автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.01, диссертация на тему:Герметизация термопарных (хромель-копель) и контрольных кабелей герметичных вводов для АЭС стеклокристаллическими и стекловидными материалами

АМУРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

ОХОТНИКОВА Галина Генриховна

УДК 621.315.61.539.16

ГЕРМЕТИЗАЦИЯ ТЕРМОПАРНЫХ (ХРОМЕЛЬ-КОПЕЛЬ) И КОНТРОЛЬНЫХ

КАБЕЛЕЙ ГЕРМЕТИЧНЫХ ВВОДОВ ДЛЯ АЭС СТЕКЛОКРИСТАЛЛИЧЕСКИМИ И СТЕКЛОВИДНЫМИ МАТЕРИАЛАМИ

Специальность 05.02.01 - материаловедение в

машиностроении

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

БЛАГОВЕЩЕНСК - 1996 г.

Работа выполнена в

Амурском Государственном университете и Инженерно-технологическом Центре ДВО РАН

Научный руководитель Член-корреспондент АТН РФ,доктор

технических наук, профессор Костюков Николай Сергеевич

Официальные оппоненты

доктор технических наук Ким Владимир Алексеевич

кандидат физико-математических наук Астапова Елена Степановна

Ведущая организация

Институт химии силикатов имени И.В. Гребенщикова РАН

»Г " Jn00

Защита состоится ".•?." .''.Ч^РЛ/РЛ.. 1996г. в (Р. .часов на

заседании диссертационного совета К 064.52.02 в Амурском государственном университете по адресу: 675027, Благовещенск, Амурской обл., Игнатьевское шоссе, 21

С диссертацией можно ознакомится библиотеке Амурского государственного университета.

Отзывы на автореферат в одном экземпляре, заверенные гербовой печатью, просим направлять по адресу: 675027, Благовещенск, Амурской обл.. Игнатьевское шоссе. 21, Ученый Совет.

Автореферат разослан

Ученый секретарь

диссертационного совета . г ,. Е.Ф. Дегтярев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

Вопрос безопасной работы атомных станций неизменно остается актуальным. Существующий конструкции устаревают, используемые d них материалы под действием времени и радиации теряют сбои свойства. При проектировании новых станций задаются более высокие требования к безопасности их работы. Становится очевидной необходимость совершенствования конструкций комплектующих для АЗС. Используемые о настоящее время отечественные гермовводы типа ПГКК, выполненные на основе полимерных материалов, в большинстве своем теряют герметичность уже в первые годы работы на АЭС. Это связано с тем, что при повышенных температурах и воздействии радиации происходит разложение полимерных материалов, приводящее к выделению ядовитых и газообразных продуктов.

Этих недостатков практически лишены неорганические материалы, в частности, стекла и керамика, обладающие значительно большей радиационной стойкостью, чем органические, так как гамма-излучение но вызывает изменения химического строения стекол и керамических материалов. Кроме того, они менее подвержены старению.

С учетом вышеизложенного представляется целесообразным рассмотреть как использование неорганических (стекла и керамики) материалов для герметизации и электрической изоляции кабелей, так и замену полимерных оболочек кабелей на кабели с оболочкой из металлов (меди, алюми. ля. сталей и сплавов).

Разработка герметичных оводов для различных зон АЭС, взамен применявшихся ранее оводов типа ПГКК была санкционирована постановлениями Совета Министров СССР N 539-175, N 540-176 от 26.06.80г.. и приказом Министра электротехнической промышленности N 0180 от 29.08.80г. В соответствии с письмом Президента АН СССР академика А. П. Александрова в 1988г. Инженерно - технологическим центром ДВ0 РАН (ДВ0 АН СССР) начаты работы по созданию герметичных вводов для АЭС на базе неорганических материалов. В настоящее время разра-

ботка гериетнчшх сводов типа ВГКК закончена и принята Межведомственной кошссиой в составе представителей Атомэнерго-экспорта. Атоыэнергопроекта, Госатомэнергонадзора и Министерства атомной энергетики. В,установленной порядке утверждены технические условия на поставку изделий на АЭС.

Цель работы

Целью данной работы являлось изыскание электроизоляционных материалов для герметизации торцов кабелей, работоспособных в условиях радиации, и разработка на основе этих материалов новой перспективной технологии герметизации торцов кабелей для изготовления герметичных вводов.

