Reaktorer med naturlig eller tvungen luftkøling er designet til at begrænse kortslutningsstrømme i elektriske netværk og opretholde et vist spændingsniveau i elektriske installationer i tilfælde af kortslutning i strømsystemer med en frekvens på 50 og 60 Hz under forhold med moderat koldt klima og under forhold med tørt og fugtigt tropisk klima til indendørs og udendørs installation.
Reaktorerne bruges i kredsløb af elektriske stationer og understationer med elektriske parametre i overensstemmelse med pasdataene.
Brugen af reaktorer gør det muligt at begrænse den nominelle nedlukningsstrøm for lineære afbrydere og sikre den termiske modstand af udgående kabler. Takket være reaktoren er alle ubeskadigede ledninger under spænding tæt på den nominelle spænding (reaktoren opretholder spænding på samleskinnerne), hvilket øger pålideligheden af elektriske installationer og letter driftsforholdene for elektrisk udstyr.
Reaktorerne er designet til at fungere udendørs (klimamodifikation UHL, T placeringskategori 1 i henhold til GOST 15150-69) og i lukkede rum med naturlig ventilation (klimaændring UHL, T placeringskategori 2, 3 i henhold til GOST 15150-69).
Vilkår for brug:
- installationshøjde over havets overflade, m 1000;
- type atmosfære på installationsstedet, type I eller type II i henhold til GOST 15150-69 og GOST 15543-70;
- driftsværdi for den omgivende lufttemperatur, °C fra minus 50 til plus 45;
- relativ luftfugtighed ved en temperatur på plus 27 °C, % 80;
- seismisk modstand på MSK-64-skalaen GOST 17516-90, punkt 8 - til lodret og trinvis (hjørne) installation; 9 - til vandret installation.
TILSLUTNINGSDIAGRAMMER OG PLACERING AF REAKTORFASER
Ifølge netværksforbindelsesskemaet er reaktorer opdelt i enkelt og dobbelt. Enkeltreaktorer med mærkestrømme over 1600 A kan have en sektionsspolevikling af to sektioner forbundet parallelt. Skematiske diagrammer for at tænde en fase er vist i figur 1.
Figur 1 - Skematiske diagrammer af faseskift
Afhængigt af installationsstedet og koblingsanlæggets karakteristika kan trefasereaktorsættet have et lodret, trinformet (vinkelformet) og vandret fasearrangement, vist i figur 2, 3, 4.
Figur 2 - Lodret (vinkel) arrangement
Figur 3 - Trindelt arrangement
Figur 4 - Vandret arrangement
Store reaktorer, udendørs reaktorer (placeringskategori 1) og reaktorer til 20 kV spændingsklassen fremstilles kun med et horisontalt fasearrangement. Reaktorfaser fremstillet til vertikal installation kan bruges til både trindelt (vinkel) og vandret installation. Reaktorfaser fremstillet til trinvis (hjørne) installation kan også bruges til horisontal installation. Reaktorfaser, der er fremstillet til vandret installation, kan ikke bruges til hverken lodret eller trinformet (vinkel) installation.
Reaktorerne er designet i faser.
Hver fase af reaktoren (se figur 5, 6) er en induktor med lineær induktiv reaktans uden en magnetisk stålkerne. Spoleviklingen er lavet i henhold til et kabelviklingsmønster i form af koncentriske vindinger understøttet af radialt placerede støttesøjler (beton eller præfabrikeret struktur). Højttalerne er monteret på støtteisolatorer, som giver det nødvendige isolationsniveau for den tilsvarende spændingsklasse. Spolen er viklet i en eller flere parallelle ledninger, afhængig af mærkestrømmen. Fasespoleviklingen er lavet af en speciel isoleret reaktorledning med aluminiumsledere. Fasespoler af design "C" for lodret og design "SG" til trinvis (vinkel) installation har viklingsretningen modsat fasespolerne i design "B", "H", hvilket sikrer en gunstig fordeling af kræfter, der opstår i viklingerne under en kortslutning. Vikleledningerne er lavet i form af aluminiumsplader, og hver viklingsledning har sin egen kontaktplade. Dette design gør installation og skinneinstallation af reaktoren let og enkel.
For enkeltreaktorer med sektionsvikling består spolen af to parallelt forbundne sektioner af viklinger viklet i modsatte retninger.
I dobbeltreaktorer består spoleviklingen af to viklingsgrene med høj indbyrdes induktans og samme viklingsretning af grenenes viklinger.
Vinklen (Ψ) mellem faseviklingens terminaler er vist i figur 7, 8, 9 og er sædvanligvis 0º; 90º; 180º; 270º. Vinkler tælles mod uret og bestemmes:
- for enkeltreaktorer:
- fra den nedre terminal til den øvre terminal - for en simpel vikling;
- fra de nedre og øvre terminaler til den midterste - til sektionsviklinger;
- for dobbeltreaktorer - fra den nederste terminal til den midterste terminal og fra den midterste terminal til den øvre terminal.
Figur 7 - Vinkler mellem faseviklingsterminaler på en enkelt reaktor
Figur 8 - Vinkler mellem faseviklingsterminalerne i en enkelt reaktor med en sektionsvikling
Figur 9 - Vinkler mellem faseviklingsterminalerne på en dobbeltreaktor
En klemmemærkning er placeret på oversiden af hver klemrække.
Driftsprincippet for reaktorerne er baseret på at øge viklingens reaktans i kortslutningsøjeblikket, hvilket sikrer en reduktion (begrænsning) af kortslutningsstrømme og gør det muligt at opretholde spændingsniveauet af ubeskadigede forbindelser i øjeblikket af kortslutning.
Enkelte reaktorer tillader et- eller to-trins reaktionsskemaer. Afhængigt af installationsstedet i et bestemt tilslutningsskema anvendes enkeltreaktorer som lineære (individuelle), gruppe- og intersektionelle.
Skematiske diagrammer for brugen af enkeltreaktorer er vist i figur 10.
Figur 10 - Skematiske diagrammer for anvendelse af enkeltreaktorer
Linjereaktorer L1 begrænser kortslutningseffekten på den udgående linje, i netværket og på understationer, der lever på denne linje. Det anbefales at installere linjereaktorer efter afbryderen. I dette tilfælde vælges den lineære strømafbryders brydekraft under hensyntagen til begrænsningen af kortslutningseffekten af reaktoren, da en ulykke i "switch - reaktor" -sektionen er usandsynlig.
L2-gruppereaktorer anvendes i tilfælde, hvor laveffektforbindelser kan kombineres på en sådan måde, at reaktoren, der begrænser hele gruppen af forbindelser, ikke fører til et uacceptabelt spændingsfald i normal tilstand. Gruppereaktorer giver dig mulighed for at spare volumen af koblingsanlæg (RU) sammenlignet med muligheden for at bruge lineære reaktorer.
Intersektionelle L3-reaktorer bruges i koblingsanlæg af kraftfulde stationer og understationer. Ved at adskille individuelle sektioner begrænser de kortslutningseffekten i selve stationen og koblingsanlægget. Brugen af tværsnitsreaktorer er forbundet med en betydelig grad af begrænsning af kortslutningseffekten, og derfor bør man, for at undgå store spændingsfald ved nominel tilstand, stræbe efter den maksimale værdi af effektfaktoren "cos", der passerer igennem belastningsreaktoren. Intersektionelle reaktorer erstatter ikke lineære og gruppereaktorer, da i fravær af sidstnævnte er kortslutningsstrømme fra nogle generatorer ikke begrænset.
Tvillingreaktorer giver mulighed for fuldstændig et-trins begrænsning af kortslutningsstrømme ved direkte at reagere på hovedgenereringskredsløbene (generator, transformer) og giver: forenkling af ledningsdiagrammet og design af koblingsudstyret; forbedring af effektfaktoren; forbedring af spændingsregimet med omtrent ligeligt belastede grene. Den genererende effekt er forbundet til de midterste kontaktterminaler. Ethvert grenbelastningsforhold er tilladt inden for grænserne for den langsigtede tilladte strømbelastningsstrøm. Reaktansen af en reaktorgren afhænger af driftstilstanden. I driftstilstand (back-to-back-forbindelse) er begrænsende egenskaber, effekttab og reaktiv effekt minimal.
