Конструкции и свойств кабельных герметичных вводов на базе керамических диэлектриков тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

акдшш наук wwtttl^ одьрации ;|л/1ьн№0с jwhok одокник амурский кшнль'ксннй научно -жхэдорлтрльпкйй институт (а.мурКНИИ)

(la нрар.ах рукоши-и

конструкции и сно^тна каик,чьи!« i'KiVKTHMIIHX m<tyit«k мл tiAK!-: kl-p.awumw'kmx дин11кктн1кои

f'поцимяыюоть 01.(4. 1П - Физика М'ЧЧУМППТ^ДНЧКОИ И

0Ь.09.0'> - Яп^ктр'п^пчцигчшач и к-лодьиая техника

авторрш'ат дясертар«! (!.'t соискапв»' уч'той (топочи кандидата технических паук

Благовещенск 1У96

•• ' - Po'V>?a емпппис'НЯ v. Амурском комплексном научнее иеолпдока-тольском институте ДНИ РАН.

Научшй рукриодитсль: ДОКТОР T?.V4H"?CKW{

• наук, -'фсй^осор U.C.

Официальные опишет«: доктор •тхншеских наук, профессор М.М. Михайлов ; ' ' кандидат физике мятомятических наук 15.Л. Демчук.

Ведущая организация : Институт хнмт ДНО РАН. г.Людчлсхжж.

Яящита состоится " Ц-Ç " 1i)9?i г. в____чао.

на заседании ОПециализиропаяяого совета д nng.06.11 Президиума ДВО РАН при АмурКНЙЙ ЛВО РАИ по адресу: 6№00, г.Ктагож^'Чюк, пер.'-Релочнчй, д.1. Амурский кмшяоигчпй ваучнсьисследоватепьский институт ДВО РАН.

С диссертацией можно ознакомиться я библиотеке АмурКНИИ ДВО

РАН.

Автореферат разослан " ЪА " 19'-.'б г.,

\i

Ученый секретарь Специализированного Совета

кандидат физико-математических наук Ш^у Астапова Н.О.

{адкнш-;

Актуальность работы

Безопасность атомной станции есть результат безопасной работы отдельных ее объектов и их составных частей. Являясь элементом Системы локализации аварий (Ш) герметичные вводы кабелей играют огромную роль в обеспечении безопасности станции не только в нормальных условиях эксплуатации, но и в аварийных и лослсаюрийных режимах.

К герметичным вводам кабелей предъявляются особо жесткие требования в части обеспечения герметичности и прочности СЛА, надежности передачи электрического сигнала и его формы, радиационной и пожарной устойчивости всех элементов ввода, сохранение работоспособности в течение заданного срока эксплуатации.

Существующие электрические вводы контрольных кабелей, отечественные и зарубежные, не отвечают всем этим требованиям. Кабельные вводы на основе полимерных материалов, например, отечественные ПРКК всилу свойств, входящих в их конструкцию полимеров: низкая термо- и радиационная стойкость, горючесть при низких температурах со значительным выделением ядовитых продуктов горения и др., и, как результат этого - выход вводов из эксплуатации в перг вые же годы работы с нарушением герметичности О,ПА; вводы на основе стекла ив-за его низкой механической и термостойкости .

Конструкция гермоввода ВГКК, предлагаемая в данной работе, лишена всех этих недостатков. В основу конструкции заложены кабели с минеральной (магнезиальной) изоляцией в металлической оболочке, концы которых изолированы метамокерамическими элементами,

а все соединения ввода сварные или паяные.

Таким образом,, гермоввод типа ВГКК состоит только из металлов 'и керамики, которые обладают высокой стойкостью к радиации, термо- и теплостойкостью, не горят, не меняют своих свойств и размеров в течение 80-40 лет эксплуатации.

Цель работы:

Целью данной работы является создание конструкции гермоввода контрольных кабелей, отвечающей всем современным требованниям но безоланости в атомной энергетике, и исследование электрофизических свойств магнезиальной изоляции в коаксиальном кабеле.

Для достижения поставленной цели потребовалось решение следующих конкретных задач:

1. Выбор материалов и комплектующих для создания кабельных модулей для всех типов гермовводов ВГКК. Материал диэлектрика в модуле должен обладать следующими свойствами:

- удельным электрическим сопротивлением, обеспечивающим сопротивление изоляции для каждого типа (схемы) гермоввода на уровне требований технических условий на изделие;

- электрической прочностью, достаточной для постоянной (долговременной) работы под переменным напряжением 380 В (или постоянным - 220 В), и способного выдерживать испытательное напряжение 2 кВ в течение 5 минут при частоте электрического тока 50-60 Гц;

- радиационной стойкостью к г-излучению при интегральной дозе радиации с учетом всех аварий 5 -108 рад;

- температурной стойкостью, способной обеспечить бесперебойную работу в режиме нормальной эксплуатации при температурах до

60°п и в аварийных режим;« - до 1Ь0°С втечение 'Л суток.