Для достижения поставленной цели потребовалось решение следующих конкретных задач:

1. Выбор материалов для создания модулей конструкции таким образом, чтобы выбранные для соединения, герметизации и изоляции материалы обладали следующими свойствами:

- 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);

- 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 прочность» спая, обеспечивающего сохранение герметичности при изготовлении, испытаниях, хранении, транспортировке и эксплуатации;

- коррозионной стойкостью, обеспечивающей сохранение электроизоляционных свойств и герметичность на необходимом

- уровне 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 (10г - 105 рад/час, интегральная доза 5x10й рад), обеспечивающей сохранение диэлектрических свойств и герметичности на заданном уровне;

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

2. Разработка конструкции и технологии герметизации отдельных узлов кабелей для гермоввода на основе выбранных материалов.

3. Разработка методики контроля основных параметров.

4. нсслодс.'.аиие полученных модулей при работе в условиях повышенных температур, влажности и гамма-излучения.

Научная новизна

1. В результате исследований для создания герметичного ввода выбраны только неорганические материалы, не подверженные действию гамма-излучения, огнестойкие и покароустойчи-выс.

2. Разработан принципиально новый способ изготовления герметичного ввода на основе металлических модулей со стек-локристаллическими узлами герметизации, позволяющий упростить сборку гермоввода.

3. Разработанные на основе модуле.I с минеральной изоляцией герметичные вводы имеют ряд преимуществ по сравнению как с используемыми в настоящее время на отечественых АЭС гермовводами типа ПГКК, изготовленными с применением полимерных материалов, так и с гермовводами. выполненными с применение!.! фланцев из стекла (например, Фирм "Сим1 енс", "Отто Бухситц" и др.) с впаянными в них токовводами. Потеря герметичности одним токовводдом этой конструкции приводит к выходу из строя всего гермоввода. то есть до 140 токоведуцих линий.

В случае потери герметичности одним модулем предлагаемой модульной конструкции остальные линии остаются герметичными и продолжают функционировать. При этом магнезиальная изоляция потерявшего герметичность кабеля выступает как адсорбент и очищает воздух. . проходящий через кабель в чистые зоны, от радиоактивных аэрозолей и твердых пылевидных • частиц. При проведении ремонтных работ потерявший герметичность

модуль легко заваривается без замены всего гермоввода.

Практическая значимость ■•.. Результаты, полученные при выполнении данной работы, ;делают возможным создание принципиально новой конструкций герметичного ввода для АЗС,, состоящего полностью из радиаци-онно стойких и негорючих материалов. Использование такой конструкции в действующих и строящихся АЗС позволит решить главную задачу - безопасность работы атомной станции на новом. более высокой уровне.

Разработанные проходки могут быть использованы при соз-. дании противопожарных барьеров в кабельных коридорах различного назначения.

В январе 1996 г. в ходе работы семинара в 8-м Институте ядерной промышленности КГКЯП г. Шанхай, КНР, между Инженерно-Технологическим институтом АТН РФ и 8-м Институтом Ядерной промышленности КГКЯП подписан протокол намерений о создан™ совместного предприятия по производству герметичных вводов типа ВГКК.

Разработанные проходки могут быть использованы при создании противопожарных барьеров в кабельных коридорах различного назначения.

. На защиту выносятся следующие положения

1. Выбор по комплексу свойств неорганических материалов для герметизации кабелей КТЫСМ (ХК) и КНМС.

2. Модульная конструкция на основе:

- термопарных кабелей КТМСМ (ХК) с жилами из сплавов хромель и копель;

- контрольных кабелей КНМС с оболочкой из стали Х18Н10Т и плакированными сталью модными жилами;

- неорганических электроизоляционных материалов.

3. Технология герметизации кабелей стеклокристалличес-кими покрытиями ПСТ 135-1, ПСТ 150-1 и стеклоприпоем СП 105-1 в сочетании с органосилнкатной композицией ОСК 52-15, обеспечивающая комплекс эксплуатационных свойств при работе в условияз зона локализации ъзарий АЭС.

Публикации

Материалы диссертационно» работы опубликованы в препринте "Герметичные оводы термопариых и контрольных кабелей для АЭС", 1 научной статье. 5 тезисах докладов и технических условиях ТУ 743-1-4740909-001 -924 "Вводы герметичные типа ВГКК для АЭС".

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.

Объем и структура диссертационной работы

Диссертация состоит из введения. 5 глав, выводов и со-дерзит 158 страниц, в том числе 27 рисунков, 18 таблиц и списка литературы, включающего 108 наименований, приложений.

Благодарности

Автор выражает признательность Борису Залмановичу Певз-неру и Юрию Ивановичу Худобину за полезные советы и указания, получанные от них в ходе работы над диссертацией.