I kortslutningstilstand er reaktiviteten af reaktorgrenen, gennem hvilken den beskadigede forbindelse strømforsynes, fuldt ud manifesteret, da indflydelsen af den relativt lille driftsstrøm af grenen af den ubeskadigede forbindelse er ubetydelig. Ved tilstedeværelse af genererende strøm på siden af reaktorgrenen, gennem hvilken den beskadigede forbindelse føres, passerer strømmen i begge grene af den dobbelte reaktoren i serie (konsekvent tænding), og på grund af den yderligere reaktivitet forårsaget af den gensidige induktans af grenene er reaktorens strømbegrænsende egenskaber fuldt ud manifesteret.
Tvillingreaktorer bruges som gruppe- og sektionsreaktorer (se figur 11)
Figur 11 - Skematiske diagrammer for brugen af dobbeltreaktorer
Reaktorer skal anvendes til deres tilsigtede formål og drives under forhold svarende til deres klimatiske design og placeringskategori.
I tilfælde af anvendelse af strømbegrænsende reaktorer til andre formål end deres tilsigtede formål, bør muligheden for påvirkning af driftstilstanden (overbelastninger, overspændinger, systematisk påvirkning af stødstrømme) på reaktorernes ydeevne og pålidelighed tages i betragtning. konto.
Reaktorernes belastnings- og køletilstande skal svare til deres pasdata.
Belastningsstød, der virker i forskellige retninger på grenene af en dobbeltreaktor, fra selvstart af elektriske maskiner placeret bag reaktoren, bør ikke overstige fem gange mærkestrømmen og vare mere end 15 sekunder. Det anbefales ikke at udsætte reaktoren for sådanne belastningsstød mere end 15 gange om året.
Ved anvendelse af dobbeltreaktorer i kredsløb, hvor elektriske maskiners selvstartende strøm i forskellige retninger i reaktorafgreningerne kan overstige 2,5 gange reaktorens mærkestrøm, skal grenene tændes skiftevis med en tidsforsinkelse på mindst 0,3 sekunder.
Indendørs reaktorer bør installeres i tørre og ventilerede rum, hvor temperaturforskellen mellem udblæsnings- og indblæsningsluften ikke overstiger 20 ºС.
For reaktorer, der kræver en tvungen luftkøleanordning ved nominelle belastninger, skal faseviklingerne blæses med luft med en luftstrøm på 3 - 5 m3/min pr. kW tab*. Det er mest effektivt at tilføre køleluft nedefra gennem et hul i midten af fundamentet**.
Udendørs reaktorer bør installeres på særligt udpegede steder udstyret med hegn i overensstemmelse med gældende regler.
For at beskytte faseviklingerne mod direkte udsættelse for nedbør og sollys kan der installeres en fælles baldakin eller beskyttende tag, installeret separat på hver fase.
Reaktorer skal installeres på fundamenter, hvis højde er angivet i reaktordatabladet.
På installationssteder er tilstedeværelsen af kortsluttede kredsløb, dele lavet af ferromagnetiske materialer i væggene i lokaler, der er udpeget til installation af reaktorer, i strukturerne af fundamenter og hegn ikke tilladt. Tilstedeværelsen af magnetiske materialer øger tabene, overdreven opvarmning af tilstødende metaldele er mulig, og i tilfælde af kortslutning udøves farlige kræfter på strukturelle elementer lavet af ferromagnetiske materialer. De farligste fra synspunktet om uacceptabel overophedning er endemetalstrukturer - gulve, lofter.
I nærvær af magnetiske materialer er det nødvendigt at opretholde installationsafstandene X, Y, Y1, h, h1 fra reaktoren til bygningskonstruktioner og hegn specificeret i reaktorpasset.
I mangel af magnetiske materialer og lukkede ledende kredsløb i bygningskonstruktioner og hegn kan installationsafstande reduceres til isoleringsafstandene i henhold til de elektriske installationsregler (PUE).
Ved installation af reaktorfaser vandret og trinvist (vinkelmæssigt) er det nødvendigt nøje at overholde minimumsafstandene S og S1 mellem akserne af faserne specificeret i passet, bestemt af de tilladte vandret virkende kræfter med garanteret elektrodynamisk modstand.
Disse afstande kan reduceres, hvis den maksimalt mulige værdi af overspændingsstrømmen i reaktorinstallationsdiagrammet er mindre end værdien af den elektrodynamiske modstandsstrøm, angivet i reaktorpasset.
* Mængden af køleluft er i henhold til reaktordatabladet.
** Designløsningen til tilførsel af køleluft bestemmes og implementeres af forbrugeren uafhængigt.
For alle faser af reaktorer med lodret installation og faser "B" og "SG" af reaktorer med trinvis (vinkel) installation, skal kontaktpladerne på de samme terminaler (nedre, midterste, øvre) under installationen være på den samme lodrette, en over den anden.
For at vælge den mest gunstige placering af stifterne ud fra tilslutningen til samleskinnen, er det tilladt at rotere hver fase i forhold til den anden omkring den lodrette akse i en vinkel lig med 360º/N, hvor N er antallet af fase søjler.
For enkeltreaktorer, tag enten alle de nederste "L2" eller alle de øvre "L1" terminaler som forsyningsterminaler (se figur 7).
For enkeltreaktorer med sektionsviklinger, tag enten den nederste og den øvre "L2" som forsyningsklemmer eller midterste "L1" terminaler (se figur 8).
Til tvillingereaktorer - generatorstrøm skal tilsluttes midterklemmerne "L1-M1" så vil de nederste terminaler på "M1" være en, og de øverste terminaler "L2" vil være Andet trefaset tilslutning (se figur 9).
For at beskytte reaktorterminalerne mod elektrodynamiske kortslutningskræfter skal samleskinnerne forsynes til reaktoren i radial retning med dem sikret i en afstand på højst 400-500 mm.
Før installationen påbegyndes, er det nødvendigt at kontrollere faseviklingernes isolationsmodstand i forhold til alle fastgørelseselementer. Isolationsmodstanden måles med en megger med en spænding på 2500 V (brug af 1000 V megger er tilladt). Isolationsmodstandsværdien skal være mindst 0,5 MOhm ved en temperatur på plus (10-30) °C.
Vedligeholdelse af reaktorer består af ekstern inspektion (hver tredje måneds drift), rengøring af isolatorer og viklinger for støv med trykluft og kontrol af jordforbindelse.
Indpakningen af reaktorfaserne sikrer deres sikkerhed under transport og opbevaring.
Transportemballage er en præfabrikeret panelboks i overensstemmelse med GOST 10198-91 samlet af individuelle paneler (bund-, side- og endepaneler, låg) fastgjort sammen med søm.
Hver fase er pakket i en separat boks sammen med komponenter og fastgørelseselementer, der er nødvendige for installation og tilslutning.
Fasen er installeret på bunden på træpuder og fastgøres til bunden ved hjælp af træblokke placeret mellem støttesøjlerne. Stængerne er naglet til bunden og beskytter fasen mod at bevæge sig i kassen i et vandret plan.
Faser, der sendes til fjerntliggende områder, transporteret af vandveje, er desuden sikret med stikledninger, som beskytter fasen mod at bevæge sig i kassen i et lodret plan.
Fastgørelseselementer pakkes i plastikposer og placeres inde i faseviklingen.
Dokumentationen (pas, manual) pakkes i en plastikpose og placeres mellem faseviklingens vindinger.
Generelt omfatter det trefasede reaktorsæt:
- fase;
- indsætte*;
- support*;
- flange;
- adapter *;
- isolator;
- fastgørelsesmidler;
- beskyttelsessæt til udendørs brug**.
____________________
* Til reaktorer i RT-serien.