2. Выбор материалом для элементов (деталей, умор) гсрмомю-да м их соединителей, обеспечивамцих нормальную работу цепей после максимального стандартного пожара о одной стороны оболочки'в течение УО минут .чрн возрастании температуры до . Ю00°С.

3. Выбор компановки гермоввода и способа соединения элементов (деталей, узлов.) с целыо обеспечения необходимого уровня герметичности, влагозащшденнооти, оиогиициты, механической прочности, эксплуатационной функционаш.ностн, технологичности в процессе производства, максимальной (стопроцентной) готовности изделия к монтажу на Ас«'!.

4. Исследование материала диэлектрика нч соответствие всем требованиям технических условий но электроизоляционным и элект-ропрочностннм характеристикам.

5. Оценка влияния повышенных температур на диэлектрические свойства магнезиальной изоляции в модуле гермовпода

6. Исследование влияния гермоввода на полно!..ю сопротивление и затухание в основной кабельной цепи.

Объекты исследований.

Свойства диэлектриков и конструкционных материалов гермошю-дов с целыо создания конструкции и технологии изделий с максимальной надежностью и долговечностью в нормальных эксплуатационных условиях и в аварийных режимах.

Научная новизна.

1. В результате исследований создана серия герметичных вводов для контрольных кабелей типа ВГКК, состоящих только из метан-

лею и керамики, обладающих исключительной стойкостью и работоспособностью и условиях .Л'-Ю: герметичностью, радиационной стойкостью, термостойкостью, пожароустойчивостью, огнестойкостью, и обеспечивающих необходимый уровень биологической защиты.

И. Ныполнен расчет электрофизических характеристик .гермовво-дов для условий повышенных температур (до 400°С).

3. Выполнен расчет влияния, оказываемого гермор,водом на па раметры основной кабельной линии по волновому сопротивлению и затуханию при повышенных температурах (до 400°С).

Практическая значимость.

Комплектация гермовводами ВГКК строящихся АЭС и замена контрольных вводов ти"а НГКК на гермовводы серии ВГКК на действующих атомных станциях с реакторами ВВЭР позволит значительно поднять уровень безопасности атомной энергетики.

Возможна разработка герметичных вводов на базе предложенных материалов и принципов для других отраслей промышленности и энергетики, например, в химических установках с легковоспламеняющимися материалами (веществами), на взрывоопасных объектах и т.п., где требуется герметичный ввод кабелей с обеспечением их радиационной стойкости, огнестойкости, пожароустойчивости, химической стойкости.

Защищаемые положения.

1. Разработана принципиальная модульная схема компановки конструкции герметичного ввода контрольных кабелей в зону локализации аварий АЭС, удовлетворяющая всем современным требованиям по нормам аварийной и экологической безопасности.

Создана серии из тести типовых кптютрукций герадомюдов ВГКК для вггх схем контроля на олоке, обеспечивающих двойной барьер герметичности, с^^тпвд« только из металлов и керамики, модульная .конструкция которнх гарантирует сохраните герметичности изделия вцелом при выходе из строя хотя бы одного из соединений модуля, минеральная (магнезиальная) изоляция при этом адсорбирует пылевидные частицы и аэрозоли, не пропуская их в "чистые" зоны.

Разработаны два типа защитных устройств для узлов герметизации модулей и систем стыковки гермоввода с кабельной линией, теплозащита которых оо^сп^н'гппся ииштапьнк'м веществом - порошкообразным каолином, на]'рев которого в интервале температур от 500 до №0°0 сопровождается эндотермической реакцией, создавая внутри защитного устройства температуру не вкяе №Ю°1! при наружной температуре нояара до 1000°и.

Гермоввод ВГКК состоит только из негорючих материалов, поэтому является препятствием на пути распространения пожара в другие помещения станции по кабельным коридорам.

г. Диэлектрические потери в магнезиальной изоляции при температурах "малой" (90°С} и "большой"' (1йис1.) аварий незначительно изменяют выходные электрические параметры гермоввода.

3. Затухание в магнезиальной изоляции составляет, менее 17,- от общего затухания в модуле, что в 2-4 раза ниже, чем в. кабелях связи с полимерной изоляцией и увеличивается лишь до 2,5% при повышении температуры до 400°С и частоты тока до 60 МГц. .

