Герметична кабельна проходка середньої і високої напруги та її біологічний захист

Реферат: Винахід стосується герметичної кабельної проходки, що використовується в кабельних системах, а саме до конструкцій кабелів, дротів та ізоляторів. Герметична кабельна проходка середньої і високої напруги, яка є складовою частиною проходкових бетонних стін ядерних реакторів, що містять усі підведення електричних, мірних, живильних дротів і введень, у перерізі яких знижується ізоляційна здатність проходкової бетонної стіни контайнменту проти проникнення іонізуючого випромінювання, складається з корпуса, у якому розміщений щонайменше один електричний дріт, який на кінцях корпуса проходки в її торцях оснащений ізоляторами, причому відстань між окремими електричними дротами і/або іншими матеріалами, що проводять електрику, в проходці є змінна, причому монтажні проміжки між електричними дротами і/або іншими матеріалами, що проводять і/або не проводять електрику, заповнені ізоляційною заливкою, що твердне, яка має гомогенну структуру. UA 99504 C2 (12) UA 99504 C2 UA 99504 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Технічне рішення стосується герметичної кабельної проходки, що використовується в кабельних системах. Рішення належить до сфери електротехніки, а саме до групи, що займається конструкцією кабелів, дротів та ізоляторів. Дотепер питання про зниження рівня часткових пробоїв герметичних кабельних проходок середньої напруги вирішене не було. Низьке значення рівня часткових пробоїв у цієї групи проходок (якщо це було потрібно) зазвичай вирішується за рахунок заповнення простору між елементами з електричним полем придатною олією, наприклад трансформаторною олією. Однак такий варіант, як правило, не відповідав іншим вимогам, наприклад, наявності протипожежних зон, між якими герметична проходка встановлена. З ростом вимог пожежної безпеки та експлуатаційної надійності навіть в екстремальних умовах (наприклад, при пожежі в одній із зон) безумовно необхідно, щоб не порушувалася герметичність протипожежних зон, і щоб високі температури при пожежі не призвели до займання компонентів герметичної кабельної проходки. Наступним недоліком рішень, що не використовують зниження рівня часткових пробоїв у герметичних кабельних проходках, є ще коротший термін служби, що призводить до зниження показників опору ізоляції, та істотно більш висока частота виходу з ладу подібних герметичних кабельних проходок середньої та високої напруги. Вимога до зниження часткових пробоїв у конструкції герметичних кабельних проходок не пред'являлася. Не було досить хорошої можливості зімітувати і змоделювати розподіл електричного розряду та електричного поля всередині конструкції проходки. Як показував і досвід, рівень напруги близько 10 кВ із погляду часткових пробоїв не є небезпечним. Довгострокове використання подібних проходок у виробничих блоках атомних електростанцій однак показало необхідність зниження значення часткових пробоїв до значення, яке б не викликало поступову деструкцію ізоляційних матеріалів проходки, а також не створювало електромагнітний смог, який збільшує рівень перешкод у роботі іншого устаткування (ЕМC). Наступна вимога - захист людей поблизу герметичної кабельної проходки від іонізуючого випромінювання - зазвичай не було реалізовано в перерізі герметичної кабельної проходки. Як правило, застосовувалося додаткове покриття зовнішніх торців проходок, яке своїм складом і матеріалами, що використовувалися, забезпечувало зниження випромінювання. У деяких випадках використовувалися свинцеві дріб та вата. Захисне покриття, однак, ускладнює доступ при перевірках устаткування, і використання свинцевих вати та дробу не відповідало вимогам по запобіганню часткових пробоїв (коронарного ефекту) в електричному полі. Перераховані недоліки усуваються технічним рішенням герметичної кабельної проходки, яке забезпечує зниження значень часткових пробоїв в електричному полі між електричним проведенням і металевими елементами конструкції. Комплекс біологічного захисту герметичної кабельної проходки забезпечує захист від проникнення шкідливого іонізуючого випромінювання крізь герметичну кабельну проходку. Наведені недоліки існуючого стану техніки усуваються впорядкуванням внутрішніх ізоляційних шарів герметичної кабельної проходки середньої та високої