** Til udendørs reaktorer (RB, RT-serien) efter anmodning fra forbrugeren.
LEGENDE STRUKTUR
RB serie reaktorer
- Symbol for en strømbegrænsende betonreaktor med et vertikalt fasearrangement, med naturlig luftkøling, spændingsklasse 10 kV, med en mærkestrøm på 1000 A, med en nominel induktiv reaktans på 0,45 Ohm, klimatisk version UHL, placeringskategori 1
RB 10 - 1000 - 0,45 UHL 1 GOST 14794-79. - Det samme, med horisontalt fasearrangement, med tvungen luftkøling, spændingsklasse 10 kV, med mærkestrøm 2500 A, med nominel induktiv reaktans 0,35 Ohm, klimaversion UHL, placeringskategori 3
RBDG 10 - 2500 - 0,35 UHL 3 GOST 14794-79.
RT serie reaktorer
- Symbol for et trefaset strømbegrænsende enkeltreaktorsæt med et vertikalt fasearrangement, spændingsklasse 10 kV, med en mærkestrøm på 2500 A, med en nominel induktiv reaktans på 0,14 Ohm, med en vikling af reaktorledning med aluminiumsledere, med tvungen luftkøling, klimaversion UHL, boligkategori 3
RTV 10-2500-0,14 AD UHL 3 TU 3411-020-14423945-2009. - Det samme, med et horisontalt fasearrangement, spændingsklasse 20 kV, med en mærkestrøm på 2500 A, med en nominel induktiv reaktans på 0,25 Ohm, med en vikling af reaktorledning med aluminium (eller kobber) ledere, med naturlig luftkøling, klimatisk design Køretøj, placeringskategori 1
RTG 20-2500-0,25 TS 1 TU 3411-020-14423945-2009.
TEKNISK DATA
Grundlæggende data og tekniske parametre er angivet i tabel 1
tabel 1- Tekniske specifikationer
| Parameternavn | Parameterværdi | Bemærk |
| Spændingsklasse, kV | 6, 10, 15, 20 | |
| Højeste driftsspænding, kV | 7,2; 12; 17,5; 24 | I henhold til spændingsklasse |
| frekvens Hz | 50 | |
| Type af udførelse | Enkelt; tvilling | Netværksforbindelsesmetode |
| Nominelle strømme, A | 400; 630; 1000; 1600; 2500; 4000 | |
| Nominel induktiv reaktans, ohm 1) | 0,14; 0,18; 0,20; 0,22; 0,25; 0,28; 0,35; 0,40; 0,45; 0,56 | |
| Kombination af mærkestrømme og induktive reaktanser: - enkelt for 6 og 10 kV - enkelt for 15 og 20 kV - dobbelt for 6 og 10 kV | 400-0,35; 400-0,45; 630-0,25; 630-0,40; 630-0,56; 1000-0,14; 1000-0,22; 1000-0,28; 1000-0,35; 1000-0,45; 1000-0,56; 1600-0,14; 1600-0,20; 1600-0,25; 1600-0,35; 2500-0,14; 2500-0,20; 2500-0,25; 2500-0,35; 4000-0,10; 4000-0,181000-0,45; 1000-0,56; 1600-0,25; 1600-0,35; 2500-0,14; 2500-0,20; 2500-0,25; 2500-0,352×630-0,25; 2×630-0,40;2×630-0,56; 2×1000-0,14;2×1000-0,22; 2×1000-0,28;2×1000-0,35; 2×1000-0,45;2×1000-0,56; 2×1600-0,14;2×1600-0,20; 2×1600-0,25;2×1600-0,35; 2×2500-0,14;2×2500-0,20 | Reaktor type RB serie RT serie RT serie RB serie |
| Fase arrangement | Lodret;trinnet (kantet);vandret | |
| Tolerance over for den nominelle værdi, %: - induktiv reaktans - effekttab - koblingskoefficient | fra 0 til +15+15+10 | |
| Varmemodstandsklasse af isolering | EN; E; N* | * til kobbertråd |
Reaktor er en statisk elektromagnetisk enhed designet til at bruge sin induktans i et elektrisk kredsløb. En. p.s. AC- og DC-reaktorer er meget udbredt på diesellokomotiver: udjævningsreaktorer - for at udjævne pulseringer af ensrettet strøm; overgangsbestemt - til at skifte transformerterminaler; opdeling - til ensartet fordeling af belastningsstrømmen mellem parallelforbundne ventiler; strømbegrænsende - for at begrænse kortslutningsstrøm; interferensundertrykkelse - for at undertrykke radiointerferens, der opstår under driften af elektriske maskiner og enheder; induktive shunts - til fordeling af strøm under transiente processer mellem excitationsviklingerne af traktionsmotorer og modstande forbundet parallelt med dem osv.
En spole med en ferromagnetisk kerne i et vekselstrømkredsløb. Når en spole med ferromagnetisk kerne er forbundet til et vekselstrømskredsløb (fig. 231, a), bestemmes strømmen, der går igennem den, af den flux, der skal skabes for at den f.eks. d.s. e L var lig og modsat i fase af den spænding, der blev påført den. Denne strøm kaldes magnetiseringsstrøm. Det afhænger af antallet af vindinger af spolen, den magnetiske modstand af dens magnetiske kredsløb (dvs. på tværsnitsarealet, længden og materialet af det magnetiske kredsløb), spændingen og frekvensen af dets ændring. Når spændingen u påført spolen stiger, øges fluxen F, dens kerne bliver mættet, hvilket forårsager en kraftig stigning i magnetiseringsstrømmen. Følgelig repræsenterer en sådan spole en ikke-lineær induktiv reaktans XL, hvis værdi afhænger af den spænding, der påføres den. Strøm-spændingskarakteristikken for en spole med en ferromagnetisk kerne (fig. 231, b) har en form svarende til magnetiseringskurven. Som det blev vist i kapitel III, er den magnetiske modstand i det magnetiske kredsløb også bestemt af størrelsen af luftspalterne i det magnetiske kredsløb. Derfor afhænger formen af spolens strømspændingskarakteristik af luftgabet i det magnetiske kredsløb. Jo større dette mellemrum er, jo større strøm i passerer gennem spolen ved en given spænding, og derfor er den induktive reaktans XL af spolen lavere. På den anden side, jo større den magnetiske modstand, der skabes af luftgabet, sammenlignet med den magnetiske modstand af de ferromagnetiske sektioner af det magnetiske kredsløb, dvs. jo større mellemrummet, desto mere nærmer spolens strømspændingskarakteristik sig lineær.
Den induktive reaktans XL af en spole med en ferromagnetisk kerne kan justeres ikke kun ved at ændre luftgabet 8, men også ved at forspænde dens kerne med jævnstrøm. Jo større forspændingsstrømmen er, jo større mætning skabes i spolens magnetiske kredsløb og jo lavere er dens induktive modstand X L . En spole med en ferromagnetisk kerne magnetiseret af jævnstrøm kaldes en mættelig reaktor.
Brugen af reaktorer til at regulere og begrænse strøm i AC elektriske kredsløb i stedet for modstande giver betydelige besparelser i elektrisk energi, da i en reaktor, i modsætning til en modstand, er effekttab ubetydelige (de bestemmes af den lave aktive modstand af reaktorledningerne) .
Når en spole med en ferromagnetisk kerne er forbundet til et vekselstrømkredsløb, vil strømmen, der løber gennem den, ikke være sinusformet. På grund af spolekernens mætning er "toppene" i strøm i-kurven større, jo større mætning af det magnetiske kredsløb (fig. 231, c).
