Doğal veya cebri hava soğutmalı reaktörler, orta derecede soğuk iklim koşullarında 50 ve 60 Hz frekanslı güç sistemlerinde kısa devre olması durumunda elektrik şebekelerindeki kısa devre akımlarını sınırlamak ve elektrik tesisatlarında belirli bir voltaj seviyesini korumak için tasarlanmıştır. ve kuru ve nemli tropikal iklim koşullarında iç ve dış mekan kurulumu için.
Reaktörler elektrik istasyonları ve trafo merkezlerinin devrelerinde pasaport verilerine uygun elektriksel parametrelerle kullanılmaktadır.
Reaktörlerin kullanılması, doğrusal devre kesicilerin nominal kapatma akımını sınırlamayı ve giden kabloların termal direncini sağlamayı mümkün kılar. Reaktör sayesinde hasarsız tüm hatlar anma gerilimine yakın gerilim altındadır (reaktör baralarda gerilimi korur), bu da elektrik tesisatlarının güvenilirliğini arttırır ve elektrikli ekipmanların çalışma koşullarını kolaylaştırır.
Reaktörler, açık havada (iklim değişikliği UHL, GOST 15150-69'a göre T yerleştirme kategorisi 1) ve doğal havalandırmalı iç mekanlarda (iklim değişikliği UHL, GOST 15150-69'a göre T yerleştirme kategorisi 2, 3) çalışmak üzere tasarlanmıştır.
Kullanım Şartları:
- deniz seviyesinden kurulum yüksekliği, m 1000;
- kurulum yerindeki atmosfer tipi, GOST 15150-69 ve GOST 15543-70'e göre tip I veya tip II;
- ortam hava sıcaklığının çalışma değeri, °C eksi 50'den artı 45'e;
- artı 27 °C sıcaklıkta bağıl hava nemi, % 80;
- MSK-64 ölçeğinde sismik direnç GOST 17516-90, nokta 8 - dikey ve kademeli (köşe) kurulum için; 9 - yatay kurulum için.
BAĞLANTI ŞEMALARI VE REAKTÖR FAZLARININ KONUMU
Ağ bağlantı şemasına göre reaktörler tek ve çift olarak ayrılmıştır. Nominal akımları 1600 A'nın üzerinde olan tek reaktörler, paralel bağlı iki bölümden oluşan kesit bobin sargısına sahip olabilir. Bir fazın açılmasına ilişkin şematik diyagramlar Şekil 1'de gösterilmektedir.
Şekil 1 - Faz değiştirmenin şematik diyagramları
Kurulum yeri ve şalt cihazının özelliklerine bağlı olarak, üç fazlı reaktör seti Şekil 2, 3, 4'te gösterildiği gibi dikey, kademeli (açısal) ve yatay faz düzenine sahip olabilir.
Şekil 2 - Dikey (açısal) düzenleme
Şekil 3 - Kademeli düzenleme
Şekil 4 - Yatay düzenleme
Büyük boyutlu reaktörler, dış mekan reaktörleri (yerleştirme kategorisi 1) ve 20 kV gerilim sınıfına ait reaktörler yalnızca yatay faz düzeniyle üretilmektedir. Dikey kurulum için üretilen reaktör fazları hem kademeli (açılı) hem de yatay kurulum için kullanılabilir. Kademeli (köşe) kurulum için üretilen reaktör fazları yatay kurulum için de kullanılabilmektedir. Yatay kurulum için üretilen reaktör fazları, dikey veya kademeli (açılı) kurulumda kullanılamaz.
Reaktörler aşamalı olarak tasarlanmıştır.
Reaktörün her fazı (bkz. Şekil 5, 6), çelik manyetik çekirdeği olmayan, doğrusal endüktif reaktansa sahip bir indüktördür. Bobin sarımı, radyal olarak yerleştirilmiş destek kolonları (beton veya prefabrik yapı) tarafından desteklenen eşmerkezli dönüşler formundaki bir kablo sarım modeline göre yapılır. Hoparlörler, ilgili voltaj sınıfı için gerekli yalıtım seviyesini sağlayan destek izolatörlerine monte edilmiştir. Bobin, nominal akıma bağlı olarak bir veya daha fazla paralel kabloya sarılır. Faz bobini sargısı, alüminyum iletkenli özel yalıtımlı reaktör telinden yapılmıştır. Dikey için "C" tasarımlı ve kademeli (açısal) kurulum için "SG" tasarımlı faz bobinleri, "B", "H" tasarımlı faz bobinlerine zıt bir sarım yönüne sahiptir ve bu, bir sarım sırasında meydana gelen kuvvetlerin uygun şekilde dağıtılmasını sağlar. kısa devre. Sargı kabloları alüminyum plakalar şeklinde yapılmıştır ve her sarım kablo telinin kendi kontak plakası vardır. Bu tasarım, reaktörün kurulumunu ve bara kurulumunu kolay ve basit hale getirir.
Kesit sargılı tek reaktörler için bobin, zıt yönlerde sarılmış iki paralel bağlı sargı bölümünden oluşur.
İkili reaktörlerde bobin sarımı, karşılıklı endüktansı yüksek ve dalların sargılarının aynı yönde sarımına sahip iki sargı kolundan oluşur.
Faz sargısının terminalleri arasındaki açı (Ψ) Şekil 7, 8, 9'da gösterilmiştir ve genellikle 0°'dir; 90°; 180°; 270°. Açılar saat yönünün tersine sayılır ve şu şekilde belirlenir:
- tek reaktörler için:
- alt terminalden üst terminale - basit bir sarım için;
- alt ve üst terminallerden orta terminale - kesit sargıları için;
- çift reaktörler için - alt terminalden orta terminale ve orta terminalden üst terminale.
Şekil 7 - Tek bir reaktörün faz sargı terminalleri arasındaki açılar
Şekil 8 - Kesit sargılı tek bir reaktörün faz sargı terminalleri arasındaki açılar
Şekil 9 - İkili reaktörün faz sargı terminalleri arasındaki açılar
Her terminal şeridinin üst tarafında bir terminal işareti bulunur.
Reaktörlerin çalışma prensibi, kısa devre akımlarının azaltılmasını (sınırlandırılmasını) sağlayan ve kısa devre anında hasarsız bağlantıların voltaj seviyesinin korunmasını sağlayan kısa devre anında sargının reaktansını arttırmaya dayanır. devre.
Tek reaktörler bir veya iki aşamalı reaksiyon şemalarına izin verir. Belirli bir bağlantı şemasında kurulum yerine bağlı olarak tekli reaktörler doğrusal (bireysel), grup ve kesişimsel olarak kullanılır.
Tek reaktörlerin kullanımına ilişkin şematik diyagramlar Şekil 10'da gösterilmektedir.
