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

I о АВДШ Я.ЛУК ИХ'ШЖОЙ едЬ'НАЦИИ

пг-:; - ДШОДОТШМК О'ДОШК

5 " ЛМУРГЖИЙ ЮМДОПННЙ НАУЧИО-ИОТЕДСШАТЕЛЫЖИЙ ИНСТИТУТ

(АмурКНИИ)

На правах рукописи

КРЛНПКАЯ ТАТЬЯНА ЮРЬККИЛ

удк

КОНСТРУКЦИИ И иГОйСТНА КЛГ.КЯЫ1ИХ ШШИЧШ ЖОДОН НА ККРАМИМЙ ЗД1Х ЛИНШ-.КТНИКГН

ОНС1ЩЯЬНОСТЬ 01 ДМ. 10 - Физика ИП.ЧУППОРОЛНИ!Ю1( и диачоктрикон ОЬ.ОР.П? - Эл^спущг^ччни'чшач и к«*5ми»ная техника

АВ'ГОРКФКРЛТ лмс('ср''"4|ци на соискаш!1' учимой степени кандидата технических паук

Благовещенск 1996

: . Poivra выпочноня ■}' Амурском комплексном научно- иеоледона-телтеком-институте ДНО РАМ. ■ '

Научим» руководитель: ■ чд.-корр.доктор технических ; ' ■ наук, '-профессор II.С. Кнстшон.

' Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор М.М. Михайлов; ' ' кшдидлт физико- математических паук В. А. Демчук.

Ведущая организация: Институт химии ДВО РАН. г.Владивосток.

Вяш.ита состоятся " ^ " (Щг. п_чао.

на заседании Слециаиизирокдашого сорета Д 002.06.11 Нресидиума ДВО РАН при ЛмурКНИИ ДВО РАН по адресу: 6'Ш), г.КяагошгИ'Ж, • пер. 'Релочнчй, д.1. Амурский комшгекспий научно-нсследоватечьский институт ДВО РАН.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ЛмурКНИИ ДВО

РАН.

. Автореферат разослан " £> " Л^Л^Ж 19у6 Г".- Ученый секретарь Специализированного Совета

кандидат физико-математических наук Астапова В.С.

- 3 -ЕВДШК

Актуальность работы

Безопасность атомной станции есть результат безопасной рабо- ■ ты отдельных ее объектов и их составных частей. Являясь элементом Системы локализации аварий (ОЛЛ) герметичные своды кабелей играют огромную роль в обеспечении безопасности станции не только в нормальных условиях эксплуатации, по и л аварийных и послсаюрийных режимах.

К герметичным вводам кабелей предъявляются особо жесткие требования в части обеспечения герметичности и прочности Ш, 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 ПГКК всилу свойств, входящих в их конструкцию полимеров: низкая термо- ч 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 0.<!А; вводы на основе стекла из-за его низкой механической и термостойкости .

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

а все соединения ввода сварные или паяние.

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 90-40 лет эксплуатации.

Цель работы;

Целью данной работы является создание конструкции гермоввода контрольных кабелей, отвечающей всем современным требованниям по безопаности 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 у-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

- ь -

60°С! и » аварийных режим.'« - до 1Ь0°С стечение 30 суток.

2. №6ор материалов для алемсптов (дотолей, у:«лок) • гермомю-да м их соединителей, обеспечивающих но{>малм1ую работу цепей после максимального стандартного пожара с одной стороны оболочки'в течение 90 минут при воурастании температуры до .. 1(Ю()°С.

3. Выбор компановки гермоввода и способа соединения элементов (деталей, узлов) с це.иыо обеспечения необходимого уровня герметичности, влагоращищеннооти, ежомшщта, механической прочности, эксплуатационной Функциональности, технологичности в процессе производства, максимальной (стопроцентной) готовности изделия к монтажу на

4. Исследование материала диэлектрика на соответствие всем требованиям технических условий по электроизоляционным и электропрочностным характеристикам.

5. Оценка влияния поименных температур на диэлектрические свойства магнезиальной изоляции в модуле гермоввода.

6. Исследование влиянии гермоввода на мшюв.ю сопротивление и затухание в основной кабельной цепи.

Объекты исследований.