Udglatning af reaktorer. På elektriske lokomotiver og AC-elektriske tog med ensrettere bruges udjævningsreaktorer lavet i form af en spole med en stålkerne til at udjævne pulseringer af ensrettet strøm i kredsløbene af traktionsmotorer. Den aktive modstand af spolen er meget lille, så den påvirker praktisk talt ikke den direkte komponent af den ensrettede strøm. For strømmens vekselkomponent skaber spolen en induktiv reaktans X L = ? L jo større, jo højere frekvens? tilsvarende harmonisk. Som følge heraf falder amplituderne af de harmoniske komponenter af den ensrettede strøm kraftigt, og følgelig falder strømmens krusning. En. p.s. vekselstrøm med ensrettere, der opererer fra et kontaktnetværk med en frekvens på 50 Hz, ensretterens grundlæggende harmoniske
Den strøm, der har den største amplitude, er den harmoniske med en frekvens på 100 Hz. For effektivt at undertrykke det, ville det være nødvendigt at inkludere en udjævningsreaktor med en stor induktans, dvs. af ganske betydelig størrelse. Derfor er disse reaktorer i praksis designet på en sådan måde, at de reducerer den nuværende rippelkoefficient til 25-30%.
Reaktorens induktans og derfor dens overordnede dimensioner afhænger af tilstedeværelsen af en ferromagnetisk kerne i den. I mangel af en kerne skal reaktoren for at opnå den nødvendige induktans have en spole med betydelig diameter og med et stort antal vindinger. Coreless reaktorer er installeret ved traktionstransformatorstationer for at udjævne bølgestrømmen, der kommer ind i kontaktnettet fra ensrettere. De er store i størrelse og vægt og kræver et betydeligt kobberforbrug. På e.p.s. Det er ikke muligt at installere sådanne enheder.
Det er imidlertid upraktisk at konstruere en reaktor med en lukket stålkerne, som en transformer, da jævnstrømskomponenten, der strømmer gennem dens spole, ville forårsage alvorlig mætning af kernen og et fald i reaktorens induktans under store belastninger. Derfor er det magnetiske udjævningssystem
Reaktoren skal udformes, så den ikke bliver mættet af jævnstrømskomponenten. Til dette formål gøres reaktorens magnetiske kredsløb 1 åben (fig. 232, a), så dens magnetiske flux delvist passerer gennem luften, eller lukket, men med store luftspalter (fig. 232, b). For at reducere kobberforbruget og reducere vægten
og reaktorens overordnede dimensioner, dens vikling 2 er designet til øget strømtæthed og er intensivt afkølet. På elektriske lokomotiver og elektriske
Togene bruger tvungne luftkølede reaktorer. En sådan reaktor er indesluttet i et specielt cylindrisk hus; køleluft passerer gennem kanalerne mellem dens kerne og viklingen. Der er også reaktordesign, hvor kernen med vikling er installeret i en tank med transformerolie. For at reducere hvirvelstrømme, som reducerer reaktorens induktans, er dens kerne samlet af isolerede plader af elektrisk stål.
Induktive shunts har et lignende design, som under transiente processer sikrer den nødvendige fordeling af strømme mellem excitationsviklingen af traktionsmotoren og shuntmodstanden (ved regulering af motorhastigheden ved at reducere den magnetiske flux).
Strømbegrænsende reaktorer. En. p.s. vekselstrøm med halvlederensrettere er i nogle tilfælde medtaget strømbegrænsende reaktorer i serie med ensretterinstallationen. Halvlederventiler har en lav overbelastningskapacitet og fejler hurtigt ved høje strømme. Når du bruger dem, er det derfor nødvendigt at træffe særlige foranstaltninger for at begrænse kortslutningsstrømmen og hurtigt afbryde ensretterinstallationen fra strømkilden, før denne strøm når en værdi, der er farlig for ventilerne. I tilfælde af kortslutning i belastningskredsløbet og sammenbrud af ventilerne begrænser reaktorens induktans strømmen. kortslutning (ca. 4-5 gange i forhold til strømmen uden reaktor) og sænker stigningshastigheden. Som følge heraf har kortslutningsstrømmen ikke tid til at stige til en farlig værdi i det tidsrum, der kræves for at beskyttelsesudstyret kan fungere. I strømbegrænsende reaktorer bruges en ekstra vikling nogle gange til at fungere som en sekundær vikling af transformeren. Når der opstår en kortslutning, øges strømmen, der passerer gennem reaktorens hovedvikling, kraftigt, og den stigende magnetiske flux inducerer en spændingsimpuls i den ekstra vikling. Denne impuls tjener som et signal til at udløse beskyttelsesanordningen, som slukker for ensretterinstallationen.
: ... ret banalt, men ikke desto mindre har jeg stadig ikke fundet informationen i en fordøjelig form - hvordan en atomreaktor BEGYNDER at fungere. Alt om princippet og strukturen i arbejdet er allerede blevet tygget over 300 gange og er klart, men her er hvordan brændslet opnås og fra hvad og hvorfor det ikke er så farligt, før det er i reaktoren, og hvorfor det ikke reagerer, før det bliver nedsænket i reaktoren! - det opvarmes jo kun indeni, ikke desto mindre, før påfyldning er brændstoffet koldt og alt er i orden, så hvad der forårsager opvarmningen af elementerne er ikke helt klart, hvordan de påvirkes, og så videre, helst ikke videnskabeligt).
Det er selvfølgelig svært at ramme et sådant emne på en ikke-videnskabelig måde, men jeg vil prøve. Lad os først finde ud af, hvad disse brændstofstænger er.
Kernebrændsel er sorte tabletter med en diameter på ca. 1 cm og en højde på ca. 1,5 cm. De indeholder 2 % urandioxid 235 og 98 % uran 238, 236, 239. I alle tilfælde, med en hvilken som helst mængde nukleart brændsel. atomeksplosion kan ikke udvikle sig, fordi for en lavinelignende hurtig fissionsreaktion, der er karakteristisk for en atomeksplosion, kræves en koncentration af uran 235 på mere end 60 %.
To hundrede kernebrændselpiller fyldes i et rør lavet af zirconiummetal. Længden af dette rør er 3,5m. diameter 1,35 cm Dette rør kaldes brændselselement - brændstofelement. 36 brændstofstænger er samlet i en kassette (et andet navn er "samling").
RBMK-reaktorbrændselselementdesign: 1 - stik; 2 - urandioxid tabletter; 3 - zirconium skal; 4 - fjeder; 5 - bøsning; 6 - tip.
Omdannelsen af et stof er kun ledsaget af frigivelse af fri energi, hvis stoffet har en energireserve. Det sidste betyder, at mikropartikler af et stof er i en tilstand med en hvileenergi, der er større end i en anden mulig tilstand, hvortil der er en overgang. En spontan overgang forhindres altid af en energibarriere, for at overvinde hvilken mikropartiklen skal modtage en vis mængde energi udefra - excitationsenergi. Den exoenergetiske reaktion består i, at der ved transformationen efter excitation frigives mere energi, end der kræves for at excitere processen. Der er to måder at overvinde energibarrieren på: enten på grund af den kinetiske energi af kolliderende partikler, eller på grund af bindingsenergien af den sammenføjede partikel.
Hvis vi husker den makroskopiske skala for energifrigivelse, så skal alle eller i det mindste i begyndelsen en del af partiklerne af stoffet have den kinetiske energi, der er nødvendig for at excitere reaktioner. Dette kan kun opnås ved at øge mediets temperatur til en værdi, ved hvilken energien af termisk bevægelse nærmer sig den energitærskel, der begrænser processens forløb. I tilfælde af molekylære transformationer, det vil sige kemiske reaktioner, er en sådan stigning normalt hundredvis af grader Kelvin, men i tilfælde af kernereaktioner er den mindst 107 K på grund af den meget høje højde af Coulomb-barriererne af kolliderende kerner. Termisk excitation af nukleare reaktioner udføres i praksis kun under syntesen af de letteste kerner, hvor Coulomb-barriererne er minimale (termonuklear fusion).
Excitation ved at forbinde partikler kræver ikke stor kinetisk energi og afhænger derfor ikke af mediets temperatur, da det opstår på grund af ubrugte bindinger, der er iboende i partiklernes tiltrækningskræfter. Men for at ophidse reaktioner er selve partiklerne nødvendige. Og hvis vi igen mener ikke en separat reaktionshandling, men produktionen af energi i en makroskopisk skala, så er dette kun muligt, når der opstår en kædereaktion. Sidstnævnte opstår, når de partikler, der exciterer reaktionen, genopstår som produkter af en exoenergetisk reaktion.
