 135 480 530

600 - 650 130 - > 780

760 - 780 120 - 810

ПСТ 150-1 - 150 460 535

Примечание:

для стеклокристаллических материалов Да - 5'10"т 1/°С; ДТ8 = 5 °С. АТе - 5 °С:

А -.модуль абсолютной погрешности измерения,величины.

Таблица 2 Определение угла смачивания

Степень зачистки пластинки Марка герметика Решим предзар. термообработки герметика Температура оплавления. Угол смачивания 6. град.

Группа 1 ПСТ 150-1 Выжигание связки: 450-500 ЙС. спекание: 700„С спекание: 620„С спекание: 540 С 840 840 840 100 102 102

ПСТ. 135-1 Выжигание связки: 450-500 °С, спекание: 840„С спекание: 760° С спекание: 700°С 940 940 940 95

Группа ?, ПСТ 150-1 Выжигание связки: 450-500 X спекание: 700°С спекание: 620°С спекание: 540°С 840 840 840 102 105 105

ИСТ 135-1 Выжигание связки: 450-500 иС, спекание: 840„С спекание: 760°С спекание: 700°С 940 940 940 90

Группа з 1 ПСТ 150-1 Выжигание связки: 450-500 "С, спекание: '?00"С спекание: 620„С спекание: 540°С 840 840 840 47 59 61

ПСТ 135-1 Вы»' - ь'ие связки:-' ¡Л -500 ВС, спека^е: 340„С спекание: ■760°С спекание: ТОО С 940 940 940 63

Примичглшя:

у-лтериала ПСТ 150-1 А0 - 3 град.; ;;дл у га-риала ПСТ 135-1 ДО - 0 град.; А - MwT/.ib абсолютной погрешности измерения величины.

Растекание Щлеток из материала ПСТ 135-1, спеченных гсм /'-О ис и 700 X не происходит. Вместо растекания происходит значительное уплотнение спеченных таблеток и нез-начителыое ошоьление последних по верхнему краю.

синтез исходных стекол

синтез керамической лздхты

удаление оболочки кабеля

измельчение стекол

измельчение

еихты

удаление минеральной изоляции

приготовление пресспорошка

прессован» таблеток

приготовление литьевой массы

горячее литье под давлением

> пьетгание связки <

V

спекание таблеток

V

•> сборка модуля

обработка аил а зоны спаивания

сушка кабеля

прокаливание каолиновой ваты

контроль электросопротивления

спаивание деталей

1

контроль качества 1

контроль заданных параметров ■ |

Технологическая схема процесса изготовления ситаллокерамических модулей

5'106 Гр - интегральная дойл ралйации с учетом всех аварий

Зависимость попооТизд^Ий изоляции модулей от I дозы гамма-облучония.

1 -'термопарные кабели !ХА), герметизированные ситал-

лок «арки ИСТ 135-1;

2 - термчпзрны^ кабели (ХА), гепмотизированные ситал-

лок карст ПСТ 150-1.

"малая течь"

"большая течь"

Сопротивление изоляции модулей при испытаниях в аварийных оекимах "малая течь" и большая течь" СЗ -термопапные кабели (ХА>. герметик ситалл ПСТ 135-1; СЗ -термопарные кабели (ХА), герметик ситалл ПСТ 150-1.

Ркс. 5

Таблица 3

Определение скорости и степени натекания по воздуху узла герметизации термопарного (ХА) кабеля

N г/п образца Изменение давления. Па (Ротк'Рцат) Крема натекания X нат. С Скорость натекания унат. Па/с Степень нате-кания анат. Па'м3/с

' 1 3.5 1915 1.8'Ю"3 1,8-Ю"7

2 3.5 ЮЛ 3.4'Ю"3 3.3-10"7

3 3.5 921 3,8' 10~3 3,7-Ю"7

4 - 3,5 1842 1.9'10"3 1.9'Ю"7

г. О • 3.5 1346 2.С10"3 2.5-Ю"7

распределение элементов на поверхности образца вдоль линии сканирования (ренгеновские профили).