Апробация работы. '

1. Вводы герметичные для АЭС нового поколения. Четвертая

- в -

Мегйдународаая икша-сюшозиум "Физика и химия твердого тела". 1-5 июля 19У4г. г.Благовещенск.

. 2. Международная научно-техническая конференция "Роль атомной энергетики б решении региональных экономических к окологичес-' гак проблем". 18-20 октября 1994т-. г.Владивосток.

3. Герметичные р.воды кабелей в зону локализации .аварий для

Респуоликакская научная конференция "Проблемы энергоснабжения Дальнего Востока" 25-27 апреля 1995г. г.Благовещенск.

4. 1'ерметичный ввод цепей контроля и управления в зону локализации аварии АУО. Всероссийская научно-практическая конференция ".Новые высокие технологии и пройлеш реструктуирования и приватизации предприятий. Екатеринбург - 9Ь". Секция 07. Технологии ма-ииностроения и приборостроения. '¿0-22 коня шЬг. г. Екатеринбург.

Ь. Кабельные вводы в герметичную зону АЭС. Журнал "Экология и промнкшешюстъ России". Ишь 1Я9бг.

6. Герметичный ввод. Патент СССР >-;1 ВЗЭДнч.

7. Способ сборки герметичного ввода и герметичный ввод. A.C. СССР N1832335. ■

8. Герметичный ввод. Патент РФ »¡20¡¿2383.

9. Вводы герметичные контрольных кабелей типа ßi'KK для АЭС. Технические условия ТУ 7434-4740909-001-92 Я.

Объем и структура диссертационной работы.

Диссертация.состоит из введения, пяти глав, заключения, что составляет 196' страниц, в тем числе 67 рисунков, 16 таблиц, списка использованной литературы, включающей 102 наименования и 8 приложений.

- и -годкталник раротн

Во введении приведена общая характеристика работы: обоснована актуальность теми, сформулирована цель, отражены научная новизна и практическая значимость полученных результатов.

В первой гларе приведи! литературный оряор робот, посвятен-ннх проблемам пезопасноети в атомной онфгеткке, роли герметичных кабельных л вдов г» обеслечсили утоп безопасности, принципам ком-наногкп и герметизируем материалам, л-шяенпш и основу каждой из расомарриг^мнх конструкций ых>да. выяснено, что в мировой практике гермои'.пдной техники для /№ существует дна няир-адгним констр^к11;1П1!1"-м'п ро!пг;!ц;я гермовводного устройства: гермовводм без раздели кабеля и гермовподн с раяделкой кабеля. Гермоиводи без разделки каоеля обладают рядом существенных недостатков: низкая герметичность в узлах уплотнений, продольная газопроницаемость кабеля, высокая стоимость спецкабеля г, "чистой" и "грязной" зонах, сложность монтажа и демонтажа цельного кабеля. Гермовводм с разделкой кабеля при изоляциии и герметизаци/и полимерами не обеспечивают герметичности изделия и системы локализации аварий на АЭС при незначительных сроках эксплуатации »связи с выходом из , строя отдельных проводников, жгутов и гермоввода вцелом вследсг твие радиолиза полимеров и их низкой температуростоМости; полимерная изоляция легко возгорается с выделением значительного количества дьма и ядовитых веществ, а также способствует распространении огня." Показано, что сгекжжзолятори и стеклогерметики в конструкциях гермовводов обладает низкой стойкостью к термоударам, вследствие , разности температурных коэффициентов линейного

расширения при резком повышении температур происходит разгерметизация свая стекло-арматура, низкой термоотабильностью (300-4004;) и механической стойкостью стекла. Выяснено, что наиболее приемлемой в условиях АЗС является конструкция гермоввода на основе мо-таялокершинрских изоляторов, т. к. только вводы с метаадокерачи-ческими элементами могут обеспечить необходимую степень герметичности (всилу свойств этих материалов в зонах размещения гермоввода) при условии пайки или сварки металлических частей этих изоляторов к корпусу гермоввода и проводнику. Сделан- вьтод, что еопре мевнне гермовводм должны быть основаны на модульном принципе компановки конструкции, когда гермоввод как бы состоит из отдельных блоков - модулей, каждый из которых обладает собственной герметичностью. Такая компановка обеспечивает герметичность г.кода «целом при разгерметизации какого-либо из соединений в модуле.