Şekil 10 - Tek reaktörlerin kullanımına ilişkin şematik diyagramlar
Hat reaktörleri L1, giden hattaki, ağdaki ve bu hattan beslenen trafo merkezlerindeki kısa devre gücünü sınırlar. Hat reaktörlerinin devre kesiciden sonra kurulması tavsiye edilir. Bu durumda, “anahtar - reaktör” bölümünde bir kaza olması muhtemel olmadığından, doğrusal devre kesicinin kesme gücü, reaktör tarafından kısa devre gücünün sınırlandırılması dikkate alınarak seçilir.
L2 grubu reaktörler, tüm bağlantı grubunu sınırlayan reaktörün normal modda kabul edilemez bir voltaj düşüşüne yol açmayacağı şekilde düşük güçlü bağlantıların birleştirilebildiği durumlarda kullanılır. Grup reaktörleri, doğrusal reaktör kullanma seçeneğine kıyasla şalt cihazlarının hacminden (RU) tasarruf etmenizi sağlar.
Kesişen L3 reaktörleri güçlü istasyon ve trafo merkezlerinin şalt sistemlerinde kullanılmaktadır. Bireysel bölümleri ayırarak istasyonun kendisi ve şalt sistemi içindeki kısa devre gücünü sınırlandırırlar. Kesitsel reaktörlerin kullanımı, kısa devre gücünün önemli derecede sınırlandırılmasıyla ilişkilidir ve bu nedenle, nominal modda büyük voltaj düşüşlerini önlemek için, içinden geçen "cos" güç faktörünün maksimum değeri için çaba gösterilmelidir. yük reaktörü. Kesişen reaktörler doğrusal ve grup reaktörlerin yerini almaz, çünkü ikincisinin yokluğunda bazı jeneratörlerden gelen kısa devre akımları sınırlı değildir.
İkiz reaktörler, ana üretim devrelerine (jeneratör, transformatör) doğrudan tepki vererek kısa devre akımlarının tamamen tek aşamalı sınırlandırılmasına olanak tanır ve aşağıdakileri sağlar: kablolama şemasının ve şalt cihazının tasarımının basitleştirilmesi; güç faktörünün iyileştirilmesi; yaklaşık olarak eşit yüklü dallarla stres rejiminin iyileştirilmesi. Üreten güç orta kontak terminallerine bağlanır. Uzun vadeli izin verilen akım yük akımı sınırları dahilinde herhangi bir branşman yük oranına izin verilir. Bir reaktör dalının reaktansı çalışma moduna bağlıdır. Çalışma modunda (sırt sırta bağlantı), sınırlayıcı özellikler, güç kayıpları ve reaktif güç minimum düzeydedir.
Kısa devre modunda, hasarlı bağlantının beslendiği reaktör kolunun reaktivitesi tamamen ortaya çıkar, çünkü hasarsız bağlantı kolunun nispeten küçük çalışma akımının etkisi önemsizdir. Reaktör kolunun hasarlı bağlantının beslendiği tarafında güç üretmesi durumunda, ikili reaktörün her iki kolundaki akım seri olarak geçer (tutarlı açma) ve karşılıklı endüktansın neden olduğu ek reaktivite nedeniyle dalların arasında, reaktörün akım sınırlayıcı özellikleri tam olarak ortaya çıkmaktadır.
İkiz reaktörler grup ve kesit olarak kullanılır (bkz. Şekil 11)
Şekil 11 - İkili reaktörlerin kullanımına ilişkin şematik diyagramlar
Reaktörler, amacına uygun kullanılmalı ve iklimsel tasarımına ve konum kategorisine uygun koşullarda çalıştırılmalıdır.
Akım sınırlama reaktörlerinin amacı dışında başka amaçlarla kullanılması durumunda, çalışma modunun (aşırı yük, aşırı gerilim, şok akımlarının sistematik etkisi) reaktörlerin performansı ve güvenilirliği üzerindeki etkisinin olasılığı dikkate alınmalıdır. hesap.
Reaktörlerin yük ve soğutma modları pasaport verilerine uygun olmalıdır.
Reaktörün arkasında bulunan elektrikli makinelerin kendiliğinden çalışması nedeniyle ikili reaktörün dalları üzerinde farklı yönlerde etkili olan yük şokları, nominal akımın beş katını geçmemeli ve 15 saniyeden fazla sürmemelidir. Reaktörün yılda 15 defadan fazla bu tür yük şoklarına maruz bırakılması önerilmez.
Reaktör branşmanlarındaki farklı yönlerdeki elektrik makinelerinin kendi kendine başlama akımlarının reaktörün nominal akımının 2,5 katını geçebildiği devrelerde ikili reaktörler kullanıldığında, branşmanların en az 0,3 saniyelik bir zaman gecikmesiyle dönüşümlü olarak açılması gerekir.
İç mekan reaktörleri, egzoz ve besleme havası arasındaki sıcaklık farkının 20 ºС'yi aşmadığı kuru ve havalandırılan odalara kurulmalıdır.
Nominal yüklerde cebri hava soğutma cihazı gerektiren reaktörler için, faz sargılarına her kW kayıp* için 3 - 5 m3/dak hava akış hızında hava üflenmelidir. Temelin ortasındaki bir delikten soğutma havasını alttan sağlamak en verimli yöntemdir**.
Açık hava reaktörleri, mevcut düzenlemelere uygun olarak çitlerle donatılmış özel olarak belirlenmiş sahalara kurulmalıdır.
Faz sargılarını doğrudan yağış ve güneş ışığına maruz kalmaktan korumak için, her faza ayrı ayrı monte edilen ortak bir gölgelik veya koruyucu çatı kurulabilir.
Reaktörler, yüksekliği reaktör veri sayfasında belirtilen temeller üzerine kurulmalıdır.
Kurulum sahalarında, reaktörlerin kurulumu için belirlenen binaların duvarlarında, temel ve çit yapılarında kısa devre devrelerinin, ferromanyetik malzemelerden yapılmış parçaların varlığına izin verilmez. Manyetik malzemelerin varlığı kayıpları artırır, bitişik metal parçaların aşırı ısınması mümkündür ve kısa devre durumunda ferromanyetik malzemelerden yapılmış yapı elemanlarına tehlikeli kuvvetler uygulanır. Kabul edilemez aşırı ısınma açısından en tehlikeli olanı uç metal yapılardır - zeminler, tavanlar.
Manyetik malzemelerin varlığında, reaktörden bina yapılarına ve reaktör pasaportunda belirtilen çitlere kadar X, Y, Y1, h, h1 kurulum mesafelerinin korunması gerekir.
Bina yapılarında ve çitlerde manyetik malzemelerin ve kapalı iletken devrelerin bulunmaması durumunda, elektrik tesisat kurallarına (PUE) uygun olarak montaj mesafeleri izolasyon mesafelerine kadar azaltılabilir.
