CC BY
556
^^^^^^^^^^^^^^^^ Энергобезопасность и охрана труда ^^ 7
УДК 621.315.687
Герметичные кабельные вводы в зону локализации аварии на АЭС
Н. С. Костюков,
доктор технических наук, профессор
В. А. Демчук,
кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник
Б. Б. Калиниченко,
кандидат технических наук
Т. Ю. Еранская,
кандидат технических наук, старший научный сотрудник, Институт геологии и природопользования ДВО РАН Лаборатория керамического материаловедения
Рассмотрена конструкция герметичного кабельного ввода в зону локализации аварий на АЭС. Показано, что использование кабелей с минеральной изоляцией придает гермовводам новые дополнительные функциональные свойства - они являются эффективными противопожарными барьерами в кабельных коридорах.
Ключевые слова: герметичный кабельный ввод, система локализации аварий, противопожарные барьеры.
Компоновка АЭС и её оборудования предусматривает комплекс специальных защитных мер, направленных на локализацию разгерметизации первого контура или другой аварийной ситуации. С этой целью основное оборудование АЭС (главные циркуляционные насосы, парогенераторы, трубопроводы, электропроводки и т.п.) размещается в герметичных защитных оболочках, стены которых одновременно в случае железобетонной зоны локализации аварии служат биологической защитой. Для обеспечения функционирования электротехнического оборудования первого контура и контроля за работой реактора под защитную оболочку необходимо ввести, не нарушая герметичности, до 2500 силовых проводников на токи от 100 до 700 А и на напряжение от 220 В до 10 кВ, а для систем контроля, управления и защиты реактора - до 60 000 проводников на токи от нескольких миллиампер до 25 А на напряжение до 380 В [1]. Ввод кабелей через защитную оболочку осуществляется специальными устройствами - гер-мовводами или гермопроходками. Проблеме надежности гермовводов в проектах атомных станций уделяется серьезное внимание, особенно после ряда подобных аварий на различных АЭС. Об этом свидетельствуют жесткие требования, предъявляемые проектировщиками атомных станций к разработчикам гермовводов. Гермоввод должен:
- обеспечивать герметичность оболочки гермозо-ны при воздействии стандартного пожара с одной ее стороны в течение 90 минут;
- обеспечивать биологическую защиту, эквивалентную толщине строительной конструкции с плотностью материала 2350 кг/м3;
- выдерживать испытательное давление под оболочкой 0,56 МПа;
- выдерживать не менее 20 малых и одну большую течь (табл. 1) в любой последовательности и сохранять в течение трех месяцев при давлении 0,05-0,12 МПа и температуре до 60 °С герметичность и работоспособность при интегральной дозе радиации с учетом всех аварий 5-106 Гр;
- сохранять герметичность и работоспособность во всем диапазоне сейсмических воздействий до максимального расчетного землетрясения 8 баллов по шкале МК-64 включительно;
- выдерживать вибрацию в диапазоне частот 0,5-100 Гц при максимальном ускорении 2g;
- выдерживать цикличность температурных перепадов под оболочкой реактора от +20 до +60 °С до 350 циклов за срок службы;
- быть устойчивым к воздействию тропического климата;
- допускать многократный обмыв дезактивирующими растворами.
Гермовводы, независимо от конструктивного решения или назначения, состоят из металлов и других материалов: полимеров, стекла, керамики или композиционных материалов. Эти материалы (кроме металлов) в конструкции герметичного
«ИЮВМИИИ
= 8
Энергобезопасность и энергосбережение
электрокабельного ввода, как правило, используются в качестве герметика или изолятора.
Как известно [2], металлы обладают достаточно высокой радиационной стойкостью в условиях атомной станции. Поэтому радиационная стойкость изделия в целом зависит именно от радиационной стойкости материалов, использованных в конструкции гермоввода как изоляторы или герметики.
Изменение свойств полимерных материалов под действием излучения приводит к снижению эластичности (пластичности), повышению хрупкости, растрескиванию, вспучиванию. Вспучивание и изменение объема ведут к появлению воздушных каналов и трещин в изоляции, уменьшению ее толщины и, следовательно, к возможному электрическому пробою по воздуху. Кроме того, при выходе трещин на поверхность кабеля создаются условия для влияния окружающей среды на свойства внутренних слоев изоляции и самого проводника, что ведет к снижению электрических показателей [3].
В Амурском научном центре ДВО РАН создана серия проходок вводов герметичных контрольных кабелей для разного типа кабелей различного назначения, состоящих только из металлов и высокотемпературной керамики, технологичных в производстве и эксплуатации. Проходка ВГКК обеспечивает в течение 40 лет устойчивое соблюдение всех параметров без замены отдельных проводников или других ее узлов. В конструкцию защитных кожухов входят только по две прокладки из радиа-ционно-стойкой резины, требующие замены в процессе эксплуатации. Все остальные материалы кожуха - металл и керамика.