Во второй части первой главы приведен обзор работ, попущенных исследованию радиационной стойкости электроизоляционных, герметизирующих и конструкционных материалов, используемых в конструкциях гермовводов. Показано, что материалы в атомной энергетике работают в очень жестких условиях - ионизирующие излучения большой мощности, высокие температуры. В течение короткого гюрио да времени интегральная доза нейтронов достигает значительной величины. Большинство изоляционных материаюв не обладает достаточной радиационной стойкостью в таких условиях. Сделан вьаод, что радиолиз полимеров как правило, не приводит к катастрофическому снижению их электроизоляционных свойств. Однако ухудшение механических свойствах, охрупчивание и низкая стойкость полимерных мл-

тепиалпв к иотдапшмм усмпературая. возникающим при взаимодействии о излучением и в результате аварийных ситуаций , являются основной причиной ограничений для применения этих полимеров, на дмг;. Выяснено, что для болыпенстпа керамических материалов гам-ма-получг'НИ!' до до'лн 1011 рад п<* приводит к заметным изменениям структур«, электрофизических и механических свойств. Механическая прочность я1юот|н>и:ял1яционинх керамических материалов изменяется незначительно вплоть до получения флгюисом быстрых нейтронов ИхЮ24 кейтр./м". Однако наведенный объемный злектрическкй заряд и вызванные им локальные электрические пата, могут привести к растрескиванию и разруиению стекла. Радиационные изменения структуры металлов происходят при дозах облучения .значительно превышающих радиационные условия в зоне локапизацич аварий на ЛЯС. Пде-лрчо заключение, что сам!,!ми устойчивыми к радиации диэлектриками являются керочпчсчткк материалы. Только металлы имеют большую радиационную стойкость, чем керамика. Обе эти группы материалов не чувствительны к гамма-радиации, дейт-вувдей в г">ие локализации аварий. Поэтому для гермовводов типа ВГКК нами выбраны только металлы и керамика - материалы, обладающие радиационной стойкостью в условиях АЭС.

Во второй главе приводится последовательность разработки гермовводов серии ВГКК, обоснованно отклоненных вариантов конструкций, систематизируются требования, предъямяеыые разработчиками к принципу компановки и самой конструкции устройства. Заключается, что конструкция ВГКК должна иметь полную заводе^» готовт ность изделия, чтобы обеспечивать установленный документацией

Тряшя та

'Чистая' та

Рис. 1. Герметичный ввод контрольых кабелей тина РГКК. 1 - корпус гермоввода; 2 - фланец (трубная доска); Н - мп-дуль-кабель; 4 - биологическая залшта гермоввода; Ь - штуцер контроля герметичности ввода; 6,8 - монтажное кочьн.п; у - штуцер контроля герметичности монтажных швов; 9 - изолятор; ю проводник; И - оагаадная труба; IX - бетонная оболочка; -кожух; 14 - крышка; 1й,№ - сальник; 17,1« - прокладка; -болт заземления; ?.0 - пробка; 21 - биологическая защита зазора; 2?. - подходящий кабохь.

- 1Н -

уровень качества ввода. Разработанные конструкции (шесть типов) НГКК ( Рис. 1) учи-л'вают вс-с мшоздас системы контроля на блоке, ооеспечишют двойной оарьер герметичности в "грязной" и в "чистой" зонах, состоят и? гзчостоятельннх герметичных модулей на основе кайлой I' мечтшдичоскои огюлочке с магнезиальной изоляцией типа Ш, не приводящих при потере герметичности одним из соединении к рязг'-рметвзапии всего ввода, подключение экранированных проводников осуществляется практически без разрыва экранов, все соединения гермтоподл кгагает» сшрякми или пешими и но гаоо непроницаемости отвечэмт ь классу ги^ршикууги по ОИТ М-л?- М4-И1. Гепуг.рлпд чпиа М'КК обеспечивает »колошижур чистоту помещений станции и окружадо/то пространства, т.к. имеет ой-ологическуп зшуггу , равную биологической защите оболочки станции. При выходе из строя одного из модулей 'при потере герметичности) магнезиальная изоляция выступает как адеорбент и очкщмт воздух, проходящий в "чистые" зоны от радиоактивных аэрозолей и частиц. НГКК состоит только из негорючих материалов - металлов и керамики, чем обеспечивает оарьер на пути распространения пожара по кабельным коридорам в другие помещения станции.

Предложенные варианты защитного устройства (ЗУ) позволяют подсоединять внешние кабели любых конструкций и диаметров, теплозащита в НУ осуществляется порошкообразным клошюм, засыплет,т между двумя стенками конструкции, обладавшим эндотермической реакцией в иит^ргн»" температур то- 6п0°п, что полно,нярт обеспечивать хорошую теплозащиту узлов изоляции от высоких температур, вплоть до температур прямого пожара - 1Гвд°0, выполнять электро-

.монтаж и демонтаж внешнего каоеля практически сев нагрузок н;> капель нне соединения,. fie;> отсоединения всех или части проводников, снижая тем лемм стоимость и трудоемкость плсктромонтожнмх работ,

Р третьей главе говорится об устройстве коаксиапьных кабелей г. металлической оболочке с магнезиальной изоляцией, принципе технологического процесса получения .такого кабеля, о требованиях, предъявляемых к материален, в первую очередь, к материалу изоляции - порошкообразной окиси меди, отмечается главный недостаток окиси магния с; гигроскопичность, главные достоинства - ее негорючесть и высокая температурная стойкость. При нагреве она не выделяет ' токсичных, взрывоопасных и воспламеняющихся продуктов, практически устойчиво работает при температурах, верхний предел которых ограничивается температурой плавления токощюводящих .жил и оболочек (температура плавления меди 1ü83°ü.