Reaktör fazlarını yatay ve kademeli (açısal) olarak kurarken, pasaportta belirtilen fazların eksenleri arasındaki, garantili elektrodinamik dirence sahip izin verilen yatay etkili kuvvetler tarafından belirlenen minimum S ve S1 mesafelerine kesinlikle uymak gerekir.
Reaktör kurulum şemasında darbe akımının mümkün olan maksimum değeri elektrodinamik dayanım akımının değerinden küçükse bu mesafeler azaltılabilir, reaktör pasaportunda belirtilen.
* Soğutma havası miktarı reaktör veri sayfasına göredir.
** Soğutma havası teminine yönelik tasarım çözümü tüketici tarafından bağımsız olarak belirlenir ve uygulanır.
Dikey kurulumlu reaktörlerin tüm fazları ve kademeli (açısal) kurulumlu reaktörlerin “B” ve “SG” fazları için, kurulum sırasında aynı terminallerin (alt, orta, üst) kontak plakaları aynı dikeyde olmalıdır. diğerinin üstünde.
Baraya bağlantı açısından pinlerin en uygun konumunu seçmek için, her fazın diğerine göre dikey eksen etrafında 360°/N'ye eşit bir açıyla dönmesine izin verilir; burada N, pinlerin sayısıdır. faz sütunları.
Tek reaktörler için, ya alt “L2”nin tamamını ya da üst “L1” terminallerinin tamamını besleme terminalleri olarak alın (bkz. Şekil 7).
Seksiyonel sargılı tek reaktörler için, besleme terminalleri olarak alt ve üst “L2”yi alın veya orta “L1” terminalleri (bkz. Şekil 8).
İkiz reaktörler için - üreten güç “L1-M1” orta terminallerine bağlanmalıdır o zaman “M1”in alt terminalleri şöyle olacaktır: bir ve üst terminaller “L2” olacaktır diğerüç fazlı bağlantı (bkz. Şekil 9).
Reaktör terminallerini elektrodinamik kısa devre kuvvetlerinden korumak için, baralar reaktöre radyal yönde, 400-500 mm'yi geçmeyecek bir mesafede sabitlenerek beslenmelidir.
Kuruluma başlamadan önce, faz sargılarının tüm bağlantı elemanlarına göre yalıtım direncini kontrol etmek gerekir. Yalıtım direnci, 2500 V gerilime sahip bir megohmmetre ile ölçülür (1000 V gerilime sahip megohmmetrelerin kullanımına izin verilir). Artı (10-30) °C sıcaklıkta izolasyon direnci değeri en az 0,5 MOhm olmalıdır.
Reaktörlerin bakımı, harici muayeneden (her üç ayda bir çalışma), yalıtkanların ve sargıların basınçlı hava ile tozdan temizlenmesi ve topraklamanın kontrol edilmesinden oluşur.
Reaktör fazlarının ambalajlanması, taşıma ve depolama sırasında güvenliğini sağlar.
Taşıma ambalajı, çivilerle birbirine tutturulmuş ayrı panellerden (alt, yan ve uç paneller, kapak) monte edilmiş, GOST 10198-91'e uygun prefabrik bir panel kutusudur.
Her faz, kurulum ve bağlantı için gerekli bileşenler ve bağlantı elemanlarıyla birlikte ayrı bir kutuda paketlenir.
Faz tabana ahşap pedler üzerine monte edilir ve destek kolonları arasına yerleştirilen ahşap bloklar kullanılarak tabana tutturulur. Çubuklar tabana çivilenmiştir ve fazın kutu içinde yatay düzlemde hareket etmesini önler.
Uzak bölgelere gönderilen ve su yollarıyla taşınan fazlar, fazın kutu içinde dikey düzlemde hareket etmesini önleyen gergi telleriyle ek olarak sabitlenir.
Bağlantı elemanları plastik torbalarda paketlenir ve faz sargısının içine yerleştirilir.
Dokümantasyon (pasaport, kullanım kılavuzu) plastik bir torbaya konur ve faz sargısının dönüşleri arasına yerleştirilir.
Genel olarak üç fazlı reaktör kiti şunları içerir:
- faz;
- sokmak*;
- Destek*;
- flanş;
- adaptör *;
- yalıtkan;
- bağlantı elemanları;
- Dış mekanda kullanıma yönelik koruma kiti**.
____________________
* RT serisi reaktörler için.
** Tüketicinin talebi üzerine dış mekan reaktörleri (RB, RT serisi) için.
EFSANE YAPISI
RB serisi reaktörler
- Dikey faz düzenine sahip, doğal hava soğutmalı, voltaj sınıfı 10 kV, 1000 A nominal akım, 0,45 Ohm nominal endüktif reaktans, iklimsel versiyon UHL, yerleştirme kategorisi 1 ile akım sınırlamalı beton reaktör sembolü
RB 10 - 1000 - 0,45 UHL 1 GOST 14794-79. - Aynısı, yatay faz düzenlemeli, basınçlı hava soğutmalı, gerilim sınıfı 10 kV, nominal akım 2500 A, nominal endüktif reaktans 0,35 Ohm, iklimsel versiyon UHL, yerleştirme kategorisi 3
RBDG 10 - 2500 - 0,35 UHL 3 GOST 14794-79.
RT serisi reaktörler
- Dikey faz düzenine sahip, gerilim sınıfı 10 kV, 2500 A anma akımı, 0,14 Ohm nominal endüktif reaktans, alüminyum iletkenli reaktör teli sarımlı, üç fazlı akım sınırlamalı tek reaktör setinin sembolü, cebri hava soğutmalı, iklimsel versiyon UHL, konaklama kategorisi 3
RTV 10-2500-0.14 AD UHL 3 TU 3411-020-14423945-2009. - Aynısı, yatay faz düzenlemeli, voltaj sınıfı 20 kV, 2500 A nominal akımlı, 0,25 Ohm nominal endüktif reaktanslı, alüminyum (veya bakır) iletkenli reaktör teli sargılı, doğal hava soğutmalı, iklimsel tasarım Araç, yerleştirme kategorisi 1
RTG 20-2500-0,25 TS 1 TU 3411-020-14423945-2009.
