автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.02, диссертация на тему:Расчет температуры трубы корпуса, проводников и максимально допустимого тока нагрузки гермовводов, предназначенных для ввода кабелей в АЭС со стальной защитной оболочкой

Введение

Глава 1. Конструкция, свойства. и условия работы герметичных 8 вводов

1.1. Назначение и место установки герметичных вводов, 8 требования к вводам

1.2. Конструкции гермовводов и радиационная стойкость материалов

1.2.1. Герметизация и изоляция полимерами

1.2.2. Изолирование и герметизация стеклом 17 1.3. Герметизация вводов металлокерамическими узлами

1.4. Расчеты тепловых полей и допустимого тока нагрузки в 26 гермовводах

1.4.1. Номинальные токи и токи короткого замыкания в вводах

1.4.2. Общие формулы для расчета максимально допустимого 27 тока нагрузки

1.4.3. Расчет тепловых сопротивлений внутри закладной трубы и 31 трубы корпуса ввода

1.4.4. Расчет теплового сопротивления при теплоотводе от 33 закладной трубы

1.4.5. Расчет мощности потерь энергии в стальной трубе и 37 фланцах одножильных гермовводов

1.4.6. Расчет максимально допустимого тока нагрузки в четырех 44 - и восьмижильных вводах

1.4.7. Расчет допустимых токов нагрузки гермовводов 45 контрольных и силовых кабелей в стальной герметичной оболочке АЭС

1.5. Выводы по главе 1 и задачи исследований по диссертации

Глава 2. Расчет температур и максимально допустимых токов в 53 гермовводах с модульной конструкцией и с применением кабелей КМЖ

2.1. Постановка задачи

2.1.1. Модульная конструкция гермопроходок

2.2. Общие формулы для расчета температуры проводников и 62 допустимого тока нагрузки

2.3. Расчет температуры трубы гермоввода

2.4. Определение численных значений для температуры трубы 69 корпуса гермоввода

2.5. Учет влияния теплового потока вдоль медного проводника

2.5.1. При расчете теплового сопротивления внутри модуля принята система правильной скрутки по повивам (как жилы силовых кабелей)

2.5.2. Расчет теплового сопротивления между модулем и трубой 76 корпуса гермоввода (RTMT)

2.6. Расчет температур и максимально допустимых токов 77 нагрузки в гермовводах с кабелями КМЖ

2.7. Выводы по главе

Глава 3. Экспериментальное применение температур на модули 93 гермоввода

3.1 Измерение температуры по данным фирмы Elox

3.2 Расчет температуры проводников при их выходе в горячую 99 («грязную») зону

Выводы

Актуальность

Герметичные вводы кабелей играют большую роль в обеспечении работоспособности АЭС не только в нормальных условиях эксплуатации, но и в аварийных и после аварийных режимах.

К гермовводам кабелей нормами безопасности предъявляются особо жесткие требования в целях обеспечения герметичности и прочности системы локализации аварий, надежности передачи электрического сигнала и сохранения его формы, радиационной и пожарной устойчивости всех элементов ввода, сохранение работоспособности в течении заданного срока эксплуатации.

Требования к гермовводам, он должен:

• Обеспечивать биологическую защиту, эквивалентную толщине стены защитной стальной оболочки;

• Выдерживать испытательное давление под оболочкой 0,56 МПа;

• Выдерживать не менее 20 малых и одну большую течь в любой последовательности и сохранять в течении трех месяцев при давлении 0,05 -0,12 МПа и температуре до 60°С герметичность и работоспособность при интегральной радиации с учетом всех аварий 5 х 108рад;

• Сохранять герметичность и работоспособность во всем диапазоне сейсмических воздействий до максимального расчетного землетрясения 9 баллов по шкале МК-64;

• Выдерживать вибрацию в диапазоне частот 0,5 — 100 1/с при максимальном ускорении 19,62 м/с (2g);

• Допускать многократный обмыв дезактивирующими растворами;

• Быть устойчивым к воздействию тропического климата;

• Обеспечивать герметичность оболочки при воздействии стандартного пожара с одной ее стороны в течении 90 мин.