Во второй части главы рассмотрены некоторые попроси из теории коаксиальной пары на примере одножильного коаксиального кабеля, который наиболее широко применяется в гермонводах контрольных серии ВГКК, отмечаются условия, при которых коаксиальная пара обладает приемуцествами перед симметричной. Показано, что алектри-чесгае свойства коаксиальной пары обусловлены конструктивным расположением ее проводников и особенностями распространения электромагнитной энергии по коаксиальной паре: внутри металлического проводника магнитное поле H¡p возрастает от центра (г. подом - от внутренней стенки) к его наружной поверхности,. а за пределами проводника убывает до нуля, электромагнитные поля проводников в любой точке вне коаксиальной пары равны по величине и обратим по

- lb -

:?ц,чку: l|'i|Cl t Hf|'b -- п, '('.<>. яглимнп уничт^'лптся (а и h - внутренний и внешний проводники пары). Делается вывод, что алекгрома1'-шгпюе no-i'c кпгкгтда.кого ><nf4vffl cwpfvitwiciio imvrpn !«wwvn>-ной нары, а птшес ее иоле равно нулю. На Рис. 2 линии магпитно-

ГО ПОЛИ Н располагаются ВНУТРИ ЧЗрЫ Г- ВИД«' К'^ЩеНТрНеесКН1' гисру.К

ностей, а плектрино-око*"1 иол»4 К pawwiwi г-цутри ю*1к»чпчм,.ой из ры по jvvtwasbwei Hnnpiuyifmw« мс;т"ду «рпиодпичами и '>. Кч щнуи" ляки папы магнит»4 и -».л»-ifrj»ич*-к^ч'1 ¡юля jvmiMi пул», пт-'уп'тгйе R!|M:)]if>PO ачеКГрСМаНШТПОГО !К»ЛН ПГ'У"|«Ж1!ИП.'ГТ ООИОВНЫО достоино-тва КОаКСЮИШ« lfOftW», а ащ'ПН' И тч-гад,>ПГ.оДг>|: па ИХ ОГЦ01Н\ Н результата взгдаод'чг'птм rw»« с плюгош происходит

ПСрерЯСПрОДЛПеш?'' Т'*!'" по С..Ч1.ЧЦ«! !ijv.nn,4tH!<»fc*< H'!»t\ '•<} - 'ТП JUKVf-НПСТЬ '/\",р':стаг'т К ИОГ.^'КНО-Л'Й IIIKHUVlHit««' ' liOI'.epXHOCTHtJM агентом. отмеча-тея, что ,»nf!.->r.xi'o.'T!!ii!i ^{•фскт усиливается с возрастанием частоты тока, магнитной проницаемости, проводимости,, диаметра. Чем ш»е частота точа Г, тем пщч-нее -фы-чп' смещения тока и тем меньше глубина щмишопт«« тока в толщу проводника. При достаточно высокой «анчлч» ток протекает только по поверхности проводника: наружной - для щлояюго и внутренней - для полого. Помехи от источника кислой чгутпут будут воздействовать не на весь' кабель, а только на его внешний нроподиик. причем чем выше частота, тем меньше глуО""а »цх>ни1Шопсчтн электромагнитных помех и тем больше защищен кабель от влияния посторонних воздействий. Таким образом, в отличае от всех других типов кабален, требующих специальных мер для защиты от помех в коаксиальных кабелях на вы-, соких частотах ото обеспечивается самой цц конструкцией, отмочи-

H ! £

Рис. '¿. Электромагнитное па к> коаксиальной пары.

7+7ít.

Рис. 3. Распределение плотности тока во внутреннем и внешнем проводниках.

1

п

и

а

Й

ITh

Лн

Рис. 5. Схема кабельной линии с. гермовводом.

О № 200 МО w tie О 10(1 2ÜO ¿00 400 t!C V Рис. 4. Коэффициент затухания в каоеле ИМ (1x4) от температур» при частоте 1, йЯ, 00 М1'ц; а - rfM, f) - «д.

Рис. 6. Схема согласовании волношх оопротшш;ний ос-новной кабельной линии и гермонвода.