Свойства диэлектриков и конструкционных материалов гермовво-дов с целью 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 табелей типа ВГКК, состоящих только из метан-

,ио1'. и керамики, обладающих исключительной стойкоотмо и работоспособность» .к усжщях . А'г)С: герметичность»*, радиационной стойкостью, термостойкостью, пожароустойчигюстыо, огнестойкостью, и обеспечивающих необходимый уровень биологической защиты.

'¿. 1<к~олнен расчет электрофизических характеристик гермовво-лов для условий номда.ешшх температур (до 400°0).

3. Выполнен расчет влияния, ока8№э<!мого гермпвводом на параметр основной кабельной линии по волновому сопротивлению и па туханию при повышешшх температурах (до 4Ш°С).

Практическая значимость.

Комплектация гермовводами ВГКК строящихся АЭС и замена контрольных вводов тига ИРКК на гершвводн 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 легковоспламеняющийся материалами (веществами), на взрывоопасных объектах и т.п., где требуется герметичный ввод кабелей с обеспечением их радиационной стойкости, огнестойкости, ножароустойчивости, химической стойкости.

Защищаемые положения.

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

Создана серия из кести типовых конструкций гпрмовиодов ВГКК для всех схем контроля па блоке, обеспечивающих двойной барьер герметтшости, спшвдх только из металлов и керамики, модульная конструкция которых гарантирует сохранение герметичности изделия вцелом при выхода и? строя хотя бы одного по соединений модуля, минеральная (магнезиальная) изоляция при атом адсорбирует пылевидные частицы и а?ро;чш1, не пропуская их в "чистые" гоны.

Разработаны дт»а типа гащитга« устройств для узлов герметизации модулей ¡1 систем стыковки гермоввода с кабельной линией, теплозащита которых обеспечивается минеральным веществом - порешко-обрашшм каолином, нагрев которого в интервале температур от МО до 600°П сопровождается эндотермической реакцией, создавая внутри защитного устройства температуру не выше при !1аружной температуре пожара до 1000°и.

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

'¿. Диэлектрические потери в магнезиальной изоляции при тем- . иературах "малой" (90°С) и "большой"- (ШО0!1) аварий незначительно, изменяют выходные электрические параметры термоввода. -

'3. Затухание в магнезиальной изоляции составляет, менее !%■ 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

Международная школа-симпозиум "Физика и химия твердого тела". 1-5 шля 19У4г. г.Благовещенск.

. 2. Международная' научно-техническая конференция "Роль атомной энергетики в .реаении региональных экономических и экологичен-' ких проблем". 18-20 октября 19М.г. г.Владивосток.

3. Герметичные вводы кабелей в зону локализации .аварий для АЭС. Республиканская научная конференция "Проблемы энергоснабжения Дальнего Востока" 25-27 апреля Ш5г; г. Благовещенск.'

4. Герметичный ввод цепей контроля и управления в зону локализации аварий АЭС. Всероссийская научно-практическая конференция "Новые высокие технологии и проблемы реструктуировакия и приватизации' предприятий. Екатеринбург - 9Ь". Секция 07. Технологии машиностроения и приборостроения. 20-22 июля 1995г. г.Екатеринбург.

Ь. Кабельные вводы в герметичную зону АЗС. Журнал "Экология и промьшшешюстъ России". Мюль 1096г.

б. Герметичный ввод. Патент СССР кШ50«9.

?. Способ сборки герметичного ввода и герметичный ввод. A.C. СССР N1832336. ■

8. Герметичный ввод. Патент РФ н2022з8'3. .

9. -Вводы герметичные контрольных кабелей типа ВГКК-для АЭС. Технические условия ТУ 7434-4740909-001-92 Э.-

Объем и структура диссертационной работы.

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

- 1.) -шдкгалник КАПОТЫ

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

В прррой глауо ириведси литературный ойзор раоот, иосвящед-ннх проолекям (юзолпснооти в атомной янергетике, роли герметичных кабельных вводов в обеспечении утой безопасности, принципам компановки и герметияируюцим материал.?, ¡'.атжешпш в основу каждой из рассматриваемых конструкций ввода. Выяснено, что в мировой практике гермовводной тех инки для №П существует дпя направления |гоиструк>5?ои!*лго ртятя гс^'олподного устройства: гермовводы без разделки кабеля я гермовнод» с разделкой каоеля. Гермовводм без разделки кабеля о&пгдаот рядом существенных недостатков: низкая герметичность в узлах уплотнений, продольная газопроницаемость кабеля, рнсокая стоимость спецкабеля в "чистой" и "грязной" зонах, сложность моитаха и демонтажа цельного капрля. Рермояводн с разделкой кабеля при изоляции« и герметизациии полимерами не обес-печшшт герметичности изделия и системы локализации аварий на АЗС при незначительных сроках эксплуатации »связи с выходом из строя отдельних проводников, жгутов-и гермовр.ода вцелом; вследсг твке радиолиза полимеров и их низкой температуростойЯости; полимерная изоляция легко возгорается с выделением значительного количества дыма и ядовитых веществ, а такие способствует распространению огня. Показано, что стеклоизоляторн и отеклогерметики в конструкциях гермовводов обладают низком стойкостью к термоударам, вследствие разности температурных коэффициентов линейного