- в -

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Б первой главо приведем литературный обзор работ, посвященных конструкциям герметичных вводов, работающих в настоящее время на атомных станциях мира, используемым в них материала,1 и узлам герметизации. Рассмотрены функции защитной оболочки в системе обеспечения безопасной работы АЭС. Сделан анализ надежности конструктивных решений герметичных вводов и причин, приводящих к потере работоспособности. Проведен обзор изменений свойств диэлектриков, используемых к качестве герыетиков, под действием радиации. Отмечены технологические сложности изготовления металлокераыических конструкций.

Во второй главе представлен обзор электроизоляционных материалов, как используемых в конструкциях гермовводов, так п возможных для использования. Рассмотрены эксплуатационные свойства органических полимеров, разновидности и свойства электроизоляционной керамики, стекол и стеклокристаллических материалов. Tai-: же рассматривалась возможность использования неорганических цементов и органосиликатных материалов. Для представителей каждого класса материалов приведены основные дилатометрические, тепло- и электрофизические свойства.

На основе сформулированых во введении критериев работоспособности материалов произведен выбор классов материалов, наиболее перегзктивных для использования в качестве гернетиков для контрольных и термопарных (ХК) кабелей гер-мозводов для АЭС.

Сравнение уровней основных свойств рассматриваемых материалов позволило произвести выбор материалов, пригодных для дальнейших исследований. При этом учитывалось, что в условиях "грязной зона" выбранные материалы будут подвергаться воздействия гаша-излучения. Исходя из имеющихся данных из круга исследуемых материалов исключены органические полимерные материалы вследствие их низкой теплостойкости и того факта, что радиационная стойкость этих материалов не зависит

от сила излучения, а только от поглощенней дели. Остальное материалы являются стойкими по отношению к га-гла-излучеюю.

При использовании керамических материалов в качестве гермстнков возникав," значительные трудности технологического характера. Для получении соединения керамика - металл требуются жесткие условия, и для герметизации кабелей при-'.сн.чэтся специально изготовленные изоляторы. Процесс изготовления таких изоляторов достаточно сло.тсн и качество герметизации кабелей зависит иск от гсрпгтнчности самого изолятора, так и от качества паяного (сварного) сва иежду кабелем и изолятором. Технологичность ::-:о таких материалов как стекла, си галлы. цемент:.!, особенно применительно к замкнутым объемам, широко известна. По некотором из пи:: (стекла) уяс имеется практика эксплуатации г, условиях АЗС. Поэтому, учитывая свойства материалов и технологический фактор, для дальнейших исследований целесообразно оставить стекла, ситаллы, цементы и органосиликатнмо материал, сбладею^нс гидрофобными свойствами,что важно в условиях повезенной влажности.

В результате проведения сравнительной оценки отдельных представите пей каждого типа материалов, с учетом близости их термического коэффициента линейного расширения (ТКЛР)'к ТКЛР стали Х18Н10Т в качество представителей неорганических стекол выбраш стс-иокристагшическио покрытия ПСТ 135-1 и ПСТ 150-1. Для герметизации стеклом в ИХС РАН специально разработано легкошгаое стекло СП 105-1. !!з класса неорганических фосфатных сслзукцих по рсксче-дяинн КНЦТК РАН п^бракы керун-до$осфат1!Ый цемент со гшгка»ш (содержание п. оледних 2%) и композиция на основе систеш А1«0:< -310;> - 2гОг -Р20.,. Из орга-¡гаенлнхат них материалов выбраны радиацнонно стойкая композиция ОС 52-15 зеленая и электроизоляционная композиция ОС 92-18 серая. Приведены эксплуатационные свойства выбранных материалов.

В третьей глазе описала конструкция герметичного ввода, для которого разрабатываются стеклокристаллическне модули. Герметичный свод, приведенный на рисунках 1 н 2. содержит металлический корпус, охватизгп™чй на части длины нзолиро-

санные проводники и биологическую защиту, герметично присоединенные к торцам корпуса фланцы, штуцер для контроля герметичности, соединенные с корпусом защитные кожухи и герметизирующие модули из электроизоляционного материала. Дана оценка конструкции, состоящей их разработанных модулей, в сравнении с существующими конструкциями гермовводов. ее достоинства и недостатки. Обоснован выбор термопарных кабелей КТМС (ХК) и двужильных кабелей КНМС 2x1,5, с медными жилами, плакированными нержавеющей сталью Х18Н10Т в качестве элементов модульной конструкции при возможности герметизации одножильных кабелей КНМС 1x1,5.