напруги. Біологічний захист проти проникнення іонізуючого випромінювання крізь проходку формується сполученням (нашарування) ще придатніших матеріалів. Такими матеріалами є зазвичай свинець і суміш поліетилену і бору. Ці матеріали у формі, як правило, пластинчастих тіл монтуються прямо в модуль проходки. Деякі тіла із суміші поліетилену з бором оснащені обкладинами, які слугують як ізоляція між окремими струмопровідними елементами всередині проходки. Обкладина із зовнішньої сторони електричного дроту змонтована так, що інші частини нанизані на неї. Обкладина, що прилягає до внутрішньої сторони корпуса проходки, змонтована так, що інші частини розміщені всередині цієї обкладини. Внутрішні частини проходки, утворені цими тілами, виконані відповідно до форми і розміру внутрішнього перерізу проходки, і в них виконано як мінімум один отвір для проведення як мінімум одного електричного дроту. Внутрішні частини по максиму заповнюють площу перерізу внутрішньої камери герметичної кабельної проходки. Між внутрішніми частинами, одним або декількома електричними дротами, корпусом проходки, та іншими необхідними частинами конструкції всередині проходки, залишаються лише незначні монтажні проміжки. Всі елементи, що проводять струм, в проходці одночасно мають радіус зняття крайок і оброблену поверхню для досягнення антикоронарного ефекту при номінальній експлуатаційній напрузі. Радіус зняття крайок у діапазоні r=3÷15 mm. Максимальне значення для поверхні елементів, що проводять струм - 8, за нормою ČSN ISO 468, заснованою на ČSN EN ISO 4287, ČSN 013144. Вміст бору в поліетилені обернено пропорційний товщині шару (внутрішньої частини), що складається з суміші поліетилену з бором. Чим менше бору в поліетилені, тим товстіше повинен бути шар для забезпечення достатнього зниження рівня іонізуючого випромінювання. 1 UA 99504 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Внутрішні частини можуть бути закріплені всередині модуля проходки як мінімум одним монтажним болтом з непровідного матеріалу. Матеріал повинен мати хороші електроізоляційні властивості і повинен бути в'язким. Цей монтажний болт скріплює внутрішні частини між собою і/або прикріплює їх до торців проходки. Певна частина шкідливого іонізуючого випромінювання, однак, може проникати через отвори у внутрішніх частинах по електричному дроті. Рішенням є зміщення один відносно іншого отворів, у яких проходять електричні дроти, в окремих тілах, що становлять внутрішню частину, і в торцях проходки так, що протягом проходки ці отвори зміщені один відносно іншого хоча б на діаметр такого отвору. Таким чином, отвори змістяться з однієї осі, по якій випромінювання прямолінійно рухається. Якщо випромінювання проникає крізь отвори в якихось тілах, що становлять внутрішню частину, і/або через отвір у торці проходки, воно затримано елементом, що утворює внутрішню частину, і/або торцем проходки зі зміщеним отвором. Зміщення отворів на практиці вирішено за рахунок невеликого повороту торців проходки з отвором, розміщеним не на осі, і внутрішніх частин з отвором, розміщеним по осі і/або поза віссю, під час виробництва проходки. Істотне зниження проникаючого іонізуючого випромінювання досягається завдяки монтажу внутрішніх частин придатних форм і розмірів з матеріалів, які ефективно захищають від проникнення іонізуючого випромінювання через проводку. Таким чином, створено ефективний біологічний захист, який здатний ліквідувати в приміщенні за проходкою шкідливе іонізуюче випромінювання до показників, що практично не вимірюються. Всередині проходки, принаймні у місці найменшої відстані, між електричним дротом і якимнебудь провідним (металевим) елементом, вільний простір монтажних проміжків повністю заповнено ізоляційною заливкою, що твердне, гомогенної за своїм складом. На досвіді, однак, гомогенною заливкою, що твердне, заповнюються всі вільні монтажні проміжки між електричним дротом, всіма матеріалами біологічного захисту і корпусом проходки. Така заливка зазвичай виготовлена із суміші на базі поліуретану з наповнювачами, добавками, якщо буде потреба, сповільнювачами горіння. Заміна газу в часткових пробоїв між провідними елементами всередині проходки. Перевага даного рішення полягає у тому, що найменші відстані між провідними компонентами заповнені ізолюючою гомогенною заливкою, яка