раеширения при ревком повышении температур происходит разгерметизация спая стекло-арматура, нивкой термостаби.шюстью (300-400°С). и механической стойкостью стекла. Выяснено, что наиболее приемлемой в условиях АЭС является конструкция гермоввода на основе ме-тамокерамических изоляторов, т. к. только вводы с метамокорями-ческими элешдами- 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. Одела» вывод, что современные гермовводн донны быть основаны ¡¡а модульном принципе компановки конструкции, когда гермоввод как бы состоит из отдельных блоков - модулей, каждый из которых обладает собственной герметичностью. Такая компановка обеспечивает герметичность ввода вци-лом при разгерметизации какого-либо из соединений в модуле.

Во второй части первой главы приведен обзор работ, посещенных исследованию радиационной стойкости электроизоляционнмх,.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 перио да времени интегральная доза нейтронов достигает значительной величины. Большинство изоляционных материапов не обладает достаточной радиационной стойкостью в таких условиях. Сделан вкаод, что радиолиз полимеров как правило, не приводит.к катастрофическому снижен® их электроизоляционных свойств. Однако'ухудшение механических свойствах, охрупчивание и низкая стойкость полимерных уд-

- 1'1 -

тепкалпв к. и^ялкяцмм температурам, возникающим при взаимодействии с излучением и в результате аварийных ситуаций , являются основной причиной ограничений для применении отих полимеров- на-д:-|п. Иыяениго, что для болыпенстпа керамических материалов гш-до допи Ю11 рад не приводит к зпмстиым изменениям структуры, электрофизических и механических свойств. Механическая прочность ^ктьччкчхчяционт« керамических материалов изменяется незначительно вплоть до облучения флккчюом бьютрнх нейтронов КХ1024 нейтр.Лг. Однако наведенный объемный электрический заряд и вызванные им локальные электрические поля, . могут принести к растрескиванию и разрушению стекла. Радиационные изменения структуры металлов происходят при дозах облучения .значительно иретте-к'Ш.их ротационные условия в зоне локализации аварий на АЭН. Сделано заключение, что еаши устойчивыми к радиации диэлектриками являются керамические материалы. Только металлы имеют большую радиационную стойкость, чем керамика. Обе эти группы материалов не чувствительны к гамма-радиации, действующей в гпне локализации аварии. Поэтому для гермовводов типа ВГКК иача выбраны только металлы и керамика'- материалы, обладающие радиационной стойкостью . в условиях АЭС.

Во второй главе приводится последовательность разработки гермовводов серии ВГКК, обоснование отклоненных вариантов коне-" тругсций, систематизируются требования, предъявляемые разработчиками к принципу компановки и самой конструкции устройства.- ,3акях>-.-чается, что конструкция ВГКК должна иметь полную заводскую готопт ность изделия, чтобы обеспечивать установлепинй документацией

"Грязная" ¿она

'Чиатаа' зона

Рис. 1Герметичный ввод контрольых кабелей типа РГКК. 1 - корпус гермоввода; ?. - Фланец (трубная доска)-, а - модуль-кабель; 4 - биологическая защита гормог.иода; ь - штуцер контроля герметичности впода; 6,8 - монтажное кпиьцо; 7 - штуцер контроля герметичности монтажных швов; 9 - иоолятор; К) проподник; 11 - закладная труба; - бетонная оболочка; 1Н -кожух; 14 - крышка; 15,15 - сальник; 17,1 Я - прокладка; 1Я -болт заземления; 20 - пробка; й1 - биологическая згпиита г-дао-ра; 22 - подходящий капель.