Четвертой глава посвящена разработке технологии герметизации стеклокристаллических модулей для термопарных (ХК) и контрольных кабелей гермовводов типа ВГКК. Проведен анализ способов герметизации, предшествующих данной разработке. Исходя из требований, предъявляемых к материалам и отдельным элементам конструкции, обоснована конструкция герметичного модуля (рис.3), которая позволит производить сборку гермов-вода единовременно. В ходе исследований было рассмотрено несколько вариантов конструкции модулей. По аналогии с герметизацией кабелей метаплокерамическими изоляторами, предлагается после освобождения торцевой части кабеля от металлической оболочки и магнезиальной изоляции, образовывать в торцевой части полость, которая в дальнейшем будет заполняться герметиком.

При использовании в качестве герметика стеклокристалли-ческого материала ПСТ 150-1 в виде изготовленной по керамической технологии таблетки, требуется очень тщательная очистка внутренних стенок образованной полости от материала изоляции для получения герметичного спая. По результатам определения угла смачивания для различной степени обработки материала кабеля сделан вывод о том. что для получения качественного герметичного спая необходима очень тщательная зачистка поверхности абразивными материалами с последующим обезкириванием - процесс трудоемкий и нетехнологичный. Предпринята попытка получения полости на торце кабеля без

зачистки последнего от магнезиальной изоляции путем припаи-вания к торцу встык или внахлест трубки из материала кабеля. К сожалении, такой способ герметизации не оправдал ожиданий, автора, так как процедура изготовления модуля усложнилась, а сам модуль не приобрел достаточной механической прочности относительно воздействия нагрузок в ходе сборки, транспортировки и эксплуатации гермоввода на АЭС. С учетом всех трудностей, от изготовления модуля такой конструкции пришлось отказаться.

Наиболее подходящим по прочностным характеристикам остался способ образования полости в торце кабеля с последующим заполнением ее герметиком. Очевидно, что герметик, кроме требований радиационной и огневой стойкости, должен обладать хорошей адгезией к материалу оболочки кабеля и жил для получения герметичного спая. В качестве такого герметика было разработано стекло, отвечающее всем ранее перечисленным условиям и дополнительно имеющее в своем составе оксид магния. Наличие последнего в герметике обусловлено следующими соображениями. Зачистка полости необходимой чистоты под герметик в торце кабеля представляет собой операцию очень трудоемкую, длительную и нстсхнологичную. Кроме того, при зачистке кабелей с плакированными ¡килами имеется вероятность повреждения стального слоя и оголения медной жилы, что недопустимо, так как приведет к образованию полости при спаивании. Если допустить. что при зачистке на стенках кабеля и на яйле останется некоторое количество окиси магния, и это зи соединение ввести в состав стекла, то в процессе расплавления герметика будет происходить растворение окиси магния, находящегося на стенках кабеля, в герметике. Таким образом, состав герметика несколько изменится (без изменения свойств последнего), но недостаточная степень зачистки стенок не повлияет на качество спая.

Для решения проблемы механической прочности узла герметизации предлагается ситалловая таблетка. Выбор этого материала обусловлен близостью ТКЛР ситалла с ТКЛР стеклоприпоя и обеспечением заданных параметров для работы на АЭС.

Оощая схема технологического процесса представлена на рис. 4.

Для герметизации торцов принята "таблеточная" технология, согласно которой из стеклокристаплических материалов ПСТ 135-1 и ПСТ 150-1 методом полусухого прессования готовились таблетки; стеклоприпой СП 105-1 готовился в виде крупки. Приведены режимы термообработки материалов.

При герметизации стеклокристаллическим материалом таблетка из ПСТ 150-1 вводилась в расчищенный торец кабеля и производилось спаивание в цилиндрической печи при температуре 860 - 880 Ü.C с выдержкой в течение 4-5 мин. Способ герметизации путем спаивания жил и оболочки кабеля непосредственно со стеклокристаллическими материалами разработан совместно с Т.А.Головко для различных типов кабелей и различных марок стеклокристаплических материалов.

Применение стеклоприпоя СП 105-1 позволяет снизить температуру спаивания до 560 °С. В этом случае в торец кабеля помещали слой каолиновой ваты, на который закладывали крупку стеклоприпоя СП 105-1, а поверх стеклоприпоя на жилы одевали таблетку из стсклокристаллического материала ПСТ 135-1, спеченную по керамической технологии. Подготовленный таким образом кабель вводили в рабочую зону печи спаивания, температура в которой поддерживалась в интервале 540 - 560 °С и выдерживали в ней в течение 4-5 мин. При выводе торца кабеля из рабочей зоны печи ситапловую таблетку осаживали в расплав СП 105-1 до упора. Второй торец герметизировали аналогично.