Для обеспечения функционирования электротехнического оборудования и контроля за работой реактора под защитную оболочку необходимо ввести, не нарушая герметичности, до 25000 силовых проводников на токи от 100 до 700А и на напряжение от 220В до ЮкВ, а для системы контроля управления и защиты реактора - до 60000 проводников на токи до нескольких миллиампер до 25А на напряжение до 380В.

Надежность и работоспособность герметичных вводов зависит от температуры до которых нагреваются различные элементы конструкции и в нормальном режиме и в режиме «малой» и «большой» течи. Эти температуры зависят от правильного выбора токов нагрузки для заданной площади сечения проводников или от правильности сечения проводников для пропускания заданного тока нагрузки. В связи с этим актуальна разработка методов теплового расчета гермовводов.

Цель работы

В литературе опубликованы методики теплового расчета гермовводов для симметричного теплового режима, то есть, когда температура внутри и снаружи защитной стены одинаковая. В этих методиках не учитывается распространение теплоты вдоль медных проводников, что существенно при малой длине трубы корпуса гермоввода (приблизительно 0,2м)

В связи с этим в работе поставлена задача разработать методику теплового расчета гермовводов для несимметричных температур, когда температура внутри защитной оболочки АЭС достигает 60", 90 и 150 С, а снаружи защитной оболочки 30°С. В разрабатываемой методике должно быть учтено движение теплоты вдоль медных проводников в гермовводе и снаружи по длине гермоввода,

Научная новизна

1. разработана методика теплового расчета гермоввода типа CP модульной конструкции с органической изоляцией проводников и типа ВГКК с применением кабелей КМЖ с магнезиальной неорганической изоляцией и металлической оболочкой для несимметричных тепловых режимов, когда температура внутри защитной стальной стены значительно выше температуры в «чистой» зоне снаруже стены.

2. В рамках общей методики теплового расчета разработана методика расчета температуры стальной трубы корпуса гермоввода с учетом движения теплоты вдоль металла трубы в несимметричных тепловых режимах во внутренней и внешней зоне в номинальном режиме и в режиме «малой» и «большой течи».

3. В рамках общей методики теплового расчета разработана методика расчета температуры проводников в гермовводе с учетом продвижения теплоты вдоль металлических проводников для несимметричных тепловых режимов - номинального, «малой» и «большой течи».

Практическая ценность

Разработанная теория расчета тепловых полей в гермовводах, методика расчета максимальной температуры трубы и проводников в нормальном режиме работы и в режимах «малой» и «большой течи», а также методика расчета допустимого тока нагрузки и результаты расчета конкретных температур и токов для гермовводов АЭС Бушер - 1 имеет практическую ценность для оценки влияния полученных температур на работоспособность и надежность используемых гермовводов.

Разработанные методики расчета температур и максимально допустимых токов нагрузки в гермовводах могут быть использованы в проектировании новых АЭС.

Основные положения, представляемые к защите

• Теория расчета тепловых полей для металлической трубы закреплённой в отверстии защитной стены АЭС при несимметричных температурах внутри и снаружи стены;

• Методика расчета максимальной температуры металлической трубы, закрепленной в защитной стене в несимметричном тепловом режиме;

• Методика расчета температуры проводников с учетом движения теплоты вдоль проводника в несимметричном тепловом режиме;

• Методика расчета макимально допустимого тока в нормальном тепловом режиме и в режиме «малой течи» в несимметричном тепловом режиме.

выводы

1. Разработаны "теоретические положения для теплового расчета гермовводов. Получены формулы для расчета температур трубы корпуса ввода и максимальной температуры проводников, которые приведены к приближенным простым инженерным формулам.

2. Установлено, что передача теплоты вдоль металла трубы корпуса гермоввода приводит к тому, что разность температур на концах и в середине трубы невелика и приблизительно равна (T0i+T02)/2+ATt, где T0i и Т02 ~ температура воздуха в «грязной» и «чистой» зонах. Значение АТт равно 3°С при Т01 = 60°С, 4°С при Т01 = 90°С, 7°С при T0i = 150°С.