- uv-

урокеш. качества ввода. Разработанные конструкции (несть типов) Hi'KK ( Рис. i.) учтчакдат все возможные системы контроля на блоке, ооеепечиютт доойной оарьер герметичности в "грязной" и в "чистой" зонах, состоят и? самостоятельных герметичных модулей на основе паклей ь м^тдплтгсекш ооолочке с магнезиальной изоляцией типа М, не прш-лдящих ври потере герметичности одним из соединении i-; разгерметизации всего ввода, подключение экранированных проводников осуществляется практически без разрыва экранов, все соединения гермоввода ¡'.¡.'полнены спорными или паяными и но газо непроницаемости отрочгш Н классу щметичжхтп по ОПТ 'М-А?,- М4-И1. 1'епмгчч'.мд типа HI'KK еоеопечивает экологическую чистоту помогши'! станции и окрухзмФ>го пространства, т.к. имеет ои-ологмчеокую паадату . |шнуш Риологичеекой защите ооолочки станции. При выходе из строя-одного из модулей «при потере герметичности) магнезиальная изоляция выступает как адсорбент и очищает воздух, проходящий в "чистые" зоны от радиоактивных аэрозолей и частиц. ВГКК состоит только из негорючих материалов - металлов и керамики, чем обеспечивает барьер па 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 ЗУ осуществляется порошкообразным каолином, засыпаемым между, двумя стопками конструкции, оГуьчдящим эндотермической реакцией в интервале температур'''500- RTñ''., что позволяет обеспечивать хорошую теплозащиту узлов изоляции от высоких температур, вплоть до температур прямого пожара .. 1('зд°с, выполнять электро-

.У; V ■ . : -14 -

' монтаж и демонтаж внешнего кабеля практически без нагрузок на, ка-белы!!« соединения,, без отсоединения всех или части проводников, снижая тем самим стоимость и'трудоемкость .электромонтажных работ. ;;• : В третьей главе говорится об. устройстве коаксиальных кабелей в металлической оболочке с магнезиальной изоляцией, принципе технологического процесса получения .такого кабеля, о требованиях, ■предъявляемых.к материалам, в первую очередь, к материалу изоляции - порошкообразной окиси меди, отмечается главный недостаток окиси магния о,- гигроскопичность, главные достоинства - ее негорючесть и высокая температурная стойкость. При нагреве она не вы; делает' токсичных, взрывоопасных и воспламенявшихся продуктов, практически устойчиво работает при температурах, верхний - предел которых ограничивается температурой плавления токопроводящих жил и оболочек, (температура плавления меди 1083°(1.

Во второй части главы рассмотрены некоторые вопросы из теории коаксиальной пары на примере одномлъного коаксиального кайе--. ля, который наиболее широко применяется в гермовкодак контрольных серии ВГКК, отмечаются условия, при которых коаксиальная пара обладает приемущес-твами перед симметричной. Показано, что электри-... _; ческие- свойства 'коаксиальной пары обусловлены конструктивным расположением ее проводников и особенностями распространения элект-: ромагнитногэнергии по коаксиальной паре: внутри металлического : :'': проводника магнитное поле Н<р возрастает от центра (в полом - 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 но .-

знаку: H»a 1 H<pb - 0, т.е. pnnjwim угичг^.'З'отоя (п и h - впутрен-ннй п внешний проводники пары). Делается вывод, что :»j?eirrr*owi»v~ нит(!0!> поле коаксиального к<'й>еля сосредоточено внутри, wwniaib-ион пари, а виотнес ее поле равно пуло. На Рис. 2 линии магнитного по.»« Н располагайте;! инутри мпрм в виде <wpy;,; ностей, а плектрмч*:ч'.т^> jkvk4 К о<Ш!Р<тоя пчутри юкич'^пчьиой in ры но радиапьным направлениям между нрпг.пдшж.оми п и />. Яч преде лами пары матти** « аяекпмчпнчч«^ мсvtvi j*»m!m ny.w. Отсутствие внешнего апектромагнитного пол:! nw'\wnmPKHT основные достоинства коашюпш« каплей, о значит » г->t: на их основе. В результате взаимодействия nwpwx ww* с осиорннм происходит псрсряснродслсиие ио е.ен,чи.«1 hp'.vo.mh?«'-'» 1И*\ :<) - его плотНОСТЬ nreijwwsr к поверхности проводника • пмершзотнмм :-«)|фек-том. Отмечается, что ипрлрчночтини з:]ф-кт усиливается с возрастанием частоты тока, магнитной щ^пиц^у^ти, проводимости,. диаметра. Чем выше частота точа V, тем дамте чф{*>кт смещения тока и тем менине глубина щкшикноррктн токя в толщу проводника. При достаточно высокой' частоте m протека"? только по поверхности проводника: наружной - для «.пышного и внутренней' - для полото. Помехи от источника выской . частот)J Оудут воздействовать не на весь кабель, а только па его внешний проводник, причем чем вше частота, тем меньше глубине проникновения электромагнита« помех и тем больше защищен капель от влияния посторонних воздействий. Таким обратом, в отличае от всех -других типов, каретой, требующих специальных мер для защиты от помех в коаксиальных кнелях на. ш-.-соких частотах ото обеспечивается се,мой их конструкцией, итмеча-