Полученные модули дважды, с интервалом 10 - 15 мин., покрывали 0СК, сушили при комнатной температуре в течение суток, а затем производили отверждение по заданному режиму: подъем температуры до 250 - 270 °С со скоростью 1,0 - 1.5 град/мин и выдержка при данной температуре в течение 3 часов.

Возможен другой способ герметизации торцов кабелей с помощью легкоплавкого стеклоприпоя. В торец кабеля помещали на слой каолиновой ваты дозированное количество крупки стеклоприпоя, производили расплавление с последующим охлаждением при комнатной температуре.. Ситапловую таблетку из ПСТ 135-1

опускали о ОСК, надевали на жилы и сдвигали в торец кабеля до упора. Полученный таким образом узел покрывали двойным слоем ОСК. Далее обработка производилась аналогично первому способу.

Предпринята попытка герметизации торцоп кабелей неорганическими цементами. После заливки и отверждения цементов полученные модули испытывались на влагостойкость.

Результаты испытаний представлены на рис.5. Из приведенных кривых ищно, что электрическое сопротивление узлов, герметизированных цементами обоих типов, резко снижается, выходя за пределы допустимого уровня (10 МОм) в течение первых 30 минут, при этом насыщение водой, не влияющее на дальнейшее изменение сопротивления, наступает через 3-4 часа. Изменение электрического сопротивления стеклокристаллических модулей узлов, имеющих дефекты заделки, обнаруживает схожее поведение. Уровень электросопротивления модулей с нормальной заделкой не меняется.

В пятой главе описаны методики, использующиеся при исследованиях. применяемых в данной работе, и приведены полученные экспериментальные результаты. Представлен разработанный экспресс - метод контроля герметичности, основанный на резком уменьшении электросопротивления между жилой и оболочкой и между жилами при отсутствии или нарушении герметичности торца вследствие поглощения порошковой набивкой из окиси магния влаги при погружении торца кабеля в воду.

Приведены данные определения дилатометрических свойств для материалов ПСТ 135-1 с дополнительным отжигом и без него, ПСТ 150-1, СП 105-1. Измерения производились на кварцевом дилатометре ДКД. Исследования дилатометрических свойств для материалов ПСТ 135-1 и ПСТ 150-1 проводились совместно с Т. А. Головко.

С целью получения герметичного спая металл - стеклон-ристаллнческое покрытие производилась оценка степени подготовки торцов кабеля к герметизации. Контрольной характеристикой являлся угол смачивания (8, град.) металлических пластинок различной степени зачистки ситаллом. Полученные ре-'

- и -

зультаты (таблица 1) наглядно демонстрируют необходимость специальной обработки внутренней поверхности торца кабеля абразивным материалом с последующим обезжириванием для получения качественного спая металл - стеклокристаллическте покрытие после удаления магнезиальной изоляции.

Для определения работоспособности разработанных модулей в условиях АЗС герметизированные образцы кабелей подвергались облучению на кобальтовой гамма - установке мощностью дозы Р = 3750 Р/с. Всвязи с небольшими размерами камеры гамма - установки размер образца был определен в 300 мм с длиной жил но более 50 мм с каждой стороны. Приведены временные режимы набора дозы, после достижения которой образцы кабелей извлекались из гамма - облучателя и выдерживались в течение определенного времени, необходимого для остывания, и затем подвергались испытаниям. Испытания проводились с целью определения сопротивления изоляции кабелей до и после воздействия гамма - облучения дозой до 5»10' Рад и сопротивления изоляции облученных максимальной дозой (Д - 5*10'' Рад) кабелей при одновременен воздействии температуры (до 150 !jC>, паровоздушной и пароводяной смеси (с добавками дезактиватора) давлением до 0,5 !1Па (режимы аварийных ситуаций "малая течь" и "большая течь".

Результаты испытаний приведены на рисунках 6-й. Из приведенных данных видно, что сопротивление изоляции кабелей до гамма - облучения дозой до 1«10;' Рад практически не изменяется, а после гамма - облучения дозой 1*10°' Рад и продельной дозой 5*1 о'1 Рад снижается, но его значения соответствуют предъявляемым требованиям. При этом самые высокие значения сопротивления показывают кабели, герметизированные стеклок-ристаплическим материалом ПСТ 150-1, самые низкие - кабели, в которых применяется органосиликатная композиция ОС 92-18. Очевидно, что-способ закрепления ситалловой таблетки в торце кабеля при герметизации стеклоприпоем СП 105-1 в сочетании с ПСТ 135-1 и ОСК практически не влияет на эксплуатационные характеристики.