For at kontrollere og beskytte en atomreaktor bruges kontrolstænger, der kan flyttes i hele kernens højde. Stængerne er lavet af stoffer, der kraftigt optager neutroner - for eksempel bor eller cadmium. Når stængerne indsættes dybt, bliver en kædereaktion umulig, da neutroner absorberes kraftigt og fjernes fra reaktionszonen.
Stængerne flyttes på afstand fra kontrolpanelet. Med en lille bevægelse af stængerne vil kædeprocessen enten udvikle sig eller falme. På denne måde reguleres reaktorens effekt.
Leningrad NPP, RBMK-reaktor
Start af reaktordrift:
I det indledende tidspunkt efter den første påfyldning af brændstof er der ingen fissionskædereaktion i reaktoren, reaktoren er i en subkritisk tilstand. Kølevæsketemperaturen er væsentligt lavere end driftstemperaturen.
Som vi allerede har nævnt her, for at en kædereaktion kan begynde, skal det fissile materiale danne en kritisk masse - en tilstrækkelig mængde spontant fissilt materiale i et tilstrækkeligt lille rum, en betingelse hvorunder antallet af neutroner, der frigives under nuklear fission, skal være større end antallet af absorberede neutroner. Dette kan gøres ved at øge indholdet af uran-235 (mængden af brændselsstave påfyldt), eller ved at sænke neutronernes hastighed, så de ikke flyver forbi uran-235-kernerne.
Reaktoren bringes til strøm i flere trin. Ved hjælp af reaktivitetsregulatorer overføres reaktoren til den superkritiske tilstand Kef>1, og reaktoreffekten stiger til et niveau på 1-2% af den nominelle. På dette stadium opvarmes reaktoren til kølevæskens driftsparametre, og opvarmningshastigheden er begrænset. Under opvarmningsprocessen holder styringen effekten på et konstant niveau. Herefter startes cirkulationspumperne og varmeafledningssystemet sættes i drift. Herefter kan reaktoreffekten øges til et hvilket som helst niveau i området fra 2 til 100 % af den nominelle effekt.
Når reaktoren varmes op, ændres reaktiviteten på grund af ændringer i kernematerialernes temperatur og densitet. Nogle gange under opvarmning ændres den relative position af kernen og kontrolelementerne, der kommer ind eller ud af kernen, hvilket forårsager en reaktivitetseffekt i fravær af aktiv bevægelse af kontrolelementerne.
Regulering med solide, bevægelige absorberende elementer
For hurtigt at ændre reaktivitet bruges der i langt de fleste tilfælde solide bevægelige absorbere. I RBMK-reaktoren indeholder styrestængerne borkarbidbøsninger indesluttet i et aluminiumslegeringsrør med en diameter på 50 eller 70 mm. Hver kontrolstang er placeret i en separat kanal og afkøles af vand fra kontrol- og beskyttelsessystemet (kontrol- og beskyttelsessystem) kredsløb ved en gennemsnitlig temperatur på 50 ° C. Ifølge deres formål er stængerne opdelt i AZ (nødbeskyttelse ) stænger der er 24 sådanne stænger i RBMK. Automatiske styrestænger - 12 stk., lokale automatiske styrestænger - 12 stk., manuelle styrestænger - 131 og 32 forkortede absorberstænger (USP). Der er 211 stænger i alt. Desuden er de forkortede stænger indsat i kernen fra bunden, resten fra toppen.
VVER 1000 reaktor 1 - styresystem drev; 2 - reaktordæksel; 3 - reaktorlegeme; 4 - blok af beskyttelsesrør (BZT); 5 - aksel; 6 - kernekabinet; 7 - brændstofsamlinger (FA) og kontrolstænger;
Brændbare absorberende elementer.
For at kompensere for overskydende reaktivitet efter påfyldning af frisk brændstof anvendes ofte brændbare absorbere. Funktionsprincippet er, at de, ligesom brændstof, efter at have fanget en neutron, efterfølgende holder op med at absorbere neutroner (brænder ud). Desuden er faldhastigheden som et resultat af absorption af neutroner af absorberkerner mindre end eller lig med faldhastigheden som et resultat af fission af brændstofkerner. Hvis vi belaster en reaktorkerne med brændstof designet til at fungere i et år, så er det indlysende, at antallet af fissile brændselskerner i starten af driften vil være større end ved slutningen, og vi skal kompensere for den overskydende reaktivitet ved at placere absorbere i kernen. Hvis der bruges kontrolstænger til dette formål, skal vi konstant flytte dem, efterhånden som antallet af brændstofkerner falder. Brugen af brændbare absorbere reducerer brugen af bevægelige stænger. I dag tilsættes brændbare absorbenter ofte direkte til brændstofpiller under deres fremstilling.
Væskereaktivitetskontrol.
En sådan regulering anvendes især under driften af en VVER-type reaktor, borsyre H3BO3 indeholdende 10B neutronabsorberende kerner indføres i kølemidlet. Ved at ændre koncentrationen af borsyre i kølemiddelbanen ændrer vi derved reaktiviteten i kernen. I den indledende periode med reaktordrift, når der er mange brændstofkerner, er syrekoncentrationen maksimal. Når brændstoffet brænder ud, falder syrekoncentrationen.
Kædereaktionsmekanisme
En atomreaktor kan kun fungere ved en given effekt i lang tid, hvis den har en reaktivitetsreserve i starten af driften. Undtagelsen er subkritiske reaktorer med en ekstern kilde til termiske neutroner. Frigivelsen af bundet reaktivitet, efterhånden som den aftager på grund af naturlige årsager, sikrer opretholdelsen af reaktorens kritiske tilstand i hvert øjeblik af dens drift. Den initiale reaktivitetsreserve skabes ved at konstruere en kerne med dimensioner, der væsentligt overstiger de kritiske. For at forhindre, at reaktoren bliver superkritisk, reduceres k0 af avlsmediet samtidig kunstigt. Dette opnås ved at indføre neutronabsorberende stoffer i kernen, som efterfølgende kan fjernes fra kernen. Som i kædereaktionskontrolelementerne er absorberende stoffer inkluderet i materialet af stænger med et eller andet tværsnit, der bevæger sig gennem de tilsvarende kanaler i kernen. Men hvis en eller to eller flere stænger er nok til regulering, kan antallet af stænger nå hundreder for at kompensere for den indledende overskydende reaktivitet. Disse stænger kaldes kompenserende stænger. Kontrol- og kompensationsstænger repræsenterer ikke nødvendigvis forskellige designelementer. En række udligningsstænger kan være styrestænger, men begges funktioner er forskellige. Kontrolstænger er designet til at opretholde en kritisk tilstand til enhver tid, til at stoppe og starte reaktoren og til at skifte fra et effektniveau til et andet. Alle disse operationer kræver små ændringer i reaktivitet. Kompensationsstænger fjernes gradvist fra reaktorkernen, hvilket sikrer en kritisk tilstand under hele dens drift.
Nogle gange er kontrolstænger ikke lavet af absorberende materialer, men af fissilt materiale eller spredemateriale. I termiske reaktorer er disse hovedsageligt neutronabsorbere, der er ingen effektive hurtige neutronabsorbere. Absorbere som cadmium, hafnium og andre absorberer kun termiske neutroner kraftigt på grund af den første resonans nærhed til det termiske område, og uden for sidstnævnte adskiller de sig ikke fra andre stoffer i deres absorberende egenskaber. Undtagelsen er bor, hvis neutronabsorptionstværsnit aftager med energi meget langsommere end for de angivne stoffer i henhold til l / v-loven. Derfor absorberer bor hurtige neutroner, dog svagt, men noget bedre end andre stoffer. Absorptionsmaterialet i en hurtig neutronreaktor kan kun være bor, hvis muligt beriget med 10B isotopen. Udover bor bruges fissile materialer også til kontrolstænger i hurtige neutronreaktorer. En kompenserende stang lavet af fissilt materiale udfører samme funktion som en neutronabsorberstang: den øger reaktorens reaktivitet, mens den naturligt falder. I modsætning til en absorber er en sådan stang imidlertid placeret uden for kernen ved begyndelsen af reaktordriften og indføres derefter i kernen.