TEKNİK VERİ
Temel veriler ve teknik parametreler Tablo 1'de verilmiştir.
tablo 1- Teknik özellikler
| Parametre adı | Parametre değeri | Not |
| Gerilim sınıfı, kV | 6, 10, 15, 20 | |
| En yüksek çalışma voltajı, kV | 7,2; 12; 17,5; 24 | Gerilim sınıfına göre |
| frekansHz | 50 | |
| Yürütme türü | Bekar; ikiz | Ağ bağlantı yöntemi |
| Nominal akımlar, A | 400; 630; 1000; 1600; 2500; 4000 | |
| Nominal endüktif reaktans, Ohm 1) | 0,14; 0,18; 0,20; 0,22; 0,25; 0,28; 0,35; 0,40; 0,45; 0,56 | |
| Nominal akımların ve endüktif reaktansların kombinasyonu: - 6 ve 10 kV için tek - 15 ve 20 kV için tek - 6 ve 10 kV için çift | 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 | Reaktör tipi RB serisi RT serisi RT serisi RB serisi |
| Faz düzenlemesi | Dikey;kademeli (açısal);yatay | |
| Nominal değere tolerans,%: - endüktif reaktans - güç kaybı - bağlantı katsayısı | 0'dan +15+15+10'a kadar | |
| Yalıtımın ısıya dayanıklılık sınıfı | A; E; N* | * bakır tel için |
Reaktör endüktansını bir elektrik devresinde kullanmak üzere tasarlanmış statik bir elektromanyetik cihazdır. Bir. not: AC ve DC reaktörleri dizel lokomotiflerde yaygın olarak kullanılmaktadır: reaktörleri yumuşatmak - doğrultulmuş akımın titreşimlerini yumuşatmak için; geçiş - transformatör terminallerini değiştirmek için; bölme - paralel bağlı vanalar arasında yük akımının eşit dağılımı için; akım sınırlama - kısa devre akımını sınırlamak için; parazit bastırma - elektrikli makinelerin ve cihazların çalışması sırasında ortaya çıkan radyo parazitini bastırmak için; endüktif şöntler - geçici işlemler sırasında çekiş motorlarının uyarma sargıları ile bunlara paralel bağlı dirençler vb. arasında akımı dağıtmak için.
Alternatif akım devresinde ferromanyetik çekirdekli bir bobin. Ferromanyetik çekirdekli bir bobin bir alternatif akım devresine bağlandığında (Şekil 231, a), içinden akan akım, örneğin bobinde indüklenmesi için yaratılması gereken akı tarafından belirlenir. d.s. e L kendisine uygulanan gerilime eşit ve zıt fazdaydı. Bu akıma mıknatıslanma akımı denir. Bobinin dönüş sayısına, manyetik devresinin manyetik direncine (yani manyetik devrenin kesit alanına, uzunluğuna ve malzemesine), voltajına ve değişim frekansına bağlıdır. Bobine uygulanan voltaj arttıkça F akısı artar, çekirdeği doygun hale gelir ve bu da mıknatıslama akımında keskin bir artışa neden olur. Sonuç olarak böyle bir bobin, değeri kendisine uygulanan gerilime bağlı olan doğrusal olmayan bir endüktif reaktansı X L temsil eder. Ferromanyetik çekirdekli bir bobinin akım-gerilim karakteristiği (Şekil 231, b), mıknatıslanma eğrisine benzer bir forma sahiptir. Bölüm III'te gösterildiği gibi, manyetik devrenin manyetik direnci aynı zamanda manyetik devrede bulunan hava boşluklarının boyutuna göre de belirlenir. Bu nedenle bobinin akım-gerilim karakteristiğinin şekli manyetik devredeki hava boşluğuna bağlıdır. Bu boşluk ne kadar büyük olursa, belirli bir voltajda bobinden geçen i akımı o kadar büyük olur ve dolayısıyla bobinin endüktif reaktansı X L o kadar düşük olur. Öte yandan, manyetik devrenin ferromanyetik bölümlerinin manyetik direncine kıyasla hava boşluğunun yarattığı manyetik direnç ne kadar büyük olursa, yani boşluk ne kadar büyük olursa, bobinin akım-gerilim karakteristiği o kadar doğrusal yaklaşır.
Ferromanyetik çekirdekli bir bobinin endüktif reaktansı X L, yalnızca hava boşluğunun (8) değiştirilmesiyle değil, aynı zamanda çekirdeğinin doğru akımla bastırılmasıyla da ayarlanabilir.Öngerilim akımı ne kadar büyük olursa, bobinin manyetik devresinde oluşturulan doygunluk o kadar büyük olur ve endüktif direnci X L o kadar düşük olur. Doğru akımla mıknatıslanan ferromanyetik çekirdeğe sahip bir bobine doyurulabilir reaktör denir.
AC elektrik devrelerinde dirençler yerine akımı düzenlemek ve sınırlamak için reaktörlerin kullanılması, elektrik enerjisinde önemli tasarruf sağlar, çünkü bir reaktörde, bir direncin aksine, güç kayıpları önemsizdir (bunlar, reaktör kablolarının düşük aktif direnci ile belirlenir). .
Ferromanyetik çekirdekli bir bobin alternatif akım devresine bağlandığında içinden akan akım sinüzoidal olmayacaktır. Bobin çekirdeğinin doygunluğu nedeniyle, akım i eğrisindeki "zirveler" daha büyük olur, manyetik devrenin doygunluğu da o kadar büyük olur (Şekil 231, c).
Reaktörlerin yumuşatılması. Elektrikli lokomotiflerde ve redresörlü AC elektrikli trenlerde, cer motorlarının devrelerindeki rektifiye akımın titreşimlerini yumuşatmak için çelik çekirdekli bir bobin şeklinde yapılan yumuşatma reaktörleri kullanılır. Bobinin aktif direnci çok küçüktür, bu nedenle pratik olarak düzeltilmiş akımın doğrudan bileşenini etkilemez. Akımın alternatif bileşeni için bobin endüktif bir reaktans oluşturur X L = ? L ne kadar büyükse frekans da o kadar yüksek olur mu? karşılık gelen harmonik Sonuç olarak, düzeltilmiş akımın harmonik bileşenlerinin genlikleri keskin bir şekilde azalır ve dolayısıyla akım dalgalanması azalır. Bir. not: Doğrultucunun temel harmoniği olan 50 Hz frekanslı bir kontak ağından çalışan doğrultucularla alternatif akım
Genliği en büyük olan akım 100 Hz frekanslı harmoniktir. Etkin bir şekilde bastırmak için, büyük bir endüktansa sahip, yani oldukça önemli bir boyuta sahip bir yumuşatma reaktörünün açılması gerekecektir. Bu nedenle pratikte bu reaktörler mevcut dalgalanma katsayısını %25-30'a düşürecek şekilde tasarlanmaktadır.
Reaktörün endüktansı ve dolayısıyla genel boyutları, içindeki ferromanyetik çekirdeğin varlığına bağlıdır. Bir çekirdeğin yokluğunda, gerekli endüktansı elde etmek için, reaktörün önemli çapta ve çok sayıda dönüşe sahip bir bobine sahip olması gerekir. Doğrultuculardan kontak ağına giren dalgalı akımı yumuşatmak için çekiş trafo merkezlerine çekirdeksiz reaktörler kurulur. Boyutları ve ağırlıkları büyüktür ve önemli miktarda bakır tüketimi gerektirirler. E.p.s.'de. Bu tür cihazların kurulumu mümkün değildir.