н I

Рис. '¿. Электромагнитное поле коаксиальной пари.

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

I Л I

! и« Г

о] Т) [

0 X а А

Рис. 5. Схема кабельной линии с герыовьодом.

с(м, 20

IS

10

û

, a)

лБ/mí-ÍO'3) '

\0МГч,

700

<П

аБ/М (-Ю-*)

500 МГц Ш

O ÍQQ ZOO 3Q0 w t',C 0 100 200 300 ¿(00 t?C V Рис. А. Коэффициент затухания в напе.ие KM® (Ш) от температур!j при частоте 1, 2?-!, 60 М('ц; а - ríM, f> - «д.

ГГ Ир Гг Г?

Рис. 6. Схема согласовании колиош иоадютшиюний основной кабельной линии и вермоввода.

ется, что проммущеотвами коаксиального кабеля также являются малое затухание и высокая помехозащищенность, которые особенно ярко проявляются в высокочастотном спектре передаваемых сигналов. -При постоянном токе и на низких частотах, когда ток. практически проходят по urrtrMV сечению нроводгажов, достоинства этого каосля пропадают. И третьей части глппм рассматривается, как распространяется анергия но коаксиальной паре идеальной конструкции .- без учета потерь. Отмечается, что здесь действуют только составляющие №?, Ег, Ег, остальные векторы либо равны нулю, либо ими пренебрегают из-за малой величиям. Связь между нанряженностями электрического и магнитного навей устанавливается теоремой Умова-Пойп-тинга и математически №рахасти» через векторы Иойптинга: Ъг = Ег / н«р, отсюда получаем форму;:!.! для коэффициента распространения г и тутового сопротивления 1\,> а так*е выражения для кооффициентов затухания « и фапц р , при условии, что в линии потерь нет (6=0). и анергия распространяется без затухания и).

Далее показывается какие параметры имеет коаксиальная пара с учетом потерь в проводниках, т.е. в реакьных условиях. Приводятся Формулы и графики зависимости параметров коаксиальной нары от частоты л от размеров злементов зтой пари, приводятся формулы для расчета Оц и через параметры электрической цени: •

D -íníD/d).

(1)

«д - 28 ,8 5tf \/~Р -tg5 -10'

,-g

где П и d - диаметры внешнего и внутреннего проводников.

В четвертой главе рассматриваются основные диэлектрические свойства магнезиальной изоляции в коаксиальном кабеле на длине гермоввода, а кабели - как отрезки этого кабеля с неваделанньми торцами. Отмечается, что нормальными для МрЛ условиями считаются влажность менее 4% и электрофизические параметры изоляции

сильно зависит от вида и количества примесей в %г) , -а также от числа и сечения токонроппдниух жил в кабеле. Особо подчеркивается., что пробой в этом кабеле не сопровождается снижением в дальнейшем электрического сопротивления, а тем более выходом кабеля из строя (как у кабелей с полимерной изоляцией), т.к. после отключения напряшш кабель имеет способность самовосстанавливаться. Приводятся основные электротехнические характеристики гермов-водов свех типоразмеров. Далее отмечается, что основным недостатком магнезиальной шоащии является ее гигроскопичность, скорость и глубина влагопоглош.ения зависят от плотности окиси магния в кабеле, температуры, давления и влажности окружающей средн. При нормальной плотности Мс0(1900-£000кг/м3) , температуре и давлении влага проникает в кабель на небольшую глубину. Сопротивление изоляции при этом снижается до 2 -10б Ом 'км, тангенс угла диэлектрических потерь до 0,04 , а диэлектрическая проницаемость возрас^ тает до 5,2. Делается вывод, что кабели с магнезиальной изоляцией должны использоваться только с герметично заделанными торцаш. Однако при нагреве (прокаливании) кабеля влага испаряется при Полном восстановлении его электрофизических свойств.