3. Передача теплоты вдоль медных проводников приводит к тому, что температура проводников в максимуме около выхода из гермоввода в «грязную» зону приблизительно равна температуре трубы плюс 15°С при T0i = 60°С, 20°С при Ты = 90°С, 40°С при Тш = 150°С.

4. Температура проводников для номинальных токов нагрузки в режиме «малой течи» не превышает 95°С, что допустимо для изоляции вводов типа СР. Во вводах типа ВГКК эти температуры 100 - 120°С, но такая температура допустима для кабелей марки КМЖ.

5. Экспериментальные измерения температур модулей при их выходе из уплотнений во фланцах гермоввода в «грязную» зону показали, что они приближенно соответствуют расчетным значением.

6. Разработанная методика расчета температур и максимально допустимых токов нагрузки впервые с учетом передачи теплоты вдоль металлической трубы корпуса гермоввода и вдоль медных проводников позволяет определять допустимые границы для токов нагрузки в длительном режиме и по температуре нагревания проводников работоспособности ввода.

Это применимо при анализе работы вводов для уже эксплуатируемых вводов и при вновь проектируемых АЭС.

1. Костюков Н.С., Холодный С.Д., Иранская Т.Ю., Демчук В.А., Соколов С.М. «Герметичные кабельные вводы для АЭС» Под ред. Костюкова Н.С. М. Наука, 2004 - 236с.

2. Воронин JI.M. «Особенности проектирования и сооружения АЭС», М, 1980.

3. Костюков Н.С., Холодный С.Д., Иранская Т.Ю. «Тепловой расчет гермовводов для атомных электростанций с железобетонной герметичной оболочкой» Электричество, 2000 №11.

4. Костюков Н.С., Холодный С.Д., Еранская Т.Ю «Расчет гермовводов для атомных электростанций со стальной герметичной оболочкой». Электричество, 2003 №9

5. Привезенцев В.А., Гроднев И.И., Холодный С.Д., Рязанов И.Б. Под ред. Привезенцева В.А. «Основы кабельной техники». М. Энергия, 1975.

6. Теплотехнический справочник / Под ред. Юренева В.Н. и Лебедева П.Д. 2-е издание. М. 1976/Г.2

7. Линчевский В.П. «Нагревательные печи» Изд. 2-е, 1948

8. Лыков А.В. «Тепломассообмен» (справочник), М., Энергия, 1971

9. Белорусов Н.И., Саакян А.Е., Яковлева А.И. «Электрические кабели, провода и шнуры» (Справочник), М., Энергоатомиздат, 1987

10. Поливанов К.М. «Теоретические основы электротехники» часть 3: «Теория электромагнитного поля», М., Энергия ,1969.

11. Будак Б.М., Самарский А.А., Тихонов А.Н. «Сборник задач по математической физике», М., Наука, 1972

12. ОАО «Электромонтаж» Проходки герметичные CP для АЭС. ТУ 5057СР

13. Проект ELOX prom (Элокс пром). Электрические проходки.1. ПЕРЕЧЕНЬ ПУБЛИКАЦИЙ

14. Дусткам М. "Расчет потери коронного разряда на линии высокого напряжения переменного тока". Международная конференция Таванир, Сборник, Тегеран, 1988 г.

15. Дусткам М. "Автоматический сброс нагрузки средствами компьютерного обеспечения". Там же, 1998 г.

16. Дусткам М. "Правила техники безопасности при работе электростанций". 1987 г.

17. Дусткам М. "Экологически чистая энергия, включая атомную энергию, энергию ветра и геотермальную энергию, а также энергию морских приливов/отливов". Шамс Джорнал, Тегеран, 1995 1997 г.

18. Дусткам М. "Сравнение аварий на АЭС с другими промышленными авариями. Анализ аварий на Tree Mile Island АЭС с аварией на Чернобыльской АЭС". Там же.

19. Дусткам М., Холодный С.Д. "Разработка методов расчетов токов нагрузки в гермопроходке кабеля в АЭС". «Электро» №3,2006 г.

20. Дусткам M., Холодный С.Д. "Оценка температур нагрева и максимально допустимых токов проводов и кабелей в гермопроходках атомных станций". «Кабели и провода» №296,2006 г.