В ходе разработки конструкции и технологии изготовления вводов герметичных контрольных кабелей (ВГКК) получен ряд авторских свидетельств и патентов как на отдельные узлы, так и на конструкцию в целом [4-6].
В изделии применён модульный принцип устройства, который заключается в следующем: каждый кабель в металлической оболочке с герметично заделанными торцами представляет собой самостоятельный кабель-модуль, то есть минигер-метичный ввод, имеющий двухстороннюю герметичность. Это позволяет, в случае выхода из строя любого кабель-модуля, остальной части герметичного ввода работать без изменения показателей по всем параметрам. На рис. 1 представлены герметичные кабельные модули различного назначения -термопарные, высокочастотные, контрольные.
Основной элемент конструкции ВГКК - герметичная проходка - состоит из корпуса 1 (рис. 2), представляющего собой отрезок стандартной трубы диаметром 168 или 194 мм с толщиной стенки 7 мм, приваренных к корпусу 1 торцевых фланцев 2, через отверстия которых пропущены кабельные модули 3, припаянные или приваренные к фланцам 2. Внутри корпуса 1 находится бетонный блок 4, обеспечивающий биологическую защиту гермоввода. Все сварные и паяные швы должны быть герметичны при испытании давлени-
Рис. 1. Кабельные модули различного назначения
ем 0,56 МПа (5 класс по ОСТ 34-42-544-81). Контроль герметичности проходки выполняется через штуцер 5.
Внешний кабель 6 подсоединяется к проводникам 7 модулей 3 и изолируется в специальных присоединительных устройствах. Места подсоединения проходки к внешнему кабелю и изоляторы 8 находятся внутри защитного кожуха, состоящего из корпуса 9 и съемной крышки 10. Внешние кабели 6 подводятся внутрь кожуха через сальниковые узлы 11 и закрепляются в них. Уплотнение по линиям разъема в защитном кожухе обеспечивается прокладками 12 и 13 из радиационно-стойкой резины. На корпусе 1 герметичным швом приварено монтажное кольцо 14 со штуцером 15.
Данные изделия помогут обеспечить необходимый уровень безопасности системы локализации аварий на атомной станции, могут быть использованы как эффективные противопожарные барьеры в кабельных коридорах, а также как вводы-выводы высокочастотных сигналов в различного рода реакторах, работающих в условиях высокотемпературного и радиационного воздействия.
Гермовводы изготовлены с применением современных вакуумных технологий. В конструкции герметичного ввода применены новые радиацион-но-стойкие и негорючие материалы - металлы и керамика, а герметизация соединений обеспечивается прочно-плотными сварными и паяными соединениями (швами). Герметичные вводы изготовлены на основе кабелей в металлической оболочке с минеральной (магнезиальной) изоляцией, с продольной герметичностью при давлении до 20 атм. Торцы кабелей (модулей) дополнительно герметизированы металлокерамическими изоляторами типа ИПН и ИПК. В этих изоляторах соединения металл-керамика выполнены методами вакуум-плотной пайки высокотемпературными припоями. Внешний вид гермоввода ВГКК представлен на рис. 3.
Энергобезопасность и охрана труда
9 =
Рис. 2. Общий вид гермоввода ВГКК
Рис. 3. Герметичный кабельный ввод коаксиальных кабелей на 19 модулей
В настоящее время потребности атомной энергетики в гермо-вводах удовлетворяются за счёт фирмы «Элокс», созданной в г. Харькове и работающей по лицензии французской фирмы «Окситроль», которая, в свою очередь, работает по лицензии американской фирмы «Конакс», поэтому изделия фирмы «Элокс» не могут идти на экспорт. Сравнительные испытания гер-мовводов серии ВГКК и фирмы «Элокс» показали, что последние не отвечают требованиям по стандартному пожару и режиму большой аварии (табл. 1).
Созданная при НПО «Красная звезда» фирма «Элегия» использует стеклоэмалевую изоляцию. Но изоляторы на основе стекла не отвечают требованиям, предъявляемым к гермовводам для АЭС. По этой причине изделия фирмы «Элегия» не могут составить серьёзной конкуренции гермовво-дам серии ВГКК, которые выполнены только из металла и керамики, материалов, не подверженных воздействию гамма-излучения, негорючих и пожаростойких.
Выводы
Особенностью вводов ВГКК является использование в их конструкции только металлов и керамики -материалов, абсолютно инертных к действию гамма-излучения, основного вида излучений, действующих в зоне локализации аварии. В керамике и металлах даже дозы, превышающие 1011 Р, не вызывают заметных фиксируемых изменений физико-технических свойств и структуры.