Рис. С

Г ' , V V / /

/ "'

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

АМУРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи ГОЛОВКО ТАТЬЯНА АНАТОЛЬЕВНА

УДК 621.315.61.539. 16

ГЕРМЕТИЧНЫЕ МОДУЛИ ДЛЯ ТЕРМОПАРНЫХ (ХА) КАБЕЛЕЙ

ГЕРМОВВОДОВ НА ОСНОВЕ СТЕКЛОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ И КЕРАМИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Специальность 01.04.10 - Физика полупроводников

и диэлектриков

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: Член-корреспондент АТН РФ доктор технических наук, профессор КОСТЮКОВ Н.С/

Благовещенск, 1998г.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ .............................................. 6

Глава 1. ГЕРМЕТИЧНЫЕ КАБЕЛЬНЫЕ ВВОДЫ ДЛЯ АЭС.

ХАРАКТЕРИСТИКА И СВОЙСТВА ЭЛЕКР0И30ЛЯЦИ0ННЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ГЕРМЕТИЗАЦИИ КАБЕЛЕЙ........... 14

1.1. Герметичные вводы на основе полимерных материалов.................................... 14

1.1.1. Характеристика герметичных вводов .......... 14

1.1.2. Характеристика и свойства полимерных материалов.................................... 19

1.2. Герметичные вводы на основе стекла............ 28

1.2.1. Характеристика герметичных вводов...........28

1.2.2. Основные характеристики и свойства стекол... 33

1.2.3. Стеклокристаллические покрытия.............. 42

1.3. Герметичные вводы на основе керамических материалов.................................... 45

1.3.1. Характеристика герметичных вводов .......... 45

1.3.2. Основные свойства керамических

материалов.................................... 47

1.4. Радиационная стойкость конструкционных

материалов.................................... 55

Выводы по первой главе............................. 56

Глава 2. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ............................. 58

Выводы по второй главе............................. 63

Глава 3. ГЕРМЕТИЧНЫЕ ВВОДЫ ТИПА ВГКК НА ОСНОВЕ КОНТРОЛЬНЫХ И ТЕРМОПАРНЫХ КАБЕЛЕЙ. АНАЛИЗ И ХАРАКТЕРИСТИКА....................... 66

3.1. Конструкция герметичных вводов

контрольных кабелей типа ВГКК................. 66

3.2. Способы получения металлокерамических соединений.................................... 69

3.3. Гермоввод ВГКК - 194 - 3. 00. 00. 00. ВО....................75

3.4. Общая характеристика конструкционных материалов кабеля..........................................................80

Выводы по третьей главе............................ 89

Глава 4. ВЫБОР ГЕРМЕТИЗИРУЮЩИХ МАТЕРИАЛОВ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИХ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ПАРАМЕТРОВ.................................... 91

4.1. Выбор материалов и элементов конструкции...... 94

4.2. Характеристика герметизирующих материалов..........96

4.3. Определение дилатометрических

свойств материалов........................................................99

4.4. Определение угла смачивания......................................103

Выводы по четвертой главе.......................... 107

Глава 5. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ГЕРМЕТИЗАЦИИ ТЕРМОПАРНЫХ (ХА)

КАБЕЛЕЙ ГЕРМОВВОДОВ ТИПА ВГКК................. 108

5.1. Выбор способа изготовления герметичного

модуля........................................ 108

5.2. Технологический процесс изготовления металлокерамических модулей................... 109

5.2.1. Подготовка торца кабеля к герметизации...... ПО

5.2.2. Подготовка стеклокристаллических и керамических материалов к герметизации...... 112

5.2.3. Герметизация торца термопарного кабеля непосредственным спаиванием оболочки и жил

со стеклокристаллическим материалом........ 115

Выводы по пятой главе.............................. 119

Глава 6. МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЙ

И РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЙ

СИТАЛЛОКЕРАМИЧЕСКИХ МОДУЛЕЙ................... 120

6.1. Метод контроля герметичности.................. 120

6.2. Испытания термопарных (ХА) кабелей в

аварийных режимах............................ 122

6.3. Испытание узлов термопарных кабелей

на вакуумплотность........................... 124

6.4. Исследование переходной зоны узла

герметизации термопарного (ХА) кабеля с помощью электронной микроскопии и рентгеновского микроанализа.................. 129

6.5. Рентгенофазовый анализ........................ 139

Выводы по шестой главе..........................................................141

