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

АМУРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

ОХОТНИКОВА Галина Генриховна

5УДК 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

О

(

БЛАГОВЕЩЕНСК - 1996 г.

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

Защита состоится ".'?." . 1996г. в /и .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 "____" ........... 1996г.

Ученый секретарь ^ >

диссертационного советаг >. Е.Ф. Дегтярев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

Вопрос безопасной работы атомных станций неизменно остается актуальным. Существующие конструкции устаревают, используемые б 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 в настоящее время отечественные гермовооды типа ПГКК, выполненные на основе полимерных материалов, в большинстве своем теряют герметичность уже в первые годы работы на АЗС. Это связано с тем. что при повышенных температурах и воздействии радиации происходит разложение полимерных материалов, приводящее к выделению ядовитых н газообразных продуктов.

Этих недостатков практически лишены неорганические материалы, в частности, стекла и керашка, обладающие значительно большей радиационной стойкостью, чем органические, так нак гаша-излучение не 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, алюминия, сталей и сплавов).

Разработка герметичных вводов 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 ДВО РАН (ДВО АН СССР) начаты работы по созданию герметичных оводов для АЗС на базе неорганических материалов. В настоящее время разра-

ботка герметичных вводов типа ВГКК закончена и принята Межведомственной комиссией в составе представителей Атомэнерго-экспорта, Атомэнергопроекта, Госатомэнергонадзора и Министерства атомной энергетики. В. установленном 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, обеспечиващим сопротивление изоляции между жилой и оболочкой и между жилами не ыенее 10 МОи 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 прочностью 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 5x10' рад), обеспечивающей сохранение диэлектрических свойств и герметичности на заданном уровне;

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

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

3. Разработка методики контроля основных параметров.

4. Исследование полученных модулей при работе в условиях повышенных температур, влажности и гаша-нзлучения.

Научная новизна

1. В результате исследований для создания герметичного ввода выбраны только неорганические материалы, но подверженные действию гамма-излучения, огнестойкие и пожароустойчи-вые,

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

3. Разработанные на основе модуле.! 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 применением фланцев из стекла (например, Фирм "Сим: онс", "Отто Бухвитц" и др.) с впаянными в них токовподами. Потеря герметичности одним токовводдом этой конструкции приводит к выходу из строя всего гермоввода, то есть до 140 токоведущих линий.

В случао 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 о чистые зоны, от радиоактивных аэрозолей и твердых пылевидных частиц. При проведении ремонтных работ потерявший герметичность

, 1 модуль легко.заваривается без замены всего гермоввода.

Практическая значимость

Результаты, полученные при 1 выполнении данной работы/ ; ;делают возможным создание принципиально новой конструкций герметичного ввода для АЭС,, состоящего полностью из радиаци-онно стойних и негорючих материалов. Использование такой, конструкции в .действующих и строящихся АЭС позволит решить

■ главную задачу - безопасность работа атомной станции на но-V вом, более высоком 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-Технологический институтом АТН РФ и 8-м Институтом Ядерной промышленности КГКЯП подписан протокол намерении о создании совместного предприятия по производству герметичных вводов типа ВГКК.

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

На защиту выносятся следующие положения -

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

2, Модульная конструкция на основе:

- термопарных кабелей КТЫСМ (ХК) с аилами из сплавов хромель и' ко'пель;

- контрольных кабелей КНМС с оболочкой из стали XI8Н1ОТ и плакированными сталью медными жилами;

"; - неорганических электроизоляционных материалов.

• 3. Технология герметизации кабелей стеклокристалличес-; -ними покрытиями ПСТ 135-1, ПСТ 150-1 и стеклоприпоем СП - 105-1 в сочетании с органосиликатной композицией ОСК 52-15, Обеспечивающая комплекс эксплуатационных свойств при работе в условияз зоны локализации Аварий АЭС.

- ? -

Публикации

Материалы диссертационной работы опубликованы в препринте "Герметичные вводы термопарных и контрольных кабелей для АЭС", 1 научной статье, 5 тезисах докладов и технических условиях ТУ 7434-4740909-001-924 "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-тохнической 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 тал числе 27 рисунков, 18 таблиц и списка литературы, вклочаюцего 108 наименований, приложений.