Резкое снижение сопротивления наблюдается при создании аварийных ситуаций, близких режиму "малой течи". Тем не ме-

нее, значения сопротивления практически но выходят за установленные границы.

Оь!!;Ж ВЫВОДЯ

В настоящем работе произведен выбор материалов для герметизации т( рцпп кабелей. работоспособных о условиях радиации. и разработка на оснпвс этих матерналог? новой перспективной технологии герметизации торцов кабелей для изготовления герметичных вводов.

В соответствии с требованиями, предъявляется к материала!.) для электрической изоляции в условиях работа на АЗС в работе решены следующие задачи:

1. В качество элементов модульной конструкции выбраны кабели с оболочкой из стали Х1ВН10Т: термопарные КТМО (ХК) и двужильные 1ШМС 2x1,5. с модными жилами, планированными нержавеющей сталь» ХШИОТ (возможна герметизация одножилыих кабелей КИКС 1x1.Ь).

2. В качество исходных материалов - гормотнког» рассматривались органические полимерные материалы, электротехническая керамика. неорганические стекла и ситаплы, неорганические цементы и органосилпкатнис материалы.

Исходя из предъявляемых требовании, для дальнойянх исследовании оставлены стекла, ситаллы, цем.омтм и оргаиосилм-катные материалы, а именно: стеклокристолличсскио покрытия ПСТ 135-1 и ПСТ 150-1; легкоплавкое стоило СП 105-1. Из ор-ганосиликатных материалов выбрана радиацпонно стойкая композиция ОС 52-15 зеленая.

3. Перечисленные выше герметики имеют хорозуо адгезия к материалам оболочки и яил и согласовало с ними по коэффициенту термического расширения. Все материалы, выбранные для соединения, герметизации и изоляции кил от оболочки и меяду собой обладают следующими свойствами:

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

мм не менее 10 МОм о нормальных условиях и в предельных условиях (при температуре до 150 ЭС);

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

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

- коррозионной стойкостью, обеспечивающей сохранение электроизоляционных свойств и герметичность на необходимом уровне при климатических воздействиях, действии водяного пара и паровоздушной смеси, дезактивационных и поглощающих растворов в течение заданного времени;

- радиационной стойкостью при заданных интенсивностиу и дозах излучения (10" - 105 рад/час, интегральная доза 5х108 рад), обеспечивающей сохранение радиационных свойств и герметичности на заданном уровне;

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

4. Разработана конструкция и технология герметизации (три варианта) отдельных узлов кабелей для гермоввода на основе выбранных материалов.

При использовании в качестве герметика ситалла по первому варианту спаивание производится при температуре 860880 °С. Применение стеклоприпоя СП 105-1 в сочетании с изготовленной по керамической технологии ситалловой таблеткой как в случае погружения таблетки в расплав стеклоприпоя. так и прикреплении ее посредством ОСК позволяет снизить температуру спаивания до 560 °С. Спеченная (но не расплавленная) ситалловая таблетка обеспечивает необходимую механическую прочность спая. В целях повышения стойкости по отношению к дезактивирующим растворам полученный модуль покрывают слоем радйационно стойкой органосиликатной композиции ОС 52-15 зе-

леная.

5. Разработан экспресс - метод контроля .герметичности, основанный на резком уменьшении электросопротивления между жилой и оболочкой и между жилами при отсутствии или нарушении герметичности торца вследствие поглощения порошковой набивкой из окиси магния влаги при погружении торца кабеля в воду.

6. Полученные модули исследованы при работе в условиях повышенных температур, влажности и гамма-излучения.

В настоящее время разработка герметичных вводов типа ВГКК закончена и принята Межведомственной комиссией в составе представителей Атомонергоэкспорта, Атомэмергопроекта, 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 ВГКК, в состав которых входят представленные в диссертации конструкции ВГКК - 194 - 3.00.00.00.ВО (термопарные кабели с жилами хромель -копель) и ВГКК - 194 - 2.00.00.00.ВО (кабели 'со стальной оболочкой и плакированными медными жилами).

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

Разработанные проходки могут быть использованы при создании противопожарных барьеров в кабельных коридорах различного назначения.