ЗАКЛЮЧЕНИЕ............................................................................................144

ЛИТЕРАТУРА............................................................................................149

ПРИЛОЖЕНИЯ............................................................................................160

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы

Проблема обеспечения безопасности атомных станций остается особо значимой в связи с неуклонным повышением их роли в мировой и отечественной энергетике. Одним из важных элементов АЭС являются герметичные вводы, недостаточная надежность которых явилась причиной многих серьезных аварий. Существующее разнообразие конструкций гермовводов не решает в полной мере вопросы их надежности, ужесточение требований к ним требует новых конструктивных, технологических и материа-ловедческих решений. Например, гермовводы типа ПГКК отечественного производства, выполненные на основе полимерных материалов, не отвечают современным требованиям и теряют герметичность уже в первые годы работы на АЭС. Это связано с тем, что при повышенных температурах и воздействии радиации полимерные материалы разлагаются, выделяя газообразные и ядовитые вещества.

Неорганические материалы (стекло, керамика) и металлы (медь, стали и сплавы), как известно, обладают более высокой огнестойкостью и радиационной стойкостью, чем органические материалы. Поэтому представляется интересной возможность их использования в качестве герметизирующих, электроизоляционных и конструкционных материалов для гермовводов.

В 1988 году Инженерно - технологическим центром ДВО РАН (ДВО АН СССР) были начаты работы по созданию герметичных

п

I -

вводов для АЭС на основе неорганических материалов, взамен применявшихся ранее вводов типа ПГКК (см. приложение 1). В настоящее время разработка герметичных вводов типа ВГКК закончена и принята Межведомственной комиссией в составе представителей Атомэнергоэкспорта, Атомэнергопроекта, Госа-томэнергонадзора и Министерства атомной энергетики. Утверждены технические условия на поставку изделий на АЭС.

Цель работы

Целью данной работы является разработка конструкции и способа изготовления герметичных модулей на основе термопарных кабелей с жилами хромель-алюмель для гермовводов типа ВГКК.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Подобрать исходные материалы для разработки герметичного модуля. Выбранные для соединения, герметизации и изоляции материалы должны обладать рядом свойств:

- удельным электрическим сопротивлением, обеспечивающим сопротивление изоляции между жилой и оболочкой и между жилами не менее 10 МОм в нормальных и предельных условиях (при температуре до 150 °С, давлении до 0,5 МПа, радиации до 103 Гр/час);

- электрической прочностью, обеспечивающей работоспособность при напряжении между жилой и оболочкой и между жилами при 220 В, а также испытание напряжением 0,5 кВ при частоте 50 Гц в течение 1 минуты;

- механической прочностью спая, обеспечивающего сохранение герметичности при изготовлении, испытаниях, хранении, транспортировке и эксплуатации;

- коррозионной стойкостью, обеспечивающей сохранение электроизоляционных свойств (сопротивление изоляции не менее 10 МОм) и герметичности (степень натекания по воздуху не должна превышать 5,6'10"7 Па-м3/с) при неблагоприятных климатических воздействиях, действии водяного пара и паровоздушной смеси, дезактивационных и поглощающих растворов в течение заданного времени;

- радиационной стойкостью при заданных интенсивностях и дозах излучения (10 - 103 Гр/час, интегральная доза 5'106 Гр), обеспечивающей сохранение диэлектрических свойств и герметичности на заданном уровне;

- стабильностью всех свойств, обеспечивающей полный назначенный срок службы в заданном диапазоне температур, давлений, электрических напряжений, радиационных и коррозионных воздействий.

2. Разработать конструкцию и технологию герметизации отдельных узлов кабелей для гермоввода на основе выбранных материалов.

3. Разработать методику контроля основных параметров.

4. Исследовать полученные модули при рабочих условиях АЭС, а также в аварийных режимах.

5. Провести исследования, подтверждающие правильность выбора герметизирующих материалов.

Объекты исследований

1. Термопарные кабели КТМСМ (ХА) с оболочкой из стали Х18Н10Т, с жилами из термоэлектродных сплавов хромель, алю-мель и минеральной (магнезиальной) изоляцией.

2. Стеклокристаллические покрытия ПСТ 135-1, ПСТ 150-1, керамика 22ХС.

3. Герметичные модули на основе кабелей КТМСМ (ХА) и электроизоляционных материалов по п. 2.

Научная новизна

1. В результате исследований для создания герметичного ввода выбраны только неорганические материалы и металлы, обладающие высокой радиационной, химической и огневой стойкостью.