Благодарности

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

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе приведем литературный обзор работ, посвященных конструкциям герметичных вводов, работающих в настоящее враля на атомных станциях мира, используемым в них материалам 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 герметиков, под действием радиации. Отмечены технологические сложности изготовления металлокерамических конструкций.

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

Па основе сформулкрованых во введении критериев работоспособности материалов произведен выбор классов материалов, наиболее перспективных для использования в качестве герметиков для контрольных и термопарных (ХК) кабелей гермовводов для АЗС.

Сравнение уровней основных свойств рассматриваемых материалов позволило произвести выбор материалов, пригодных для дальнейших исследований. При этом учитывалось, что в условиях "грязной зоны" выбранные материалы будут подвергаться воздействию 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 вида излучения, а только от поглощенной дозы. Остальные материалы являются стойкими по отношению к гамма-излучению.

При использовании керамических материалов в качество геристиков возникают значительные трудности технологического характера. Для получения соединения керамика - металл требуются жесткие условия, и для герметизации кабелей применяются специально изготовленные изоляторы. Процесс изготовления таких изоляторов достаточно сложен и качество герметизации кабелей зависит как от герметичности самого изолятора, так и от качества паяного (сварного) ива между кабелем и изолятором. Технологичность же таких материалов пак стекла, ситал-лы, цементы, особенно применительно к замкнутым объемам, широко известна. По некоторым из них (стекла) уже имеется практика эксплуатации в условиях АЗС. Поэтому, учитывая свойства материалов и технологический фактор, для дальнейших исследований целесообразно оставить стекла, ситаллы. цементы и органоенлккатнио материал, овладевшие гидрофобными свойства.» I, что згл:но в условиях повышенной влажности.

В результате проведения сравнительной сценки отдельных представителе"! каждого типа материалов, с учетом близости их термического коэффициента линейного расширения (ТКЛР) к ТКЛР стали Х18Н10Т в качестве представителей неорганических стекол выбраны стеклт.фисталпические покрытия ПСТ 135-1 и ПСТ 150-1. Для герметизации стеклом в ИХС РАН специально разработано легкеплавее стекло СП 105-1. Из класса неорганических фосфатных связующих по рекомендации !'ЩТК РАН выбраны корун-дофосфатный цемент со ¡маками (содержание г-.слздннх 2%) и композиция на основе система А1г0з-810о-гг0г-Рг0;,. Из орга-ноашйсапкх материалов выбраны радиационно стойкая компози-цня ОС 52-35 зеленая и электроизоляционная композиция ОС 92-18 серая. Подведены эксплуатационные свойства выбранных материалов.

В третьей главе описана конструкция герметичного свода, для которого разрабатываются стеклоиристалличсяше модули. Герметичный ввод, приведенный на рисунках 1 и 2, содержит металлический корпус, охватывающий на части длины изолнро-

ванные 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 металлокерамическими изоляторами, предлагается после освобождения торцевой части кабеля от металлической оболочки и магнезиальной изоляции, образовывать в торцевой части полость, которая в дальнейшем будет заполняться герметикой.

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 кабели сделан вывод о том. что для получения качественного герметичного спая необходима очень тщательная зачистка поверхности абразивными материалами с последующим обезжириванием - 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 сожалению, 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 гершввода 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 се 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 качество 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 нетехнологичную. Кроме того, при зачистке кабелей с плакированными килами имеется вероятность повреждения стального слоя и оголения медной аилы, 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 л-' 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 стеклокристаллических материалов ПСТ 135-1 и ПСТ 150-1 потодом 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 °С с выдержкой в течение 4-5 мин. Способ герметизации путем спаивания жил и оболочки кабеля непосредственно со стеклокристалличсскими материалами разработан совместно с Т.А.Головко для различных типов кабелей и различных марок сгеклокристаллических 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 ситалловую таблетку осаживали в расплав СП 105-1 до упора. Второй торец герметизировали аналогично.

Полученные модули дважды, с интервалом 10 - 15 мин., покрывали ОСК, 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. Ситалловую таблетку из ПСТ 135-1

опускали в 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 неорга-ническиии цепонтамн. После заливки и отверждения цементов полученные модули испытьгоались на влагостойкость.