ется, что преимуществами коаксиального каболн также являются малое затухание и высокая помехозащищенность, которые особенно apiro проявляются в высокочастотном спектре передаваемых сигналов.. -При постоянном токе и на низких частотах, когда ток практически проходит по всему сечению проводников, достоинства птого кабеля пропадают. К третьей части глапч рассматривается, как' распространяется энергия но коаксиальной ларе идеальной конструкции - без учета потерь. Отмечается, что здесь действуют только составляющие Нф, Ег, К2, остальные цок-гор!» либо равны нули, либо ими пренебрегает из-за малой величины. Связь между напряженности электрического и магнитного нолей устанавливается теоремой Умова-Митинга и математически выражается через векторы Митинга: 1?. = Ег / (!ф, отсюда получаем формул!.' для кск»Маднеита распространения г и колиотого сопротивления 7ь, а так*р выражения для коэффициентов затухания « и фа?.ы р , при условии, что в линии потерь нет (6=0) и энергия распространяется без затухания (ом.)).

Далее показывается какие параметры имеет кггжеиммотя пара с учетом потерь в проводниках, т.е. в реаиьных условиях. Приводятся формулы и граафики зависимости параметров коаксиальной пары от частоты и от размеров элементов этой мары, приводятся формулы для расчета аи и сд через параметры электрической цени:

г,6 |/fe1 (D/d + 1) ЧО"3 йм ------------------------- ■ (1)

D •ln(D/d)

«л ~ 28,8 jtf \/~р 'tgfi :10""G . (2)

где I) и d - диаметры внешнего и внутреннего проводников.

В четвертой главе рассматриваются ослог-ние диэлектрические свойства магнезиальной изоляции в коаксиальном кабеле на длине гермовкода, а кабели - как отрезки этого кабеля с незаделанными торцами. Отмечается, что нормальными для Мро условиями считаются влажность менее 4% и Р0оС, мектрофизическнс параметры изоляции си»ьно зависит от вида и ко «»честна примесей н W»jO , 'а также от числа и сечения тпкопроилдтцих жил в кабале. Особо подчеркивается, что пробой е атом кабеле не сопровождается снижением в дальнейшем электрического сопротивления, а тем более выходом кабеля из строя (как V кабелей с полимерной изоляцией), т.к. после отключения напряжения кабель имеет способность самовосстанавливать-см. Приводятся основные электротехнические характеристики гермов-водпв свех типоразмеров. Далее отмечается, что основным недостатком магнезиальной изоляции является ее гигроскопичность, скорость и глубина влагоноглошпшя зависят от плотности окиси магния в кабеле, темпоратурн, давления и влажности окружающей среды, При нормальной илотиости МсО(1ШО-ЖООкг/м3) , температуре и давлении влага проникает 'в кабель на небольшую глубину. Сопротивление изоляции при этом снижается до 2 '106 Ом -км, тангенс угла диэлектрических потерь до 0,04 , а диэлектрическая проницаемость возрастает до 5,2. Делается вывод, что кабели с магнезиальной изоляцией должны использоваться только с герметично заделанными торцами. Однако при 'нагреве (прокаливании) кабеля влага испаряется при . полном восстановлении его электрофизических свойств.

Отмечается, что в условиях работы на АЭС гермоввод находится под действием повышенных температур, при нагреве кабеля от самого

работающего устройства допускается длительная работа контрольного кабеля при температурах до Я00°0, кабели могут выдерживать также iqviTiroppof.tr*!!!««! нагрей до 100П°и, сохраняя при атом свою работоспособность; нагрев сопровождается изменением гсех электро^изичес-ких параметров кабелей. Далее-приведен» расчеты одектрг^изических параметров гормог-ведоп в условиях лондаенпде. температур: 20-ЭД°С - режим нормальной гжоплуатации гермоввода, 1{Ю°(! - режим максимальней течи, РЯ)°г, и /;00°г. - основные параметры кабельной цепи имеют при птих значениях температур изломы в графиках температур-них оолчгиуотей, приведеки таблицы и |*(*афики зависимости олект-[хт4>и:«?"""!тих периметров от температуры. Графики зависимостей коэффициентов затухания в металле и диэлектрике кабеля от температурь!, вычисленные по (1) и (2), при частотах 1, 22 и 60 МГц приведены на Рис. 4. Показано, что в магнезиальной изоляции с по-выгаенкем температуры затухание наступает быстрее, особенно при частотах шше 1 МГц. Но неличина лтого затухания практически не влияет на обш.ее затухание в кабеле, т.к. она более, чем в 103 раз ниже-затухания в метаплических частях кабеля. Делается вывод, что затухание в магнезиальной изоляции практически равно нулю и в самых жестких условиях (при 400°С и 60 МГц) составляет в общем . затухании кабеля тина КМЙ (1x4,0) только 2,45%.' Покаг&но, что волновое сопротивление в гермовводе ВРКК с коаксиальным кабелем типа КШ (1x4,0) с повышением температуры до 400°С снижается, менее, чем на 7 Ом при незначительном изменении' 2в (на 1,3 Ом) до -250°С. . .. " ' ..