Таблица 1
Сравнительная характеристика гермовводов серии ВГКК ООО «Амуратом» и фирмы «Элокс» (по лицензии «Окситроль», «Конакс»)
Характеристика ООО «Амуратом» «Элокс» Стандарт IEEE
1. Герметичность модулей (проходки) 10-11 м3 Па/с - 2,3- 10-9 м3 Па/с
2. Огнестойкость Состоят только из керамики и металла 1000 °С Испытания в режиме стандартного пожара не выдерживают
3. Радиационная стойкость 108 Гр 1,5-106 Гр
4. Режим большой аварии Выдерживают при одновременном действии всех факторов Не выдерживают испытаний при одновременном действии всех факторов Допускает раздельные испытания на радиационную стойкость и атмосферную
5. Экранировка ВЧ цепей Обеспечивается непрерывная экранировка коаксиальных и биаксиальных цепей Допускаются разрывы до 90 мм экранов цепей Разрыв цепей не допускается
6. Барьер распространения пожара Состоит из металлов и керамики. Служит барьером распространению пожара в кабельных коридорах Имеет в составе полимеры. Не является барьером распространению пожара
7. Срок службы 40 лет 3-5 лет
ВМЮИИДИ
= 10
Энергобезопасность и энергосбережение
Используемые в конструкции гермовводов ВГКК материалы не горят и не поддерживают горение. Изделие выдерживает без разгерметизации стандартный пожар (подъём температуры в течение 1,5 ч до 1000 °С).
Применение в гермовводах ВГКК модулей на основе жаростойких кабелей КМЖ с минеральной изоляцией, обладающих продольной герметичностью при давлении до 2 МПа, делает их высоконадёжными по основному параметру этих изделий -герметичности.
Энергобезопасность приобретает уголовный оттенок
Диверсия на Баксанской ГЭС
В круглосуточном режиме идут восстановительные работы после происшествия на Баксанской ГЭС. В ночь на 21 июля вооруженные преступники проникли на территорию ГЭС и убили двух сотрудников милиции, охранявших объект, после чего заложили на территории станции пять самодельных взрывных устройств мощностью от 1,5 до 3 килограммов тротила, одно из которых удалось обезвредить. В результате взрывов и возникшего пожара повреждены три генератора, конструкции здания и имущество гидроэлектростанции. Уголовное дело возбуждено по статьям: 281 (диверсия), 222 (незаконный оборот оружия), 317 (посягательство на жизнь сотрудника правоохранительных органов), 223 (незаконное изготовление оружия) и 226 (хищение оружия и боеприпасов) УК РФ. Полную реконструкцию станции планируется закончить во втором квартале 2012 года.
В Дагестане похищен главный инженер ОАО «Сулакгидроэнергокаскад»
В четверг 23 июля в дежурную часть Унцукульского ОВД (Дагестан) поступило сообщение о том, что неизвестные лица проникли в квартиру номер 33 дома 15 поселка Шамилькала и похитили главного инженера ОАО «Сулакгидроэнергокаскад» Владимира Редькина 1954 года рождения. По данным представителя Следственного управления СКП России по Дагестану, возбуждено уголовное дело по части 2 статьи 126 УК РФ (похищение человека).
По материалам www.gzt.ru,www.lenta.ru
Литература
1. Костюков Н. С., Холодный С. Д., Еранская Т. Ю., Демчук В. А., Соколова С. М. Герметичные вводы для АЭС. М.: Наука, 2004. - 236 с.
2. Костюков Н. С., Еранская Т. Ю., Охотникова Г. Г., Головко Т. А. Герметичные кабельные вводы нового поколения для АЭС. Владивосток: Дальнаука, 1997. - 258 с., ил.
3. Костюков Н. С., Маслов В. В., Муминов М. И. Радиационная стойкость диэлектриков. Ташкент: ФАН, 1981. - 216 с.
4. Демчук В. А., Калиниченко Б. Б., Костюков Н. С., Еранская Т. Ю. Герметичный кабельный ввод и способ его изготовления. Патент РФ № 2291507. Бюл. № 1, 2007.
5. Демчук В. А., Калиниченко Б. Б., Костюков Н. С., Охотников В. А., Абрамов В. В. Герметичный кабельный ввод и способ его изготовления. Патент РФ № 2336587. Бюл. № 29, 2008.
6. Демчук В. А., Калиниченко Б. Б., Костюков Н. С., Охотников В. А. Высокочастотный герметичный кабельный ввод и способ его изготовления. Патент РФ № 2351030. Бюл. № 9, 2009.