Результаты испытаний представлены на рис.5. Из приведенных кривых ридно. 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, но 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 о 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 поровковой 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, ПСГ 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 - стенлон-ристаплическое покрытие производилась оценка степени подготовки торцов кабеля к герметизации. Контрольной характеристикой являлся угол смачивания (8, град.) металлических пластинок различной степени зачистки ситаллом. Полученные ре-

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 ганма - установке мощностью дозы Р = 3750 Р/с. Всвязи с небольшими размерами камеры гамма - установки размер образца был определен в 300 мм с длиной жил не более £0 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 а 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 одновременом воздействии температуры (до 150 °С), паровоздушной и пароводяной смеси (с добавками дезактиватора) давлением до 0,5 МПа (режимы аварийных ситуаций "малая течь" и "большая течь".

Результаты испытаний приведены на рисунках б - Ъ. Из приведенных данных видно, что сопротивление изоляции кабелей до гамма - облучения дозой до 1*10е1 Рад практически не изменяется, а после гамма - облучения дозой 1*10' Рад и предельной дозой 5*ю': Рад снижается, но ого значения соответствуют предъявляемым требованиям. При этом самые высокие значения сопротивления показывают кабели, герметизированные стеклок-ристаллическим материалом ПСТ 150-1, саше 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-

нос, значения сопротивления практически но выходят за установленные границы.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

В настоящей работе произведен выбор материалов для герметизации тг.рцпп кабелей, работоспособных п условиях радиации, и разработка на основе этих материалов новой перспективной технологии герметизации торцов кабелей для изготовления герметичных вводов.

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

1. В качество элементов модульной конструкции выбраны кабели с оболочкой из стали XIвПЮТ: термоларние КТМС (ХК) и двужильные Klif.'.C 2x1,5. с медшии килами. плакированными нержавеющей сталью Х18Н10Т (возможна герметизация одножнлмих кабелей KIIMC 1x1.5).

2. В качество исходных материалов - герметикой рассматривались органические полимерные материалы, эле ктротехi;ичсс-кая керамика, неорганические стекла и ситаллы, неорганические цо.'.енты и органосиликатше материалы.

Исходя из предъявляемых требований, для дальнейяих исследований оставлены стекла, ситаллы, цементы v, органосилн-катные материалы, а именно: стсклокристаллические покрытия ПСТ 135-1 и ПСТ 150-1; легкоплавкое стекло СП 105-1. Из ор-ганосиликатных материалов выбрана радиационно стойкая композиция ОС 52-15 зеленая.

3. Перечисленные выше герметики имеют хорозую адгезию к материалам оболочки и жил и согласовало с ними по коэффициенту термического расширения. Все материалы, выбранные для соединения, герметизации и изоляции »ил от оболочки и между собой обладают следующими свойствами:

- удельным электрическим сопротивление», обеспечивающим сопротивление изоляции между иглой и оболочкой и меаду »ила-

ми но менее 10 МОм о нормальных условиях и в 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 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 снеси, дезактивационных и поглощающих растворов в течение заданного времени;

- радиационной стойкостью при заданных интенсивности)' и дозах излучения (10" - 105 рад/час, интегральная доза 5х103 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 0СК 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 - истод контроля .герметичности, основанный на резком уменьшении электросопротивления между жилой и оболочкой и между жилаин 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 Ь составе представителей Атомэнергоэкспорта, Атомэнергопроекта, Го-сатомэнергонадзора и Министерства атомной энергетики. В установленном порядке утверждены технические условия на поставку изделий на АЭС.

По результатам проделанной работы в январе 1996 г. между Инженерно-Технологическим институтом АТН РФ и 8-м Институтом Ядерной промышленности Китайской Народной Республики подписан протокол намерений о создании совместного предприятия по производству герметичных вводов типа 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 биозащите 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 кабелей для АЭС. Благовещенск: АмГУ и ИТЦ.АиурНЦ RB0 РАН. 1991. - 58 с.

2. Г.Г.Охотникова, Т.А.Головко. Н.С.Костюков. Некоторые элементы конструкции герметизирующей оболочки АЭС. 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 АЭС. 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 cöodhhk "Наукоемкие технологии", Благовещенск. 1995г.