Spredningsmaterialerne, der bruges i hurtige reaktorer, er nikkel, som har et spredningstværsnit for hurtige neutroner, der er lidt større end tværsnittet af andre stoffer. Spredningsstængerne er placeret langs periferien af kernen, og deres nedsænkning i den tilsvarende kanal forårsager et fald i neutronlækage fra kernen og følgelig en stigning i reaktivitet. I nogle specielle tilfælde tjener formålet med kædereaktionskontrol af bevægelige dele af neutronreflektorer, som, når de flyttes, ændrer lækagen af neutroner fra kernen. Styre-, kompensations- og nødstænger udgør sammen med alt det udstyr, der sikrer deres normale funktion, reaktorkontrol- og beskyttelsessystemet (CPS).
Nødbeskyttelse:
Nødbeskyttelse af en atomreaktor er et sæt enheder designet til hurtigt at stoppe en nuklear kædereaktion i reaktorkernen.
Aktiv nødbeskyttelse udløses automatisk, når en af parametrene for en atomreaktor når en værdi, der kan føre til en ulykke. Sådanne parametre kan omfatte: temperatur, tryk og kølevæskeflow, niveau og hastighed af effektstigning.
De udøvende elementer i nødbeskyttelse er i de fleste tilfælde stænger med et stof, der absorberer neutroner godt (bor eller cadmium). Nogle gange, for at lukke reaktoren, sprøjtes en væskeabsorber ind i kølevæskekredsløbet.
Ud over aktiv beskyttelse indeholder mange moderne designs også elementer af passiv beskyttelse. For eksempel inkluderer moderne versioner af VVER-reaktorer et "Emergency Core Cooling System" (ECCS) - specielle tanke med borsyre placeret over reaktoren. I tilfælde af en maksimal konstruktionsulykke (brud af reaktorens første kølekredsløb), ender indholdet af disse tanke inde i reaktorkernen af tyngdekraften, og den nukleare kædereaktion slukkes af en stor mængde borholdigt stof , som absorberer neutroner godt.
I henhold til "Nuclear Safety Rules for Reactor Facilities of Nuclear Power Plants" skal mindst et af de medfølgende reaktornedlukningssystemer udføre funktionen som nødbeskyttelse (EP). Nødbeskyttelse skal have mindst to uafhængige grupper af arbejdselementer. Ved AZ-signalet skal AZ-arbejdsdelene aktiveres fra enhver arbejds- eller mellemposition.
AZ-udstyret skal bestå af mindst to uafhængige sæt.
Hvert sæt AZ-udstyr skal være designet på en sådan måde, at der ydes beskyttelse i intervallet af ændringer i neutronfluxtætheden fra 7 % til 120 % af den nominelle:
1. Ved neutronfluxtæthed - ikke mindre end tre uafhængige kanaler;
2. Ifølge stigningshastigheden i neutronfluxtæthed - ikke mindre end tre uafhængige kanaler.
Hvert sæt nødbeskyttelsesudstyr skal udformes på en sådan måde, at der over hele spektret af ændringer i teknologiske parametre, der er etableret i konstruktionen af reaktoranlægget (RP), ydes nødbeskyttelse af mindst tre uafhængige kanaler for hver teknologisk parameter som beskyttelse er nødvendig for.
Styrekommandoer for hvert sæt for AZ-aktuatorer skal sendes gennem mindst to kanaler. Når en kanal i et af sættene med AZ-udstyr tages ud af drift uden at tage dette sæt ud af drift, bør der automatisk genereres et alarmsignal for denne kanal.
Nødbeskyttelse skal udløses i det mindste i følgende tilfælde:
1. Når AZ-indstillingen for neutronfluxtæthed er nået.
2. Ved opnåelse af AZ-indstillingen for stigningshastigheden i neutronfluxtætheden.
3. Hvis spændingen forsvinder i et sæt nødbeskyttelsesudstyr og CPS strømforsyningsbusser, der ikke er taget ud af drift.
4. I tilfælde af fejl på to af de tre beskyttelseskanaler for neutronfluxtætheden eller for stigningshastigheden af neutronfluxen i ethvert sæt AZ-udstyr, der ikke er taget ud af drift.
5. Når AZ-indstillingerne nås af de teknologiske parametre, for hvilke beskyttelse skal udføres.
6. Når AZ'en udløses fra en nøgle fra et blokkontrolpunkt (BCP) eller et reservekontrolpunkt (RCP).
Måske nogen kort kan forklare på en endnu mindre videnskabelig måde, hvordan en atomkraftværksenhed begynder at fungere? :-)
Husk et emne som Den originale artikel er på hjemmesiden InfoGlaz.rf Link til artiklen, hvorfra denne kopi er lavet -
Brugen af atomenergi til at generere elektricitet udføres ved hjælp af specielle enheder kaldet atomreaktorer. I en reaktor sker processen med energifrigivelse gradvist, da neutroner i en fissionskædereaktion ikke frigives samtidigt. De fleste neutroner produceres på mindre end 0,001 sekunder - det er de såkaldte promptneutroner. Den anden del (ca. 0,7%) dannes efter 13 sekunder - disse er forsinkede neutroner. De gør det muligt at regulere hastigheden af kædereaktionen ved hjælp af specielle stænger, der absorberer overskydende neutroner. Stængerne indføres i reaktorkernen og stabiliserer neutronmultiplikationsprocessen på et sikkert niveau.
Hvad er en atomreaktor?
Der er to hovedkategorier af reaktorer - termiske (langsomme) neutronreaktorer og hurtige neutronreaktorer. I fremtiden vil vi tale om termiske neutronreaktorer
Hovedelementet i en atomreaktor er kerne, hvori brændselselementer (brændstofstænger) er læsset. Det er i disse grundstoffer, at der opstår en kædereaktion. TVEL RBMK-reaktoren er et zirkoniumrør med en diameter på 10 mm og en længde på 3,5 m. Røret indeholder urandioxid (UO 2) tabletter. Brændstofstængerne placeres i moderatoren. I reaktorer RBMK Tjernobyl-atomkraftværket grafit bruges som moderator. Det er i øvrigt det, der markant forværrede situationen i april 1986. Andre atomreaktordesigns bruger vand som moderator.
Den varme, der frigives i brændselsstave som følge af spaltning af uran, fjernes ved hjælp af et kølemiddel (f.eks. vand). Kølevæsken cirkulerer kontinuerligt gennem kernen. 37.500 m3 vand passerer gennem RBMK-1000-reaktoren hver time. Driften af reaktoren styres ved hjælp af et kontrol- og beskyttelsessystem (CPS). CPS sikrer opstart og nedlukning af reaktoren og regulerer også dens effekt. Dette omfatter stænger, der er fyldt med et stof, der kraftigt absorberer neutroner (cadmium, bor osv.). Indføring af stænger i kernen får reaktoren til at lukke ned, og ved at fjerne dem fra reaktoren justeres effekten. Termiske neutronreaktorer er karakteriseret ved tilstedeværelsen af en moderator i kernen (vand og grafit).
Der er en lang række andre typer reaktorer, der adskiller sig i design, type kølemiddel, energi af neutroner, der bruges osv.
Skematisk diagram af en atomreaktor ( kerne) er vist på figuren.