Основные материалы, включенные в диссертацию, опубликованы в следующих работах:

1. Н.С.Костюков,' Г.Г.Охотникова, Т.А.Головко. Герметич-

ные вводы контрольных и термопарных каболой для АЭС. Благовещенск: А1.1ГУ и ИТЦ. АмурНЦ ДВО РАН, 1991. - 58 с,

2. Г.Г.Охотникова. Т.А.Головко, Н.С.Костюков. Некоторые элементы конструкции герметизирующей оболочки АЗС. Тезисы докладов IV Международной школы - симпозиума "Физика и химия твердого тела". Благовещенск: АмурКНИИ ДВО РАН. 1994.- С.59.

3. Н.С.Костюков, Г.Г.Охотникова. Т.А.Головко. Проблема надежности герметичных вводов в создании безопасной АЭС. Тезисы Республиканской научно-технической конференции "Проблемы энергоснабжения Дальнего Востока", Благовещенск. 1995г.

4. Г.Г.Охотникова, Т.А.Головко. Герметичные вводы контрольных и термопарных кабелей для АЗС. Тезисы докладов региональной студенческой научно-технической конференции "Студенты и научно-технический прогресс", Благовещенск, 1995г.

5. Г.Г.Охотникова. Т.А.Головко. Герметизация термопарных кабелей для АЭС. Тезисы докладов научно-технической конференции молодых ученых Приамурья, Благовещенск, 1994г.

6. Н.С.Костюков. Г.Г.Охотникова, Т.А.Головко. Герметичные вводы силовых и контрольных кабелей для АЭС. Тезисы докладов Международной научно-технической конференции "Роль атомной энергетики в решении региональных экономических и экологических проблем", Владивосток, 1994. - с 37.

7. Г.Г.Охотникова. Т.А.Головко, Н.С.Костюков. Герметичные вводы контрольных и термопарных кабелей для АЭС. Тематический сбопник "Наукоемкие технологии", Благовещенск. 1995г.

8. "Вводы герметичные контрольных кабелей типа ВГКК для АЭС". Технические условия ТУ 7434-4740909-001-92Э, Благовещенск, 1992.

Ггрыет;Гч'1!УЙ БЬОД БГКК 104. о.00.00.СО.Ю., I - МаТГгДЛНчсСКИЙ КОрП>'С', С - ({ш&ШЗД; о - ЬЭДЦТКЫй КСйГу'лИ;

."^•■иллднал труба; б - нсюлироЕляни« злестр;гческие проводники; ткчностд; Э - стена герметичного лсмеценпл Ас-.:; 1С -^сытли;

гИС. I

продол:.кки рагрез.

4 - 3.1»'-!.^; .IT С i ! O^i О Г i Г-î г; С КО i ' .".оЩ'ЛТм; 5 -

- ИТуЦбР; ü - зтуцс-р КСНТрОДЛ ГсрЫб-!1 - монтажное кольцо; к; - сальник.

•Герметичный ввод ВГКК с защитными кояухачи ; Рис. 2

о

\

Стеклокристаопический модуль. 1 - металлическая оболочка кабеля; 2 - магнезиальная изоляция; 3 - жила; 4 - стеклоприпой; 5 - ситалловая таблетка.

Рис. 3

подготовка ОСК

синтез исходных стекол

-1-

V

измельчение стекол

I

V

приготовление пресспорошса

-1--

V

прессование таблеток V

выжигание связки

I

V

спекание таблеток

удаление оболочки кабеля

V

удаление минеральной изоляции

V

обработка жил и зоны спаивания

V

сушка кабеля

V

контроль электросопротивления

> сборка модуля <■

I

V

спаивание деталей

-1---

V

контроль качества

-:-1-

V

создание защитного |<-слоя |

-1-

V

дополнительная термообработка -1-

контроль заданных параметров

Технологическая схема процесса изготовления металло-кераыических модулей Рис. 4

¡1^ /о131

у

40

40

40 8

//

.10

40'

401

■10'

! 10

д-о—о—о— 1-0-0-0- I-0- ]-о- 1-□-0

\

На

\\

Д ov

л 0 V Ач * 1 -О 0 * _*_| * < — Й-- -2- _2_

Л Ч Л 2 А ' л — 3-1 2 (

т,™

Зависимость сопротивления изоляции модуля от времени при контроле герметичности экспресс - методом для различных геркстиков и при наличии дефектов герметизации.