Bununla birlikte, transformatör gibi kapalı çelik çekirdekli bir reaktör inşa etmek pratik değildir çünkü bobininden akan doğru akım bileşeni, çekirdeğin ciddi şekilde doymasına ve ağır yükler altında reaktörün endüktansında bir azalmaya neden olacaktır. Bu nedenle manyetik yumuşatma sistemi
Reaktör, doğru akım bileşeni tarafından doyurulmayacak şekilde tasarlanmalıdır. Bu amaçla, reaktörün manyetik devresi (1) açık hale getirilir (Şekil 232, a), böylece manyetik akı kısmen havadan geçer veya kapatılır, ancak büyük hava boşlukları bulunur (Şekil 232, b). Bakır tüketimini azaltmak ve ağırlığı azaltmak için
ve reaktörün genel boyutları nedeniyle, sargısı (2) artan akım yoğunluğu için tasarlanmıştır ve yoğun bir şekilde soğutulur. Elektrikli lokomotifler ve elektrikli
Trenler basınçlı hava soğutmalı reaktörler kullanıyor. Böyle bir reaktör özel bir silindirik mahfazanın içine yerleştirilmiştir; soğutma havası çekirdeği ile sargı arasındaki kanallardan geçer. Sargılı çekirdeğin transformatör yağı içeren bir tanka yerleştirildiği reaktör tasarımları da vardır. Reaktörün endüktansını azaltan girdap akımlarını azaltmak için, reaktörün çekirdeği yalıtımlı elektrikli çelik levhalardan oluşuyor.
Endüktif şöntler, geçici işlemler sırasında çekiş motorunun uyarma sargısı ile şönt direnci arasında (manyetik akıyı azaltarak motor hızını düzenlerken) gerekli akım dağılımını sağlayan benzer bir tasarıma sahiptir.
Akım sınırlayıcı reaktörler. Bir. not: yarı iletken redresörlerle alternatif akım; bazı durumlarda akım sınırlayıcı reaktörler, redresör kurulumuyla seri olarak dahil edilir. Yarı iletken valfler düşük aşırı yük kapasitesine sahiptir ve yüksek akımlarda hızla arızalanır. Bu nedenle bunları kullanırken kısa devre akımını sınırlamak için özel önlemler almak ve bu akım vanalar için tehlikeli bir değere ulaşmadan doğrultucu tesisatını güç kaynağından hızla ayırmak gerekir. Yük devresinde kısa devre olması ve vanaların arızalanması durumunda reaktörün endüktansı akımı sınırlandırır. kısa devre yapar (reaktörsüz akıma göre yaklaşık 4-5 kat) ve yükselme hızını yavaşlatır. Sonuç olarak koruma ekipmanlarının çalışması için gerekli olan süre boyunca kısa devre akımının tehlikeli bir değere çıkacak zamanı yoktur. Akım sınırlama reaktörlerinde bazen transformatörün ikincil sargısı olarak görev yapmak üzere ek bir sargı kullanılır. Kısa devre meydana geldiğinde, reaktörün ana sargısından geçen akım keskin bir şekilde artar ve artan manyetik akı, ek sargıda bir voltaj darbesine neden olur. Bu darbe, redresör kurulumunu kapatan koruma cihazını tetikleyen bir sinyal görevi görür.
: ... oldukça sıradan, ancak yine de bilgiyi sindirilebilir bir biçimde bulamadım - bir nükleer reaktörün nasıl çalışmaya BAŞLADIĞI. İşin prensibi ve yapısına dair her şey zaten 300'den fazla kez çiğnendi ve net, ancak burada yakıtın nasıl elde edildiği ve neden ve neden reaktöre girene kadar bu kadar tehlikeli olmadığı ve neden reaktöre girmeden reaksiyona girmediği anlatılıyor. reaktöre daldırıldı! - sonuçta, sadece içerisi ısınır, yine de, yakıt yüklenmeden önce soğuktur ve her şey yolundadır, bu nedenle elemanların ısınmasına neyin sebep olduğu, bunların nasıl etkilendiği vb., tercihen bilimsel olarak tam olarak açık değildir).
Böyle bir konuyu bilimsel olmayan bir şekilde çerçevelemek elbette zor ama deneyeceğim. Öncelikle bu yakıt çubuklarının ne olduğunu bulalım.
Nükleer yakıt, yaklaşık 1 cm çapında ve yaklaşık 1,5 cm yüksekliğinde siyah bir tablettir. %2 uranyum dioksit 235 ve %98 uranyum 238, 236, 239 içerir. Her durumda, herhangi bir miktarda nükleer yakıtla birlikte, nükleer bir patlama gelişemez çünkü nükleer bir patlamanın çığ benzeri hızlı fisyon reaksiyonu için% 60'tan fazla bir uranyum 235 konsantrasyonu gereklidir.
İki yüz nükleer yakıt peleti zirkonyum metalden yapılmış bir tüpe yükleniyor. Bu tüpün uzunluğu 3,5 m'dir. çapı 1,35 cm olan bu tüpe yakıt elemanı - yakıt elemanı denir. Bir kasete 36 adet yakıt çubuğu monte edilir (diğer adı “montajdır”).
RBMK reaktörü yakıt elemanı tasarımı: 1 - fiş; 2 - uranyum dioksit tabletleri; 3 - zirkonyum kabuk; 4 - bahar; 5 - burç; 6 - ipucu.
Bir maddenin dönüşümüne, yalnızca maddenin bir enerji rezervi olması durumunda serbest enerjinin salınması eşlik eder. İkincisi, bir maddenin mikropartiküllerinin, bir geçişin mevcut olduğu diğer olası durumdan daha yüksek bir dinlenme enerjisine sahip bir durumda olduğu anlamına gelir. Kendiliğinden geçiş her zaman bir enerji bariyeri tarafından önlenir; bunun üstesinden gelmek için mikropartikülün dışarıdan belirli bir miktarda enerji alması gerekir - uyarma enerjisi. Ekzoenerjetik reaksiyon, uyarılmayı takip eden dönüşümde, süreci uyarmak için gerekenden daha fazla enerjinin açığa çıkması gerçeğinden oluşur. Enerji bariyerini aşmanın iki yolu vardır: ya çarpışan parçacıkların kinetik enerjisinden dolayı ya da birleşen parçacığın bağlanma enerjisinden dolayı.
Enerji salınımının makroskobik ölçeğini aklımızda tutarsak, o zaman madde parçacıklarının tümü veya başlangıçta en azından bir kısmı, reaksiyonları tetiklemek için gerekli kinetik enerjiye sahip olmalıdır. Bu ancak ortamın sıcaklığının, termal hareket enerjisinin prosesin gidişatını sınırlayan enerji eşiğine yaklaşacağı bir değere yükseltilmesiyle başarılabilir. Moleküler dönüşümler, yani kimyasal reaksiyonlar durumunda, böyle bir artış genellikle yüzlerce Kelvin derecedir, ancak nükleer reaksiyonlar durumunda, çarpışan çekirdeklerin Coulomb bariyerlerinin çok yüksek olması nedeniyle en az 107 K'dir. Nükleer reaksiyonların termal uyarılması pratikte yalnızca Coulomb bariyerlerinin minimum olduğu (termonükleer füzyon) en hafif çekirdeklerin sentezi sırasında gerçekleştirilir.