8. "Вводы герметичные контрольных кабелей типа ВГКК для АЭС". Технические условия ТУ 7434-4740909-001-929. Благовещенск, 1992.

Герметичный ввод ВГКК с защитными кожухами i . Рис. 2

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

Рис.3

подготовка ОСК

синтез исходных стекол

I

V

измельчение стекол )

V

приготовление пресспороика

-!-

V

прессование таблеток

--1-

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 ]<•

-1-"

V

спаивание деталей

-1-

V

контроль качества

-1-

V

создание защитного |<-

слоя |

—1

V

дополнительная термообработка

-1-

V

контроль заданных параметров

Технологическая схема процесса изготовления металло-керамических модулей Рис. 4

//

40

40 8

М8

^

IО*

49*

I 10А

(1-0—п—О—^ о-а-о-с 1-0- ]—□— 1-0-1

Ч

\

\Ч

>\. - А оч х хчс

V4) >й < 0 - - о у * __С > X « 5—.Й— __ 0_

А ^ 1 ^-«-Т—1

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

-о —о. Д-&-

- модуль, герметизированный ситалловой таблеткой и ОСК,

- юдуль, герметизированный ток;

- модуль, герметизированный корундофосфатккм цементом;

- модуль, герметизированный ситалловой таблеткой и ОСК,

Рис.5

стеклом в сочетании с без дефектов; аломофосфатным цемен-

стеклом в сочетании с имеющий дефекты

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 °С. спекание: 700" С спекание: 620„С спекание: 540 С 840 840 840 100 102 102

ПСТ 135- 1 Выжигание связки: 450-500 % 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: 7601; С 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 Д9 » 3 град.; для материала ПСТ 135-1 А9 - 6 град.;

Д - модуль абсолютной погрешности измерения величины.

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

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

R.Om

10

ю

ч" ■id

■/¡J'0 у.0s

4Q о , *

Si] О) M

- - «*

■Л.

// -itf ю7 ij)a /Vs

Зависимость сопротивления изоляции модулой от дозы rai.ii.ia - облучения.

-о —о-

-V-—<7 ■

—ъ ■

термопарный кабель, герметик -пои в сочетании с таблеткой из ный слой - ОС 52-15; контрольный кабель, герметик -пой в сочетании с таблеткой из ный слой - ОС 52-15; 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 при-ПСТ 135-1, защит-

леггоплавкий при-ЧСТ 135-1, защит-

легкоплавкий при-ПСТ 135-1, зацит-

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

Рис. 6

к-X

"малая течь"

"большая течь"

й)

Iо

<0

-ю" ю1-ЛГ №

композиция ОС 52-12

.. -

X

У V

_ ' /

✓ *

- х.'. л С'ч

V ■ч

\/ V

— К кХ

т. . композиция ОС 52-12 ' ю

ям а*

11}е

10 10я

"малая течь"

"большая течь"

композиция ОС 92-18

'У

£

А4

$

Я;.

£

/ ' О

•V

< г

^х

Р

У

%

V С*

У Vх

£ й / '

А/ У

ца -Ц*

композиция ОС 92-18

ч4-

X \

Результаты испытания модулей в аварийных режимах, а) термопарные (ХК) кабели; б) контрольные кабели. п Левый столода диаграммы соответствует сопротивлению изоляции л между жилой и кабелем- правый - меиду двумя яилами. Рис. 7

о

Д

Зависимость сопротивлений изоляции модулой от дозы raj.it.ia - облучения.

-л — о--термопарни» кабель, герметик - ситалл ПС'Г 160-1

(без защитного слоя); --п—11---термопарный кабель, горметин - легкоплавкий при пои в сочетании с таблеткой из ПСТ 135-1, защитный слой - ОС 52-15; --V7 — ч----контрольный кабель, герметик - легкоплавкий припой в сочетании с таблеткой из ПС"1 135-1, защитный слой - ОС 52-15; --------х-х---термопарный кабель, герметик - легкоплавкий припои в сочетании с таблеткой из ПСТ 135-1, защитный слой - ОС 92-18; ——г—V--контрольный кабель, герметик - легкоплавкий припой в сочетании с таблеткой из ПСТ 135-1, защитный слой - ОС 92-18;

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

Рис, е