—о--модуль, герметизированный стеклом о сочетании с

ситалповой таблеткой и ОСК, без дефектов;

о—&--юдуль, герметизированный алюмофосфатнш цементом;

-* —*--модуль, герметизированный корундофосфатным цементом;

-д-л--модуль, герметизировать стеклом в сочетании с

ситалповой таблеткой н ОСК, имеющий дефекта Рис.5

Таблица 1

Определение угла смачивания

Степень зачистки пластинки Марка герметика Режим предвар. термообработки герметика Температура оплавления. Угол смачивания 8, град.

Группа 1 ПСТ 150- 1 Выжигание связки: 450-500 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 2 ПСТ 150- 1 Выжигание связки: 450-500 °С. спекание: 700"С спекание: 620"С спекание: 540 С 840 840 840 102 105 105

ПСТ 135- 1 Выжигание связки: 450-500 °С, спекание: 840"С спекание: 760^0 спекание: 700 С 940 940 940 90

Группа 3 ПСТ 150- 1 Выжигание связки: 450-500 °С. спекание: 700~С спекание: 620"С спекание: 540 С 840 840 840 47 59 61

ПСТ 135- 1 Выжигание связки: 450-500 °С, спекание: 840"С спекание: 760" С спекание: 700 С 940 940 940 63

Примечания:

1.для материала ПСТ 150-1 Д8 = 3 град.; для материала ПСТ 135-1 Д8 = 6 град.;

Д - модуль абсолютной погрешности измерения величины.

2. Растекание таблеток из материала ПСТ 135-1, спеченных при 760 Си 700 С не происходит. Вместо растекания происходит значительное уплотнение спеченных таблеток и незначительное оплавление последних по верхнему край.

3. Пояснения, относящиеся к распределению степени зачистки поверхности по группам см. в тексте.

Я, О И

/¿7

1

10 40'

■а" <м

<0*7,

м' у/ И)л и)' /0я // н)'

Зависимость сопротивления изоляции модулей от дозы гамма - облучения.

—о--термопарный кабель, горметик -

пои в сочетании с таблеткой из ный слой - ОС 52-15;

-V—--контрольный кабель, герметик -

пой в сочетании с таблеткой из ный слой - ОС 52-15;

-х—х--термопарный кабель, герметик -

пои в сочетании с таблеткой из ный слой - ОС 92-18;

-»—*--контрольный кабель, герметик -

пой в сочетании с таблеткой из ный слой - ОС 92-18;

легкоплавкий при-ПСТ 135-1. защит-

легкоплавкий ппи-ПСТ 135-1, защит-

леггоплапкий при-ПСТ 135-1, защит-

легкоплавкий при-ПСТ 135-1, защит-

Способ изготовления модулей: крепление таблетки из ПСТ 135-1 на поверхности стеклоприпоя посредством ОСК.

Рис. 6

"малая течь"

"большая течь"

40 Я.Ом

<0* ю" ш'

<г

Я) ,0 10

Мм т'

композиция ОС 52-12

сх

композиция ОС 52-12

й/'

/О

Ж

"малая течь"

"большая течь"

композиция ОС 92-18

композиция ОС 92-18

Результаты испытания модулей в аварийных режимах, а) термопарные (ХК) кабели; б) контрольные кабели. Левый столбик диаграмш соответствует сопротивлению изоляции между жилой и кабелем; правый - между двумя жилами. Рис.7

А

о

/I Он

13 -

■Я

к?

Г

■1/Г

7 ¿Г

г-—

.. - \ \

" — ___ \ \

-------- ---------- ------ V • >• \л

\ \ \ \ \\

Ч - \\\

\ \\\

\\ V.

■ - -

10

■и) -/а

/О

лУ /о9 Л

Зависимость сопротивления изоляции модулой от дозы riu.si.ia - облучения.

-о— о

-Г1--И

териопарньш каооль, гормотин -(без защитного слоя);

--- тернопарный кабель, герметик -

пои в сочетании с таблеткой из ний слой - ОС 52-15;

-V —V--контрольный кабель, герметик -

пой в сочетании с таблетной из ный слой - ОС 52-15; —х~х — - термопарный кабель, герметик -пои п сочетании с таблеткой из ный слой - ОС 92-18;

-г—*--контрольный кабель, герметик -

пой в сочетании с таблеткой из ный слой - ОС 92-18;

ситалл ПСТ 160-1

легкоплавкий при -ПСТ 135-1, защит-

легкоплавкий при-ПС'1 135-1. защит-

легкоплавкий при-ПСТ 135-1, защит-

легкоплавкий при-ПСТ 135-1, защит-

Способ изготовления модулей: погружение таблетки из ПСТ 135-1 в расплав стеклоприпоя.

Рис. д