Parçacıkların birleştirilmesiyle oluşan uyarım, büyük kinetik enerji gerektirmez ve bu nedenle ortamın sıcaklığına bağlı değildir, çünkü parçacıkların çekici kuvvetlerinin doğasında bulunan kullanılmayan bağlardan kaynaklanır. Ancak reaksiyonları tetiklemek için parçacıkların kendileri gereklidir. Ve yine ayrı bir reaksiyon eylemini değil, makroskobik ölçekte enerji üretimini kastediyorsak, bu ancak bir zincirleme reaksiyon meydana geldiğinde mümkündür. İkincisi, reaksiyonu harekete geçiren parçacıklar, ekzoenerjetik reaksiyonun ürünleri olarak yeniden ortaya çıktığında meydana gelir.
Bir nükleer reaktörü kontrol etmek ve korumak için çekirdeğin tüm yüksekliği boyunca hareket ettirilebilen kontrol çubukları kullanılır. Çubuklar, nötronları güçlü bir şekilde emen maddelerden (örneğin bor veya kadmiyum) yapılır. Çubuklar derine yerleştirildiğinde, nötronlar güçlü bir şekilde emilip reaksiyon bölgesinden uzaklaştırıldığı için zincirleme reaksiyon imkansız hale gelir.
Çubuklar kontrol panelinden uzağa taşınır. Çubukların hafif bir hareketiyle zincir süreci ya gelişecek ya da kaybolacaktır. Bu şekilde reaktörün gücü düzenlenir.
Leningrad NPP, RBMK reaktörü
Reaktör çalışmasının başlaması:
İlk yakıt yüklemesinden sonraki ilk anda, reaktörde fisyon zinciri reaksiyonu yoktur, reaktör kritik altı durumdadır. Soğutucu sıcaklığı çalışma sıcaklığından önemli ölçüde düşüktür.
Burada daha önce de belirttiğimiz gibi, bir zincirleme reaksiyonun başlaması için, bölünebilir malzemenin kritik bir kütle oluşturması gerekir - yeterince küçük bir alanda yeterli miktarda kendiliğinden bölünebilen malzeme; nükleer fisyon sırasında salınan nötronların sayısının olması gereken bir koşul. absorbe edilen nötronların sayısından daha fazladır. Bu, uranyum-235 içeriğini artırarak (yüklenen yakıt çubuklarının miktarı) veya nötronların uranyum-235 çekirdeğinin yanından uçmamaları için hızını yavaşlatarak yapılabilir.
Reaktör birkaç aşamada güce getirilir. Reaktivite düzenleyicilerin yardımıyla reaktör süperkritik durum Kef>1'e aktarılır ve reaktör gücü nominal gücün %1-2'si seviyesine kadar artar. Bu aşamada reaktör, soğutucunun çalışma parametrelerine kadar ısıtılır ve ısıtma hızı sınırlanır. Isıtma işlemi sırasında kontroller gücü sabit bir seviyede tutar. Daha sonra sirkülasyon pompaları çalıştırılarak ısı giderme sistemi devreye alınır. Bundan sonra reaktör gücü, nominal gücün %2 ila %100'ü aralığında herhangi bir seviyeye artırılabilir.
Reaktör ısındığında, çekirdek malzemelerin sıcaklığı ve yoğunluğundaki değişikliklere bağlı olarak reaktivite değişir. Bazen ısıtma sırasında çekirdeğin ve çekirdeğe giren veya çıkan kontrol elemanlarının göreceli konumu değişir ve kontrol elemanlarının aktif hareketi olmadığında bir reaktivite etkisine neden olur.
Katı, hareketli emici elemanlarla düzenleme
Reaktiviteyi hızlı bir şekilde değiştirmek için çoğu durumda katı hareketli emiciler kullanılır. RBMK reaktöründeki kontrol çubukları, çapı 50 veya 70 mm olan alüminyum alaşımlı bir boru içine alınmış bor karbür burçlar içerir. Her kontrol çubuğu ayrı bir kanala yerleştirilir ve kontrol ve koruma sistemi (kontrol ve koruma sistemi) devresinden ortalama 50 ° C sıcaklıktaki su ile soğutulur. Çubuklar amaçlarına göre AZ'ye (acil koruma) ayrılır. ) çubuklar; RBMK'de bu tür 24 çubuk vardır. Otomatik kontrol çubukları - 12 parça, Yerel otomatik kontrol çubukları - 12 parça, manuel kontrol çubukları - 131 ve 32 kısaltılmış emici çubuk (USP). Toplamda 211 çubuk var. Ayrıca kısaltılmış çubuklar çekirdeğe alttan, geri kalanı üstten yerleştirilir.
VVER 1000 reaktör 1 - kontrol sistemi sürücüsü; 2 - reaktör kapağı; 3 - reaktör gövdesi; 4 - koruyucu boru bloğu (BZT); 5 - şaft; 6 - çekirdek muhafazası; 7 - yakıt düzenekleri (FA) ve kontrol çubukları;
Yanabilen emici elemanlar.
Taze yakıt yüklendikten sonra aşırı reaktiviteyi telafi etmek için sıklıkla yanıcı emiciler kullanılır. Çalışma prensibi, yakıt gibi, bir nötron yakaladıktan sonra nötronları emmeyi bırakmaları (yanmaları) şeklindedir. Ayrıca nötronların soğurucu çekirdekler tarafından absorbe edilmesi sonucu oluşan azalma hızı, yakıt çekirdeklerinin bölünmesi sonucu oluşan azalma hızına eşit veya daha azdır. Bir reaktör çekirdeğini bir yıl boyunca çalışacak şekilde tasarlanmış yakıtla yüklersek, o zaman operasyonun başlangıcındaki bölünebilir yakıt çekirdeklerinin sayısının, sonunda olduğundan daha fazla olacağı açıktır ve aşırı reaktiviteyi, emiciler yerleştirerek telafi etmemiz gerekir. çekirdekte. Bu amaçla kontrol çubukları kullanılıyorsa, yakıt çekirdeği sayısı azaldıkça bunları sürekli hareket ettirmemiz gerekir. Yanabilir emicilerin kullanılması hareketli çubukların kullanımını azaltır. Günümüzde yanıcı emiciler genellikle üretimleri sırasında yakıt peletlerine doğrudan eklenmektedir.
Sıvı reaktivite kontrolü.
Bu tür bir düzenleme, özellikle VVER tipi bir reaktörün çalışması sırasında kullanılır, 10B nötron emici çekirdekler içeren borik asit H3BO3, soğutucuya verilir. Soğutma sıvısı yolundaki borik asit konsantrasyonunu değiştirerek çekirdekteki reaktiviteyi değiştiriyoruz. Reaktörün çok sayıda yakıt çekirdeğinin bulunduğu ilk çalışma döneminde asit konsantrasyonu maksimumdur. Yakıt yandıkça asit konsantrasyonu azalır.