Type atomreaktor på atomkraftværket i Tjernobyl
Fire RBKM-1000-reaktorer blev installeret på Tjernobyl-atomkraftværket. Forkortelse RBMK– højeffekt kanalreaktor. Tallet 1000 angiver kraftværkets effekt, som er i stand til at generere 1000 megawatt elektricitet i timen. Det skal bemærkes, at en atomreaktor, udover energikraft, har en termisk effekt af varmeafgivelse i reaktoren. Termisk energi er 3000 megawatt. Ved hjælp af disse to værdier (varme- og energieffektværdier) kan du nemt beregne effektiviteten af RBKM-1000-atomreaktoren - 31%.
En vigtig egenskab ved enheden RBMK er tilstedeværelsen af kanaler i kernen, gennem hvilke kølevæsken (vandet) bevæger sig. Det vil sige, at tilstedeværelsen af kanaler i moderatorens tykkelse gør det muligt for kølevæsken at bevæge sig, som, når den opvarmes, bliver til damp, som igen genererer elektricitet. Denne energiproduktionsordning gjorde det muligt at designe kraftige reaktorer. RBMK-kernen har således form som en lodret cylinder med en højde på 7 meter og en diameter på 11,8 meter. Hele reaktorens indre volumen er fyldt med grafitblokke, der måler 25x25x60 cm3. Den samlede vægt af grafit i reaktoren er 1850 tons.
Grafitblokke har et cylindrisk hul i midten, hvorigennem en kanal passerer med vand, som er kølevæsken. Grafitblokkene, der er placeret på periferien af reaktoren, har ikke huller eller kanaler. Disse blokke fungerer som en reflektor. Tykkelsen af dette lag er en meter.
Grafitstakken er omgivet af en cylindrisk metaltank indeholdende vand. Det spiller rollen som biologisk beskyttelse. Grafitten hviler på en plade, som består af metalstrukturer, og grafitten er desuden dækket af en tilsvarende plade ovenpå. Toppladen, til beskyttelse mod stråling, er dækket med yderligere gulvbelægning.
Tjernobyl-atomkraftværket: RBMK-reaktorstruktur
Generel struktur af reaktorenRBMK:
1 - understøttende metalstruktur;
2 - individuelle vandledninger;
3 - nedre metalstruktur;
4 – lateral biologisk beskyttelse;
5 - grafit murværk;
6 - tromleseparator;
7 - individuelle damp-vand rørledninger;
8 - øvre metalstruktur;
9 – af- og pålæsningsmaskine;
10 - øvre midterloft;
11 - overlapning af oversiden;
12 – system til overvågning af tætheden af brændstofelementbeklædning;
13 – hovedcirkulationspumpe.
I reaktorer som RBMK Der er 1661 kanaler, hvori kassetter med nukleart brændsel er placeret. Atombrændsel er urandioxid, som er bagt til tabletter. Sådanne tabletter har en diameter på omkring en centimeter og en højde på halvanden centimeter. Tabletterne opsamles i en kolonne i mængden af to hundrede stykker og fyldes i TVEL. TVEL– en hul zirkoniumcylinder med en blanding af (1%) niobium, 3,5 meter lang og 13,5 mm i diameter. 36 brændselsstave er samlet til en kassette, som sættes ind i reaktorkanalen. Den samlede vægt af uran, som er læsset i reaktor– 190 tons. I de andre 211 kanaler i reaktoren bevæger sig absorberstænger.
Litterære kilder:
- Bar"yakhtar V.G. og in. Stråling. Hvad ved vi om det? / V.G. Bar"yakhtar, V.I. Strizhak, V.O. K.: Nauk.dumka, 1991. – 32 s.
- Mukhin K.N. Eksperimentel kernefysik: I 2 bind T.1. Atomkernens fysik. – M.: Atomizdat, 1974 – 584 s.
- Prister B.S., Loschilov N.A., Nemets O.F., Poyarkov V.A. Grundlæggende om landbrugsradiologi. – Kiev: Harvest, 1988. - 256 s.
Enheden og operationsprincippet er baseret på initialisering og kontrol af en selvbærende nuklear reaktion. Det bruges som et forskningsværktøj, til at producere radioaktive isotoper og som energikilde til atomkraftværker.
driftsprincip (kort)
Dette bruger en proces, hvor en tung kerne nedbrydes i to mindre fragmenter. Disse fragmenter er i en meget exciteret tilstand og udsender neutroner, andre subatomære partikler og fotoner. Neutroner kan forårsage nye spaltninger, hvilket resulterer i, at flere af dem udsendes, og så videre. En sådan kontinuerlig selvopretholdende række af spaltninger kaldes en kædereaktion. Dette frigiver en stor mængde energi, hvis produktion er formålet med at bruge atomkraftværker.
Funktionsprincippet for en atomreaktor er sådan, at omkring 85 % af fissionsenergien frigives inden for en meget kort periode efter reaktionens start. Resten produceres af det radioaktive henfald af fissionsprodukter, efter at de har udsendt neutroner. Radioaktivt henfald er en proces, hvor et atom når en mere stabil tilstand. Det fortsætter efter opdelingen er gennemført.
I en atombombe stiger kædereaktionen i intensitet, indtil det meste af materialet er spaltet. Dette sker meget hurtigt og frembringer de ekstremt kraftige eksplosioner, der er typiske for sådanne bomber. Designet og driftsprincippet for en atomreaktor er baseret på at opretholde en kædereaktion på et kontrolleret, næsten konstant niveau. Den er designet på en sådan måde, at den ikke kan eksplodere som en atombombe.
Kædereaktion og kritik
Fysikken i en nuklear fissionsreaktor er, at kædereaktionen er bestemt af sandsynligheden for, at kernen spalter efter neutroner er udsendt. Hvis befolkningen i sidstnævnte falder, vil delingshastigheden til sidst falde til nul. I dette tilfælde vil reaktoren være i en subkritisk tilstand. Hvis neutronpopulationen holdes på et konstant niveau, vil fissionshastigheden forblive stabil. Reaktoren vil være i kritisk tilstand. Endelig, hvis populationen af neutroner vokser over tid, vil fissionshastigheden og kraften stige. Kernens tilstand vil blive superkritisk.
Funktionsprincippet for en atomreaktor er som følger. Før dens lancering er neutronpopulationen tæt på nul. Operatører fjerner derefter kontrolstænger fra kernen, hvilket øger nuklear fission, som midlertidigt skubber reaktoren til en superkritisk tilstand. Efter at have nået nominel effekt, returnerer operatørerne delvist kontrolstængerne og justerer antallet af neutroner. Efterfølgende holdes reaktoren i en kritisk tilstand. Når den skal stoppes, indsætter operatører stængerne hele vejen. Dette undertrykker fission og overfører kernen til en subkritisk tilstand.
Reaktortyper
De fleste af verdens atomkraftværker er kraftværker, der genererer den varme, der er nødvendig for at rotere turbiner, der driver elektriske kraftgeneratorer. Der er også mange forskningsreaktorer, og nogle lande har ubåde eller overfladeskibe drevet af atomenergi.
Energiinstallationer
Der findes flere typer reaktorer af denne type, men letvandsdesignet er meget brugt. Til gengæld kan den bruge trykvand eller kogende vand. I det første tilfælde opvarmes højtryksvæsken af kernens varme og kommer ind i dampgeneratoren. Der overføres varme fra primærkredsen til sekundærkredsen, som også indeholder vand. Den i sidste ende genererede damp tjener som arbejdsvæske i dampturbinens cyklus.
Kogendevandsreaktoren fungerer efter princippet om en direkte energicyklus. Vand, der passerer gennem kernen, bringes i kog ved middeltryk. Den mættede damp passerer gennem en række separatorer og tørrere placeret i reaktorbeholderen, hvilket får den til at blive overophedet. Den overophedede vanddamp bruges derefter som arbejdsvæske til at dreje turbinen.
Gasafkølet ved høj temperatur
En højtemperatur gaskølet reaktor (HTGR) er en atomreaktor, hvis driftsprincip er baseret på brugen af en blanding af grafit og brændselsmikrosfærer som brændsel. Der er to konkurrerende designs:
- et tysk "fill"-system, der bruger sfæriske brændselselementer med en diameter på 60 mm, som er en blanding af grafit og brændstof i en grafitskal;
- den amerikanske version i form af sekskantede grafitprismer, der griber sammen for at skabe en kerne.