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

- П! -

работающего устройства допускается длительная работа контрсмгычто ¡■табеля при температурах до 800°0. кабели могут выдерживать также кратковременный нагрев, до 10004:, сохраняя при ;т>ч свою работоспособность; нагрев сопровождается изменением всех эдек?{.*п|йзичес-ких параметров кабелей. Даиее приведены расчеты электрофизических параметров гормппводов в условиях пошипш температур: 20-К0°С - режим нормальной эксплуатации гермоввода, НКЯп - режим, макси-мачыюй течи, гГ10оп и 400°0 - осювнке параметры кабельной цени имеют при этих значениях температур излом« в' графиках температурит зависимости, прнведени таблицы и )'раф)!ки ' яаписимооти элект- • рофизткчткх а')р!«етров от температуры. Графики зависимостей коэффициентов затухания в металле и диэлектрике кабеля от температуры, вычисленные по (1) и (2), при частотах 1, '22 и 60 МГц прдагдмш на Рис. <1. Показано, что в магнезиальной изоляций с повышением температура затухание наступает быстрее, особенно при частотах выше 1 МГц. Но величина этого затухания практически не влияет на общее затухание в кабеле, т.к. она более,, чем в-103 раз ниже затушия в металлических, частях кабеля. Делается вывод, что затухание в магнезиальной изоляции практически равно нулю и в. са- • мых жестких условиях (при 400°С и 60 МГц) составляет "в общем ■ затухании кабеля типа КМЖ (1x4,0) только 2,45%.'' Показано, что вол-' новое--сопротивление в гермовводе ВРКК с коаксиакышм кабелем типа КМ (1x4,0) с. повывением температуры до 400°(; снижается, менее, . чем на 7 Ом при незначительном изменении 7,в (на 1,3 0м) до л . 250°С. . .-.,.. , '.V '

В пятой главе определяются условия,.при которых необходимо

- ?.о -

согласование вшпюш со!!ротиилелий кабельной цепи с гермовводом. На Рис. & дана схема кабельной линии с подключенным в средней ее части гермовводом с отрезком кабеля КМЖ длиной и волновш сопротивлением 7,2- Волновое сопротивление на участке равно волновому сопротивлению на участке 1з: Записав уравнения для. напряжения и тока в комплексной форме для каждого из участков 1-1, 12,1з и решая систему из шести уравнений для' шести неизвестных, были определены граничные условия для включения в цепь согласующих устройств, сделан вывод, что при частоте менее 1 М!'ц влияние отраженной волны будет незначительным и кабель КМй 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 №11, 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 волнового сопротивления в гермовводе (с кабелем КМЖ 2x1,5) на суммарное затухание в попарно свитой кабельной линии и волновое сопротивление линии, расчеты -показали, что при частоте 1 МГц и менее затуханием в .гер- . мовводе можно пренебречь и что входное сопротивление аа проходкой изменится менее, чем на 1X 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 н согласованно)! нагрузкой являются основной кабельной линией, в середине которой подключен гермоввод - ]£, Г1/Г2 н гз - согласующие сопротивления. Решая уравнения для входных сопротивлении между точками 1 и 8, ?. и 4, получили, что суммарные затухания на переходах от кабеля к гершмщу и от гермоввода к кабелю составляют при нормальной температуре для гермоввода с кабелем Ш (2x1,5) - 18,4 дБ, для гермоввода с кабелем Ш (Ух2,.5) - 38,4 дВ, при температурах 'Ю0°С ■■ 4,8% и 3,3% (соответственно) к затуханию при нормальной температуре, а при максимальной температуре большой аварии (1Ь0°П) - 2,31 и 2,АХ. Заключается, что повышение температур вплоть до 400°0 незначительно влияет па затухание в кабельной линии, ■ • -

ПЬ'НиДЬ'

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

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

. ?ч - 22 ' :