Zincir reaksiyon mekanizması
Bir nükleer reaktör, ancak işletme başlangıcında bir reaktivite rezervine sahip olması durumunda belirli bir güçte uzun süre çalışabilir. Bunun istisnası, harici bir termal nötron kaynağına sahip kritik altı reaktörlerdir. Doğal sebeplerden dolayı azaldıkça bağlı reaktivitenin açığa çıkması, reaktörün çalışmasının her anında kritik durumunun korunmasını sağlar. İlk reaktivite rezervi, kritik boyutları önemli ölçüde aşan boyutlara sahip bir çekirdek inşa edilerek oluşturulur. Reaktörün süperkritik hale gelmesini önlemek için yetiştirme ortamının k0 değeri aynı anda yapay olarak azaltılır. Bu, daha sonra çekirdekten çıkarılabilen nötron soğurucu maddelerin çekirdeğe eklenmesiyle elde edilir. Zincirleme reaksiyon kontrol elemanlarında olduğu gibi, çekirdekteki karşılık gelen kanallar boyunca hareket eden bir veya başka bir kesitteki çubukların malzemesine emici maddeler dahil edilir. Ancak düzenleme için bir, iki veya daha fazla çubuk yeterliyse, başlangıçtaki aşırı reaktiviteyi telafi etmek için çubuk sayısı yüzlerce kişiye ulaşabilir. Bu çubuklara dengeleme çubukları denir. Kontrol ve dengeleme çubuklarının mutlaka farklı tasarım öğelerini temsil etmesi gerekmez. Bir dizi dengeleme çubuğu kontrol çubuğu olabilir, ancak her ikisinin de işlevleri farklıdır. Kontrol çubukları, herhangi bir zamanda kritik durumu korumak, reaktörü durdurmak ve başlatmak ve bir güç seviyesinden diğerine geçiş yapmak için tasarlanmıştır. Tüm bu işlemler reaktivitede küçük değişiklikler gerektirir. Telafi edici çubuklar, reaktör çekirdeğinden kademeli olarak çıkarılır ve operasyon boyunca kritik bir durum sağlanır.
Bazen kontrol çubukları emici malzemelerden değil, bölünebilir malzemeden veya saçıcı malzemeden yapılır. Termal reaktörlerde bunlar esas olarak nötron emicilerdir; etkili bir hızlı nötron emici yoktur. Kadmiyum, hafniyum ve diğerleri gibi emiciler, ilk rezonansın termal bölgeye yakınlığı nedeniyle yalnızca termal nötronları güçlü bir şekilde emer ve ikincisinin dışında emici özellikleri bakımından diğer maddelerden farklı değildirler. Bunun istisnası, l / v yasasına göre, nötron absorpsiyon kesiti enerjiyle belirtilen maddelerinkinden çok daha yavaş azalan bordur. Bu nedenle bor, zayıf da olsa hızlı nötronları emer, ancak diğer maddelerden biraz daha iyidir. Hızlı bir nötron reaktöründeki soğurucu malzeme, mümkünse 10B izotopuyla zenginleştirilmiş yalnızca bor olabilir. Hızlı nötron reaktörlerinde borun yanı sıra bölünebilir malzemeler de kontrol çubukları için kullanılır. Bölünebilir malzemeden yapılan dengeleme çubuğu, nötron soğurucu çubukla aynı işlevi yerine getirir: reaktörün reaktivitesini arttırırken doğal olarak azaltır. Bununla birlikte, bir soğurucunun aksine, böyle bir çubuk, reaktör işleminin başlangıcında çekirdeğin dışında bulunur ve daha sonra çekirdeğe verilir.
Hızlı reaktörlerde kullanılan saçıcı malzemeler, hızlı nötronlar için saçılma kesitine sahip olan ve diğer maddelerin kesitlerinden biraz daha büyük olan nikeldir. Dağıtıcı çubuklar çekirdeğin çevresi boyunca yerleştirilmiştir ve bunların ilgili kanala daldırılması çekirdekten nötron sızıntısının azalmasına ve dolayısıyla reaktivitenin artmasına neden olur. Bazı özel durumlarda, zincirleme reaksiyon kontrolünün amacı, hareket ettirildiğinde çekirdekten nötron sızıntısını değiştiren nötron reflektörlerinin hareketli parçaları tarafından yerine getirilir. Kontrol, kompanzasyon ve acil durum çubukları, normal işleyişini sağlayan tüm ekipmanlarla birlikte reaktör kontrol ve koruma sistemini (CPS) oluşturur.
Acil durum koruması:
Bir nükleer reaktörün acil durum koruması, reaktör çekirdeğindeki nükleer zincir reaksiyonunu hızlı bir şekilde durdurmak için tasarlanmış bir dizi cihazdır.
Aktif acil durum koruması, nükleer reaktörün parametrelerinden birinin kazaya yol açabilecek değere ulaşması durumunda otomatik olarak tetiklenir. Bu tür parametreler şunları içerebilir: sıcaklık, basınç ve soğutucu akışı, güç artış seviyesi ve hızı.
Acil durum korumasının yürütme unsurları çoğu durumda nötronları iyi emen bir maddeye (bor veya kadmiyum) sahip çubuklardır. Bazen reaktörü kapatmak için soğutma sıvısı döngüsüne bir sıvı emici enjekte edilir.
Aktif korumaya ek olarak birçok modern tasarım pasif koruma unsurlarını da içerir. Örneğin, VVER reaktörlerinin modern versiyonları, reaktörün üzerinde bulunan borik asit içeren özel tanklar olan “Acil Durum Çekirdek Soğutma Sistemi” (ECCS) içerir. Tasarıma dayalı maksimum bir kaza durumunda (reaktörün ilk soğutma devresinin kopması), bu tankların içerikleri yerçekiminin etkisiyle reaktör çekirdeğinin içine girer ve nükleer zincir reaksiyonu büyük miktarda bor içeren madde tarafından söndürülür. nötronları iyi emer.
“Nükleer Santrallerin Reaktör Tesisleri için Nükleer Güvenlik Kuralları”na göre, sağlanan reaktör kapatma sistemlerinden en az birinin acil durum koruma (EP) işlevini yerine getirmesi gerekmektedir. Acil durum koruması en az iki bağımsız çalışma elemanı grubuna sahip olmalıdır. AZ sinyalinde AZ çalışan parçalar herhangi bir çalışma veya ara konumdan etkinleştirilmelidir.
AZ ekipmanı en az iki bağımsız setten oluşmalıdır.