В пятой главе определяются условия,. при которых необходимо

согласование вготовыч сопротивлений кабельной цепи с гермовводом. На Рис. Ь дана схема кабельной линии с подключенным в средней ее части гермовводом с отрезком кабеля КШ длиной 1?. и волновым сопротивлением 7,г- Волновое сопротивление на участке Ь равно волновому сопротивлению на участке 1з: Ъ\-Ъ\ъ Записав уравнения для напряжения и тока в комплексной форме для каждого из участков Ь. 1г. 1з и решая систему из шести уравнений для шести неизвестных,

били определены граничные условия дли включения в цепь согласую*

щих устройств, сделан вывод, что при частоте менее 1 МГц влияние отраженной волны будет незначительным и кабель ИМЯ не будет оказывать какого-либо существенного влияния на общее затухание кабельной линии и ее входное сопротивление и согласующих устройств не. требуется, при частотах 1 - 10 МГц, необходимо включать в линию устройства, согласующие волновые сопротивления на стыках кабелей гермоввода и основной кабельной линии. Заключается, что эти выводы верны для всех видов гермовводов. Во второй части главы оценивается влияние собственного затухания и волноеого сопротивления в гермовводе (с кабелем КМ1 2x1,5) на суммарное затухание в попарно свитой кабельной лиши и волновое сопротивление линии, расчеты показали, что при частоте 1 МГц и менее затуханием в.гермовводе можно пренебречь и что входное сопротивление за проходкой изменится менее, чем на 1% по сравнению с волновым сопротивлением кабеля.'Далее приводится расчет согласования волновых сопротивлений гермоввода и основной кабельной линии, в соответствии с электрической схемой (Рис. 6) кабельной линии с гермовводом и с подключенными к ней согласующими'электрическими сопротивлениями,.

где участок 11 и участок 1з с волновым сопротивлением и согласованной нагрузкой ?.ц-7.\ являются основной' кабельной линией, в середине которой подключен гермоввод - 12. и гз ~ согласу--

ювде сопротивления. Решая уравнения для входных сопротивлений ме.чду точкам 1 и У, 2 и 4, получили, что суммарные затухания на переходах от кабеля к гермовподу и от гермоввода к каоелю составляют при нормальной температуре для гермоввода с кабелей КМЖ (2x1,5) - 18,4 дБ, для гермогоода с кабелем КМ5 (7x2,5) - 38,4 дБ, при температурах 400°С - 4,8% и 'Л,Ж (соответственно) к затуханию при нормальной температуре, а при максимальной температуре большой аварии (1Ы)°0.) - 2,Ж и 2,41. Заключается, что повышение температур вплоть до 400°0 незначительно влияют па затухание в кабельной линии.

В!М)ДЬ'

1. В результате проведештх исследований разработана принципиальная модульная схема компановки конструкции герметичного ввода контрольных кабелей в зону локализации аварий Ш',, удовлетворяющая всем современным требованиям для объектов такого рода но нормам аварийной и экологической безопасности.

2. Б соответствии • с принципиальной схемой создана серия (для всех систем контроля на блоке) гермовводов ВГКК пенального типа, в основу которых заложены коаксиальные кабели с минеральной (магнезиальной) изоляцией в металлической оболочке с .концами, герметизированными металлокерамическими изоляторами, и представляющими собой самостоятельные герметичные модули, не приводящие -при потере герметичности одним из соединений к разгерметизации

.;;" -- 22 -всего ягода. При этом магнезиальная электроизоляция потерявшей герметичность токоведущей линии адсорбирует пылевидные и аэрозольные радиоактивные частицы и не пропускает их в "чистые" зоны. Конструкция состоит только из меташтов и керамики - наиболее стойких в условиях АЭС материалов, все соединения которой выполняются методами пайки и сварки, к обеспечивает двойной барьер герметичности кекду "чистой" и "грязной" зонами станции.

3. Разработаны два типа защитных устройств узлов стыковки гермовводов с кабелями внешней линии, двухстеночная конструкция которых заполняется минеральным веществом - каолином, обладающим ярко выраженной эндотермической реакцией в интервале температур 500-600°с и при дальнейшем нагреве выполняющим функцию теплокзо-лятора, что позволяет при воздействии на герковвод стандартного пожара до 1000°0 обеспечивать в местах стыковки кабелей температуру не выше 690°е, тем салим сохраняя все соединения ввода от разгерметизации.