мас відповідну стійкість до електричної напруги, під час експлуатації не змінює свій об'єм і має механічну стійкість у всіх проектованих режимах експлуатації. Вибір дуже малих відстаней між компонентами, що перебувають під напругою, всередині герметичної кабельної проходки заснований на вимозі, що пред'являється до проходки середньої і високої напруги, а саме на вимозі знизити іонізуюче випромінювання, що виходить відконтайнменту атомної електростанції. Проходка поміщена в отворі обмеженого розміру в проходковій стіні контайнменту ядерного реактора. Ізоляційна заливка, що твердне, одночасно фіксує окремі внутрішні частини конструкції герметичної кабельної проходки і уберігає їх від поштовхів і вібрації. Пояснення до креслень Фіг. 1 - бічна і фронтальна схеми комплексу біологічного захисту з обкладинами. Фіг. 2 - бічна і фронтальна схеми комплексу біологічного захисту у варіанті виконання для трьох дротів. Фіг. 3 - вид герметичної проходки без корпуса і дроту. Фіг. 4 - бічна і фронтальна схеми проходки з поверненими отворами на торцях. Варіанти виконання. Приклад 1 Герметична кабельна проходка середньої та високої напруги в даному прикладі представлена в рішенні для одного дроту, забезпечена одним електричним дротом 1. на обох торцях 6 проходки дріт забезпечений ізоляторами 2. Проходка виготовлена із трубок з нержавіючої сталі і оснащена комплексом біологічного захисту 4. Біологічний захист 4 у цьому прикладі складається із двох дисків із суміші поліетилену з бором 4а, оснащених обкладинами, між якими розміщений один диск зі свинцю 4b. Біологічний захист 4 встановлено на електричному дроті 1. Усі вільні простори, або монтажні проміжки 5, між елементами 4а, 4b біологічного захисту 4, електричним дротом 1 і корпусом 3 проходки заповнені ізоляційною заливкою 7, що твердне. Ізоляційна заливка 7, що твердне, у цьому прикладі виконана із суміші, що стримує поширення вогню. Усі елементи, що проводять електрику, які містяться у проходці, мають діаметр і/або радіус зняття крайок, що забезпечують їх антикоронарний ефект при номінальній експлуатаційній напрузі, яке для даного прикладу дорівнює 8 КВ. У даному прикладі радіус усіх елементів що проводять електрику, які містяться в проходці, дорівнює r=3 і r=15, значення обробки поверхні дорівнює 3,2 і 0,8. Описане рішення представлено на Фіг. 1. 2 UA 99504 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Приклад 2 Герметична кабельна проходка середньої і високої напруги в даному прикладі представлена у рішенні для трьох дротів, забезпечена трьома електричними дротами 1. Кожний електричний дріт 1 забезпечений ізоляторами 2 у місці проходження через торцеві частини 6 проходки. Базовий варіант конструкції, описаний в Прикладі 1, тут змінено у такий спосіб: електричні дроти 1 рівномірно зміщені на 120° самі відносно себе у поперечному перерізі. Біологічний захист 4 і торцеві частини 6 проходки у цьому випадку оснащені трьома отворами, які надягнено на електричні дроти 1. Усі вільні простори або монтажні проміжки між елементами 4а, 4b біологічні захисти 4, електричними дротами 1 і корпусом 3 проходки заповнені ізоляційною заливкою 7, що твердне. Ізоляційна заливка 7, що твердне, у цьому прикладі виконана із суміші, що стримує поширення вогню. Усі елементи, що проводять електрику, які містяться в проходці, мають діаметр і/або радіус зняття крайок, що забезпечують їх антикоронарний ефект при номінальній експлуатаційній напрузі, яка для даного приклада дорівнює 8/12 КВ. У даному прикладі радіус всіх елементів, що проводять електрику, які містяться в проходці, дорівнює r=3 і r=15, значення обробки поверхні дорівнює 3,2 і 0,8. Перевагою варіанта проходки для трьох дротів є зниження втрат струму протягом короткого часу навколо фазових дротів у системі трифазового розподілу. Описане рішення представлене на Фіг. 2. Приклад 3 Герметична кабельна проходка середньої і високої напруги в даному прикладі представлена в рішенні для трьох дротів, забезпечена трьома електричними дротами 1. Кожний електричний дріт 1 забезпечений ізоляторами 2 у місці проходження через торцеві частини 6 проходки. Цей варіант відрізняється від Приклада 2 поворотом одна відносно одної торцевих частин 6 проходки та елементів 4а і 4b біологічного захисту 4. Поворот торцевих частин 6 повинен бути виконаний таким