всего вгода. При этом магнезиальная электроизоляция потерявшей герметичность токоведущей линии адсорбирует пылевидные и аэро-. зольные радиоактивные частицы и не пропускает их в "чистые" зоны. Конструкция состоит только из металлов и керамики - наиболее стойких в условиях АЭС материалов, все соединения которой выполняются методами пайки и сварки, и обеспечивает двойной барьер герметичности между "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 теплоизо-лятора, что позволяет при воздействии на гермоввод стандартного пожара до 1000°С обеспечивать в местах стыковки кабелей температуру не выше 690°0, тем самим 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 ссд в магнезиальной изоляции, примененных коэк-свальных кабелей типа Ш, значительно ниае (менее 11), чем в современных коаксиальных кабелях связи в полимерной изоляции

(2-4XJ, - выполняется условие а * «м, имеющее существенное значение для пенен гщц,

в. с повышением температуры диэлектрические потери в магнезиальной изоляции растут. Однако резкое изменение диэлектрических -j млн —'лтцу ; '"проходит в районе темпера туры А в уел'чгчх "мамп!" и "большом" (1ЫА:) ава-

рий ï.-ти изменения мало отражаются на вмходннх пар^трач гермои-«ода.

7. ачтухаиио г «.чгиежиьной кгюлждеи коаксиального кабеля тина К1.'? чра|"'',!',к>ти рдато (*улп нпи температурах до 400°0 и частотах до 60 !АГЦ.

й. нолнороо соиротимецйе в гер^огводе с к^олрм кш с пе>вы-

(пением температуры до иЬ0°С снижается на Ом, а при 400°0 -только на ? Ом.

Включение гермотн'пда в катальную линию с частотой тока до 1 МГц не требует согласовании по затуханию и волновому сопротивлению, для линий с частотой 1--1U МГц согласование необходимо. Собственные волновое сопротивление и затухание гермоввода не оказывают на параметры линии заметного влияния. 9то справедливо для гермовводон .чпуото назначения при температурах вплоть до 400°С. ' 10. Гермошюд тина Bi'KK состоит только из негорючих материалов, поэтому помимо основной своей функции по передаче электрических сигналов, является барьером на пути распространения полара по кабельным коридорам.

11. Технические условия 7434-4740909-001-92 Э и рабочая документация на изготовление гермовводов серии ВРКК утверждены Меж-

- '¿А

родомствокнои комиссией, разрешившей производство данных изделий. Правительством страны принято решение о строительстве «анода не m производству в г. Раичихипске Амурской области и комплектовании строящихся и ремонтируемых А9С с реакторами ВВЭР ]*гттролышя гермовгодами Ы'КК (Приложения. Я-б).

Основные результаты исследовании опубликованы -в следующих jvíéfvyax:

1. Нрачскэд T.Kl Вводи герметичные для А'Ю нового поколения. Четвертая Международная школа-симпозиум "Физика и. химия твердого тела". Илаговеш.епск: АмурНЦ ДНО РАН. 1ДО4.

'¿. Костюков И.О., Крансггая Т.Ю. Международная научно-техническая конференция "Роль атомной .энергетики р. решении региональных экономических и экологических проблем". 1994г. г.Владивосток.

я. Костюков ti.С., Иранская Т.Ю.,' Юсупов З.Ф. Герметичные вводи кабелей в зону .покачивании аварий для АЗХ Республиканская научная конференции "Проблемы энергоснабжения Дальнего Востока" Ш5г. г.Благовев.енск.

4. Костюков Н.О., Иранская Т.Ю, Герметичный ввод цепей контроля и управления в зону локализации аварий АЭС. Всероссийская научно-практическая конференция "Новые высокие технологии и проблемы реструктуировашя и приватизации предприятий. Екатеринбург -9ü". ШЬг. г.Екатеринбург.

5. Костюков U.C., Еранская Т.К'. Кабельные вводы в герметичную зону АЭС. "Экология и промышленность России". Июль 19У6Г.

6. Герметичный ввод. Патент РФ с . приоритетом 12.0ft.9lr. Калашников В Л'., Еранская Т.Ю., Костюков Н.О. Калага-

■ никова А.Н., Ващук С.11.

7. Герметичный ввод. Патент СССР н!88Ь0Н9 с приор.02.01.91г. Калашников В.Г. , Еранская Т.Ю., Качаганикова А.Н,

'8. Способ сборки герметичного ввода и герметичный ввод. А.с. : N1832336 с приор. 18.10.90г. Качашшов В.Г., Еранская Т.Ю., Калашникова А. Н..-