4. Гермоввод обеспечивает передачу электрических сигналов для всех схем присоединения в соответствии с требованиями технических условий, при этом подключение экранированных проводников производится практически без разрыва экрана. Проводникам при высоких частотах не требуется специальной защиты вследствие эффекта смещения тока - чем выше частота тока источника помех, тем больше защищен проводник от его влияния.

5. Затухание «д в магнезиальной изоляции, примененных коак-. спальных кабелей типа Ш, значительно ниже (менее 1?.), чем в

современных коашшыш кабелях связи в полимерной изоляции

(2-4%), - выполняется уологие « имеющее существенное значение для цепей связи.

6. С повышением температурь! диэлектрические потери в магнезиальной изоляции растут. Однако резкое изменение диэлектрических

"""":зкзл? мл!( "^нисходит в районе темпера

гуры а в уежчч-мх има»ой" <ДЗ°1!) и "большой" цыМ!) ава-

рий оти изменения мчпо отрагтея на т№>дннх параметрах г^рмор-водч.

7. гътуу,ашн> !' магнезиальной изоляции коаксиального кабеля тин-'! км* равно цу.цт )|ри температурах до 400°С и частотах до 60 (М'ц.

Н. нолновоо еонрОТИВЛОЦПО В герме)>впде С королем КМ'К о повышение температуры до У.Н)°С сникаете на 1,3 Ом, а при 4(*>°С -только на 7 Ом.

9, Включение гермоввода в качельную лини« с частотой тиса до 1 МГц не требует согласования по затуханию и волновому сопротивлению, для линий с частотой 1--Ш МГц согласование необходимо. Побственние волновое сопротивление и затухание гермоввода не оказывают на параметр!»! линии залетного влияния. Это справедливо для • гермовводоп любого назначения при температурах вплоть до 400°С. '

10. Гермоыюд тина Н1'КК состоит только из негорючих материалов, поэтому помимо основной своей функции по передаче.электрических сигналов, является барьером' на пути распространения пожара по кабельным коридорам.

11. Технические условия-7434-4740909-001-92 Э и рабочая документация ид изготовление гермовводоп серии ВГКК утверждены Меж-

родомстгокюи комиссией, разрешившей производство данных изделий. Нрлвитнльством страви принято решение о строительстве »атода по и4 производству в !'. Рничихинске Амурской области и комплектовании строящихся и ¡ч-кшц'рпр^гмых AM' с реакторами ВВ?Р контрольными

ГРрМОВРОДЧУИ М'КК (11рИ.»ОЖО!ШЯ У,-6).

Основные результаты исследовании опубликованы -в следующих р'м'ч-ууя.х:

1. Крачская Т.Ю. Иг-одг! г^цртичт«* для AW нового поко^ния. Четвертая Меядуигрздвая икпда-симпозиуи "Физика и химия твердого тела". Рлаговяиенек: АмурНЦ tiho РАН. IM.

Z. Костюков И.О., Рранская Т.К). Международная научно-техническая конференция "Роль атомной энергетики в решении региональных экономических и экологических проблем". 1994г. г.Владивосток.

и. Костюков Н.О., Иранская Т.»., Юсупов 8.Ф. Герметичные ввод!,! каоелей в зону локализации аварий для АШ. Республиканская научная конференция "Проблемы энергоснабжения Дальнего Востока" 1Я95г. г.Благовещенск.

4. Костюков Нл)., Иранская Т.К), Герметичным ввод цепей контроля и управления в зону локализации аварий АЭС:. Всероссийская научно-практическая конференция "Новые высокие технологии и проблемы реструктуировапия и приватизации предприятий. Екатеринбург -vft". 19уьг. г.Ккатерияоурт.

5. Костюков И. О' , Иранская Т.Ю. Кабельные вводы в герметичную зону АЭС, "Экология и промышленность России". Июль 1996г.

6. Герметичный ввод,- Патент РФ с .. приоритетом 1И.0Ь.91г. Канатников НЛ'., Кранская Т.Ю., Костюков Н.С., Кшш-

■ никова А.Н., Ващук С.И.

7. Герметичный ввод. Патент CUCP ц!83ЬШ9 с приор.02.01.91г. Калашников В.Г., Иранская Т.Ю., Калашникова А.Н.

'8. Способ сборки герметичного ввода и герметичный ввод. A.c. N1832336 с приор. 18.10.90г. Канатников В.]'., Иранская Т.Ю., Калашникова А.Н. ■