чином, що відповідні отвори на торцях 6 повернені відносно себе або зміщені, мінімум на діаметр даних отворів. Цією зміною в конструкції досягається подальше зниження прямолінійного проникнення (наскрізного проникнення) іонізуючого випромінювання, що поширюється, від контайнменту атомної електростанції у вторинні (біологічно ненавантажені) приміщення. Описане рішення представлено на Фіг. 4. Промислове застосування. Герметична кабельна проходка середньої і високої напруги підходить головним чином для подачі живлення головним циркуляційним насосам ядерних електростанцій. Даний винахід забезпечує всі спроектовані робочі і аварійні режими. Проходка, описана в даному винаході, підходить і для відводів високої напруги від різного устаткування (трансформаторів, електричних моторів, розподільних щитів і т.п.), де потрібно низьке значення часткових розрядів. Список позначень 1 - електричний дріт 2 - ізолятор 3 - корпус проходки 4 - комплекс біологічного захисту 4а - поліетиленова суміш 4b - свинець 5 - монтажні проміжки 6 - торець проходки 7 - ізоляційна заливка, що твердне 8 - обкладини 9 - монтажні болти ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 1. Герметична кабельна проходка середньої і високої напруги, яка є складовою частиною прохідних бетонних стін ядерних реакторів, що містять усі вводи електричних, вимірювальних, вихідних та живильних дротів, у перерізі яких знижуються ізолюючі властивості прохідної бетонної стіни контайнменту проти проникнення іонізуючого випромінювання, що складається з корпуса (3), у якому розміщений щонайменше один електричний дріт (1), який на кінцях корпуса (3) проходки в її торцях (6) оснащений ізоляторами (2), причому відстань між окремими електричними дротами (1) та/або іншими матеріалами, що проводять електрику, в проходці є змінною, яка відрізняється тим, що монтажні проміжки (5) між електричними дротами (1) та/або 3 UA 99504 C2 5 10 15 20 25 іншими матеріалами, що проводять та/або не проводять електрику, заповнені твердіючою ізоляційною заливкою (7), що має гомогенну структуру. 2. Герметична кабельна проходка середньої і високої напруги за п. 1, яка відрізняється тим, що гомогенна ізоляційна заливка (7), що твердне, виготовлена з суміші, що стримує поширення вогню. 3. Засіб для біологічного захисту герметичної кабельної проходки за будь-яким з пп. 1-2, яка є складовою частиною прохідних бетонних стін ядерних реакторів, що містять усі вводи електричних, вимірювальних, вихідних та живильних дротів, всередині яких у перерізі герметичної кабельної проходки знижена ізоляційна здатність прохідної бетонної стіни контайнменту проти проникнення іонізуючого випромінювання, який відрізняється тим, що на поздовжній осі проходки знаходиться щонайменше один внутрішній елемент, утворений шаром свинцю (4b) і щонайменше один внутрішній елемент, утворений шаром гомогенної суміші поліетилену з бором (4а), при цьому в кожному внутрішньому елементі виконаний щонайменше один отвір для електричного дроту (1), і щонайменше один внутрішній елемент з суміші поліетилену з бором має, на внутрішній стороні корпусу (3) проходки та/або на зовнішній стороні електричного дроту (1), обкладку (8), причому усі елементи, що проводять електрику, які містяться у герметичній проходці, мають радіус скруглення крайок r = 315 мм, а також максимальне значення обробки поверхні елементів, що проводять електрику, рівне 8, відповідно до норми ČSN ISO 468, що базується на ČSN EN ISO 4287, ČSN 013144. 4. Засіб для біологічного захисту герметичної кабельної проходки за п. 3, який відрізняється тим, що вміст бору в поліетилені обернено пропорційний товщині шару з суміші поліетилену з бором. 5. Засіб для біологічного захисту герметичної кабельної проходки за п. 3 або п. 4, який відрізняється тим, що внутрішні деталі прикріплені до торців (6) проходки та/або одна до іншої одним монтажним болтом (9) з матеріалу, що не проводить електрику. 6. Засіб для біологічного захисту герметичної кабельної проходки за будь-яким з пп. 3-5, який відрізняється тим, що положення кожного отвору в торці (6) проходки зміщено відносно положення такого ж отвору в протилежному торці (6) проходки принаймні на діаметр цього отвору. 4 UA 99504 C2 5 UA 99504 C2 6 UA 99504 C2 Комп’ютерна верстка M. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 7