2. Разработан новый способ изготовления герметичных модулей на основе термопарных кабелей с ситаллокерамическими узлами герметизации. Он отличается от аналогичного ему способа герметизации термопарного кабеля с жилами хромель-ко-пель тем, что герметизация концов этих кабелей происходит по "высокотемпературной" технологии. Это достигается использованием герметизирующих материалов с более высокой температу-ратурой плавления, что обеспечивает более надежный по критериям пожароустойчивости и химической стойкости узел.

3. Герметичные вводы, разработанные на основе модулей с минеральной изоляцией, имеют ряд преимуществ (кроме указанных выше) перед герметичными вводами существующих конструк-

ций:

- выбор материалов и элементов конструкции гарантирует высокую надежность герметичных вводов при эксплуатации в условиях радиации, повышенных температур, давлений, различных климатических воздействий;

- использование такого способа герметизации дает возможность производить сборку гермоввода после заделки обоих концов кабелей и проверки его герметичности. Это существенно облегчает процесс сборки;

- при отсутствии в гермовводе биозащиты появляется возможность создания такого гермоввода, в котором легко заменяется любой неисправный кабель;

- герметизация кабеля с двух сторон позволяет говорить о двойном барьере герметичности. При разгерметизации кабеля со стороны "грязной" зоны (что наиболее вероятно), кабель не теряет своей герметичности, так как со стороны "чистой" зоны, как правило, узел герметизации остается неповрежденным. Это обеспечивается конструктивными особенностями гермоввода (защитные кожуха со специальной засыпкой);

- при потере герметичности одним модулем предлагаемой конструкции с обеих сторон остальные линии остаются герметичными и продолжают функционировать. Кроме того, магнезиальная изоляция потерявшего герметичность кабеля выступает как адсорбент и очищает воздух, проходящий через кабель в "чистые" зоны, от радиоактивных аэрозолей и твердых пылевидных частиц.

Практическая значимость

Полученные результаты позволяют достигнуть абсолютно нового уровня в решении проблемы электроснабжения. Применение герметичных вводов такой конструкции (ВГКК) на строящихся и действующих АЭС гарантирует радиационную безопасность и экологическую чистоту окружающего пространства даже при аварийной ситуации (разумеется, исключая аварии с разрушением здания АЭС). Такой уровень безопасности обеспечивается специфическими особенностями конструкции гермоввода и оригинальным подбором материалов и элементов конструкции.

Использование в узлах термопарных кабелей с жилами хромель - алюмель в качестве герметиков стеклокристаллических материалов с высокой температурой плавления позволило создать высоконадежный гермоввод, удовлетворяющий всем требованиям пожарной, радиационной и химической стойкости. Внедрение такой конструкции на АЭС позволяет обеспечить безопасную работу атомной станции на более высоком уровне.

Кроме атомных станций, разработанные проходки могут быть использованы при создании противопожарных барьеров в кабельных коридорах различного назначения.

В 1996 году между Инженерно-Технологическим институтом АТН РФ и 8-м Институтом Ядерной промышленности КГКЯП в ходе работы семинара в 8-м Институте ядерной промышленности КГКЯП г. Шанхай (КНР) был подписан протокол намерений о создании совместного предприятия по производству герметичных вводов типа ВГКК (приложение 2). В настоящее время ведутся переговоры об использовании гермовводов ВГКК (в том числе и гер-

мовводов на базе термопарных (ХА) кабелей) на новых атомных станциях.

На защиту выносятся следующие положения

1. Выбор неорганических материалов, обладающих заданными свойствами (см. п. "Цель работы"), для герметизации кабелей КТМСМ (ХА).

2. Модульная конструкция на основе термопарных кабелей КТМСМ (ХА) с жилами из сплавов хромель, алюмель; неорганических электроизоляционных материалов (стеклокриеталлические покрытия ПСТ 135-1, ПСТ 150-1 и керамика 22ХС).

3. Технология герметизации кабелей стеклокристалличес-кими покрытиями ПСТ 135-1, ПСТ 150-1 и керамикой 22ХС.

Апробация работы

Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на:

1. Научно-технической конференции молодых ученых Приамурья. 20 апреля 1994г., г. Благовещенск.

2. Четвертой международной школе-симпозиуме "Физика и химия твердого тела". Июнь 1994г., г.Благовещенск.