I begge tilfælde består kølevæsken af helium under et tryk på omkring 100 atmosfærer. I det tyske system passerer helium gennem huller i laget af sfæriske brændselselementer, og i det amerikanske system passerer helium gennem huller i grafitprismer placeret langs aksen af reaktorens centrale zone. Begge muligheder kan fungere ved meget høje temperaturer, da grafit har en ekstrem høj sublimationstemperatur og helium er fuldstændig kemisk inert. Varmt helium kan påføres direkte som arbejdsvæske i en gasturbine ved høj temperatur, eller dets varme kan bruges til at generere damp i vandkredsløbet.
Flydende metal og arbejdsprincip
Natriumkølede hurtige reaktorer fik stor opmærksomhed i 1960'erne og 1970'erne. Det så ud til, at deres avlskapacitet snart ville være nødvendig for at producere brændstof til den hurtigt voksende atomindustri. Da det i 1980'erne stod klart, at denne forventning var urealistisk, aftog entusiasmen. Der er dog bygget en række reaktorer af denne type i USA, Rusland, Frankrig, Storbritannien, Japan og Tyskland. De fleste af dem kører på urandioxid eller dets blanding med plutoniumdioxid. I USA har man dog opnået den største succes med metalliske brændstoffer.
CANDU
Canada fokuserer sin indsats på reaktorer, der bruger naturligt uran. Dette eliminerer behovet for at ty til andre landes tjenester for at berige det. Resultatet af denne politik var deuterium-uran reaktoren (CANDU). Det kontrolleres og afkøles med tungt vand. Design- og driftsprincippet for en atomreaktor består i at bruge et reservoir af kold D 2 O ved atmosfærisk tryk. Kernen er gennemboret af rør lavet af zirconiumlegering indeholdende naturligt uranbrændstof, hvorigennem tungt vand, der afkøler det, cirkulerer. Elektricitet produceres ved at overføre fissionsvarme i tungt vand til et kølemiddel, der cirkulerer gennem en dampgenerator. Dampen i det sekundære kredsløb passerer derefter gennem en konventionel turbinecyklus.
Forskningsfaciliteter
Til videnskabelig forskning bruges oftest en atomreaktor, hvis funktionsprincip er at bruge vandkøling og pladeformede uranbrændselselementer i form af samlinger. I stand til at fungere over en bred vifte af effektniveauer, fra flere kilowatt til hundredvis af megawatt. Da elproduktion ikke er det primære formål med forskningsreaktorer, er de karakteriseret ved den producerede termiske energi, tætheden og den nominelle energi af kerneneutronerne. Det er disse parametre, der hjælper med at kvantificere en forskningsreaktors evne til at udføre specifik forskning. Laveffektsystemer findes typisk på universiteter og bruges til undervisning, mens højeffektsystemer er nødvendige i forskningslaboratorier til materialer og ydeevnetest og generel forskning.
Den mest almindelige er en forskningsatomreaktor, hvis struktur og driftsprincip er som følger. Dens kerne er placeret i bunden af en stor, dyb vandbassin. Dette forenkler observation og placering af kanaler, gennem hvilke neutronstråler kan rettes. Ved lave effektniveauer er der ikke behov for at pumpe kølevæske, da naturlig konvektion af kølevæsken giver tilstrækkelig varmefjernelse til at opretholde sikre driftsforhold. Varmeveksleren er normalt placeret på overfladen eller i toppen af poolen, hvor varmt vand samler sig.
Skibsinstallationer
Den oprindelige og vigtigste anvendelse af atomreaktorer er deres anvendelse i ubåde. Deres største fordel er, at de, i modsætning til fossile brændstoffer, ikke kræver luft for at generere elektricitet. Derfor kan en atomubåd forblive nedsænket i lange perioder, mens en konventionel dieselelektrisk ubåd med jævne mellemrum skal op til overfladen for at affyre sine motorer i luften. giver en strategisk fordel til flådeskibe. Takket være det er der ingen grund til at tanke brændstof i udenlandske havne eller fra let sårbare tankskibe.
Driftsprincippet for en atomreaktor på en ubåd er klassificeret. Det er dog kendt, at det i USA bruger højt beriget uran og bremses og afkøles af let vand. Designet af den første nukleare ubådsreaktor, USS Nautilus, var stærkt påvirket af kraftfulde forskningsfaciliteter. Dens unikke egenskaber er en meget stor reaktivitetsreserve, der sikrer en lang driftsperiode uden påfyldning og mulighed for at genstarte efter et stop. Kraftværket i ubåde skal være meget støjsvagt for at undgå opdagelse. For at imødekomme de specifikke behov hos forskellige klasser af ubåde blev der skabt forskellige modeller af kraftværker.
US Navy hangarskibe bruger en atomreaktor, hvis driftsprincip menes at være lånt fra de største ubåde. Detaljer om deres design er heller ikke blevet offentliggjort.
Udover USA har Storbritannien, Frankrig, Rusland, Kina og Indien atomubåde. I hvert tilfælde blev designet ikke oplyst, men det menes, at de alle er meget ens - dette er en konsekvens af de samme krav til deres tekniske egenskaber. Rusland har også en lille flåde, der bruger de samme reaktorer som sovjetiske ubåde.
Industrielle installationer
Til produktionsformål anvendes en atomreaktor, hvis driftsprincip er høj produktivitet med lav energiproduktion. Dette skyldes det faktum, at et langt ophold af plutonium i kernen fører til ophobning af uønsket 240 Pu.
Tritium produktion
I øjeblikket er det vigtigste materiale, der produceres af sådanne systemer, tritium (3H eller T) - ladningen for Plutonium-239 har en lang halveringstid på 24.100 år, så lande med atomvåbenarsenaler, der bruger dette element, har en tendens til at have, der er mere af det end nødvendigt. I modsætning til 239 Pu har tritium en halveringstid på cirka 12 år. For at opretholde de nødvendige forsyninger skal denne radioaktive isotop af brint således produceres kontinuerligt. I USA driver Savannah River (South Carolina) for eksempel flere tungtvandsreaktorer, der producerer tritium.
Flydende kraftenheder
Atomreaktorer er blevet skabt, der kan levere elektricitet og dampvarme til fjerntliggende isolerede områder. I Rusland, for eksempel, har små kraftværker, der er specielt designet til at betjene arktiske bosættelser, fundet anvendelse. I Kina leverer 10 MW HTR-10 varme og strøm til det forskningsinstitut, hvor den er placeret. Udvikling af små automatisk styrede reaktorer med lignende kapaciteter er i gang i Sverige og Canada. Mellem 1960 og 1972 brugte den amerikanske hær kompakte vandreaktorer til at drive fjernbaser i Grønland og Antarktis. De blev erstattet af oliefyrede kraftværker.
Erobring af rummet
Derudover blev der udviklet reaktorer til strømforsyning og bevægelse i det ydre rum. Mellem 1967 og 1988 installerede Sovjetunionen små nukleare enheder på sine satellitter i Cosmos-serien for at drive udstyr og telemetri, men politikken blev et mål for kritik. Mindst én af disse satellitter kom ind i jordens atmosfære og forårsagede radioaktiv forurening i fjerntliggende områder af Canada. USA har kun opsendt én atomdrevet satellit, i 1965. Der udvikles dog fortsat projekter til deres brug i langdistance-rumflyvninger, bemandet udforskning af andre planeter eller på en permanent månebase. Dette vil nødvendigvis være en gaskølet eller flydende metalkernereaktor, hvis fysiske principper vil give den højest mulige temperatur, der er nødvendig for at minimere radiatorens størrelse. Derudover skal en reaktor til rumteknologi være så kompakt som muligt for at minimere mængden af materiale, der bruges til afskærmning og for at reducere vægten under opsendelse og rumflyvning. Brændstofforsyningen vil sikre driften af reaktoren i hele rumflyvningens periode.