3. Международной научно-технической конференции "Роль атомной энергетики в решении региональных экономических и экологических проблем". 18-20 октября 1994г., г.Владивосток.

4. Региональной студенческой научно-технической конференции "Студенты и научно-технический прогресс". 5 апреля

1995г., г.Благовещенск.

5. Республиканской научно-технической конференции "Проблемы энергоснабжения Дальнего Востока". 25-27 апреля 1995г., г.Благовещенск.

6. Семинаре в 8-м Институте ядерной промышленности КГКЯП. 6 января 1996г., г. Шанхай, КНР.

Результаты работы рассматривались Межведомственной комиссией из представителей Атомэнергоэкспорта, Атомэнергопро-екта, Госатомэнергонадзора, Министерства атомной энергетики и НИИ Противопожарной обороны МВД РФ.

Глава 1. ГЕРМЕТИЧНЫЕ КАБЕЛЬНЫЕ ВВОДЫ ДЛЯ АЭС. ХАРАКТЕРИСТИКА И СВОЙСТВА ЭЛЕКР0И30ЛЯЦИ0ННЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ГЕРМЕТИЗАЦИИ КАБЕЛЕЙ

Основные конструкции существующих герметичных вводов для АЭС можно разделить на несколько групп: герметичные вводы с полимерными герметиками, герметичные кабельные вводы на стекле и герметичные вводы с металлокерамическими изоляторами.

1.1. Герметичные вводы на основе полимерных материалов

1.1.1. Характеристика герметичных вводов

Герметичные вводы на основе полимерных материалов представлены отечественными вводами типа ПГКК, а также вводами фирм "Джуро Джакович", "Окситроль". Так как гермовводы этих фирм изготавливаются по документации американской фирмы "Конакс", то основные технические решения являются общими.

Герметичный ввод типа ПГКК /1/, приведенный на рис. 1, состоит из металлического корпуса, монтируемого в металлической закладной трубе, которая устанавливается в защитной оболочке АЭС при строительстве. В элементе биологической защиты, расположенном внутри этого корпуса, предусмотрены каналы под некоторым углом к оси корпуса во избежании прямого прострела излучения из "грязной" зоны. Через эти каналы про-

Гермоввод типа ПГКК.

1 - устройство герметизации жгутов; 2 - скоба; 3 - корпус; 4 - закладная труба; 5 - облицовка; 6 - контроль герметичности ввода; 7 - пробка; 8 - контроль газовой плотности кольцевого зазора; 9 - тепловой полуэкран; 10 - кольцо; И -асбестовый шнур; 12 - биологическая защита зазора; 13 - защитная оболочка.

Рис. 1

пущены жгуты электрических проводников в полимерной изоляции. Концы жгутов загерметизированы стопорными устройствами, укрепленными во фланцах корпуса посредством болтов. Во фланце со стороны "чистой" зоны предусмотрено устройство с краном для контроля герметичности внутреннего пространства корпуса. Стопорные элементы с герметичным болтовым присоединением к фланцу корпуса образуют основной узел изоляции и герметизации электрических проводников и являются наиболее слабым элементом этой конструкции.. Герметизация в стопорных устройствах обеспечивается компаундами на полимерной основе, которые подвержены старению во времени, при действии радиации и повышенных температур. Это приводит к потере герметичности.

Радиолиз полимерной электрической изоляции жгутов внутри герметичного корпуса в ряде случаев сопровождается интенсивным газовыделением, что в некоторых конструкциях приводит к взрыву гермоввода уже при радиационных испытаниях.

В отличие от гермовводов типа ПГКК в конструкции фирмы "Конакс" (рис.2) не применяются эпоксидные смолы и компаунды. Для уплотнения в этой конструкции используются "упругие материалы" /2/ (состав не указывается), огневая стойкость которых гарантируется до 190 °С, а радиационная - до 2,2■1010 Гр. Кожух из нержавеющей стали предохраняет расположенные внутри него электрические цепи от прямого пламени, но все же при испытаниях на пожароустойчивость даже при наличие теплоизоляции внутри кожуха температура не опускается ниже 600-650 °С. Такие температуры недопустимы при использовании любого полимерного материала. Присоединение кабельных

Гермоввод фирмы "Conax Corporation". 1 - корпус; 2 - фланец; 3 - электрические проводник