Her bir AZ ekipmanı seti, nötron akı yoğunluğundaki nominal değerin %7 ila %120'si arasındaki değişiklik aralığında koruma sağlanacak şekilde tasarlanmalıdır:
1. Nötron akı yoğunluğuna göre - en az üç bağımsız kanal;
2. Nötron akısı yoğunluğundaki artış oranına göre - en az üç bağımsız kanal.
Her bir acil durum koruma ekipmanı seti, reaktör tesisinin (RP) tasarımında belirlenen teknolojik parametrelerdeki tüm değişiklik aralığı boyunca, her teknolojik parametre için en az üç bağımsız kanal tarafından acil durum koruması sağlanacak şekilde tasarlanmalıdır. hangi korumanın gerekli olduğu.
AZ aktüatörler için her setin kontrol komutları en az iki kanal üzerinden iletilmelidir. AZ ekipman setlerinden birindeki bir kanal, bu seti devre dışı bırakmadan devre dışı bırakıldığında, bu kanal için otomatik olarak bir alarm sinyali üretilmelidir.
Acil durum koruması en azından aşağıdaki durumlarda tetiklenmelidir:
1. Nötron akısı yoğunluğu için AZ ayarına ulaşıldığında.
2. Nötron akısı yoğunluğundaki artış hızı için AZ ayarına ulaşıldığında.
3. Herhangi bir acil durum koruma ekipmanı setinde ve devre dışı bırakılmamış CPS güç kaynağı veriyolunda gerilimin kaybolması durumunda.
4. Devre dışı bırakılmamış herhangi bir AZ ekipmanı setinde, nötron akısı yoğunluğuna veya nötron akısının artış hızına ilişkin üç koruma kanalından herhangi ikisinin arızalanması durumunda.
5. Korumanın yapılması gereken teknolojik parametreler tarafından AZ ayarlarına ulaşıldığında.
6. AZ'yi bir blok kontrol noktasından (BCP) veya yedek kontrol noktasından (RCP) bir anahtardan tetiklerken.
Belki birisi bir nükleer santral ünitesinin nasıl çalışmaya başladığını daha az bilimsel bir şekilde kısaca açıklayabilir mi? :-)
Şöyle bir konuyu hatırla Yazının orjinali sitede InfoGlaz.rf Bu kopyanın alındığı makalenin bağlantısı -
Nükleer enerjinin elektrik üretmek için kullanılması, adı verilen özel cihazlar kullanılarak gerçekleştirilir. nükleer reaktörler. Bir reaktörde, fisyon zincirleme reaksiyonunda nötronlar aynı anda salınmadığı için enerji salınımı süreci yavaş yavaş gerçekleşir. Nötronların çoğu 0,001 saniyeden daha kısa sürede üretilir; bunlara hızlı nötronlar adı verilir. Diğer kısım (yaklaşık %0,7) 13 saniye sonra oluşur; bunlar gecikmiş nötronlardır. Fazla nötronları emen özel çubuklar kullanarak zincir reaksiyonunun hızını düzenlemeyi mümkün kılarlar. Çubuklar reaktör çekirdeğine yerleştirilir ve nötron çoğalma sürecini güvenli bir seviyede stabilize eder.
Nükleer reaktör nedir?
Reaktörlerin iki ana kategorisi vardır: termal (yavaş) nötron reaktörleri ve hızlı nötron reaktörleri. Gelecekte termal nötron reaktörlerinden bahsedeceğiz
Bir nükleer reaktörün ana elemanı çekirdek içine yakıt elemanlarının (yakıt çubukları) yüklendiği. Bu elementlerde zincirleme bir reaksiyon meydana gelir. TVEL RBMK reaktörü, 10 mm çapında ve 3,5 m uzunluğunda bir zirkonyum tüptür. Tüp, uranyum dioksit (UO 2) tabletleri içerir. Yakıt çubukları moderatöre yerleştirilir. Reaktörlerde RBMK Çernobil Nükleer Santrali Grafit moderatör olarak kullanılır. Bu arada, Nisan 1986'da durumu önemli ölçüde ağırlaştıran da buydu. Diğer nükleer reaktör tasarımları moderatör olarak suyu kullanır.
Uranyumun bölünmesi sonucu yakıt çubuklarında açığa çıkan ısı, bir soğutucu (örneğin su) kullanılarak uzaklaştırılır. Soğutucu sürekli olarak çekirdekte dolaşır. RBMK-1000 reaktöründen saatte 37.500 m3 su geçiyor. Reaktörün çalışması bir kontrol ve koruma sistemi (CPS) kullanılarak kontrol edilir. CPS reaktörün başlatılmasını ve kapatılmasını sağlar ve ayrıca gücünü düzenler. Bu, nötronları güçlü bir şekilde emen bir maddeyle (kadmiyum, bor vb.) doldurulmuş çubukları içerir. Çubukların çekirdeğe yerleştirilmesi reaktörün kapanmasına neden olur ve çubukların reaktörden çıkarılmasıyla güç ayarlanır. Termal nötron reaktörleri, çekirdekte bir moderatörün (su ve grafit) varlığıyla karakterize edilir.
Tasarım, soğutucu tipi, kullanılan nötronların enerjisi vb. bakımından farklılık gösteren çok sayıda başka reaktör türü vardır.
Bir nükleer reaktörün şematik diyagramı ( çekirdek) şekilde gösterilmektedir.
Çernobil nükleer santralindeki nükleer reaktör türü
Çernobil nükleer santraline dört adet RBKM-1000 reaktörü kuruldu. Kısaltma RBMK– yüksek güçlü kanal reaktörü. 1000 sayısı saatte 1000 megavat elektrik üretebilen santralin gücünü gösteriyor. Bir nükleer reaktörün, enerji gücüne ek olarak, reaktörde ısı üretme termal gücüne de sahip olduğu unutulmamalıdır. Termal enerji 3000 megavattır. Bu iki değeri (termal ve enerji gücü değerleri) kullanarak RBKM-1000 nükleer reaktörünün verimliliğini -% 31 - kolayca hesaplayabilirsiniz.
Cihazın önemli bir özelliği RBMKçekirdekte soğutucunun (su) hareket ettiği kanalların varlığıdır. Yani, moderatörün kalınlığındaki kanalların varlığı, soğutucunun hareket etmesini mümkün kılar, bu da ısıtıldığında buhara dönüşür ve bu da elektrik üretir. Bu enerji üretim planı, güçlü reaktörlerin tasarlanmasını mümkün kıldı. Böylece RBMK çekirdeği 7 metre yüksekliğinde ve 11,8 metre çapında dikey bir silindir formuna sahip oluyor. Reaktörün tüm iç hacmi 25x25x60 cm3 ölçülerindeki grafit bloklarla doldurulmuştur. Reaktördeki grafitin toplam ağırlığı 1850 tondur.
Grafit blokların ortasında, soğutucu olan su ile bir kanalın geçtiği silindirik bir delik bulunur. Reaktörün çevresine yerleştirilen grafit bloklarda delik veya kanal bulunmamaktadır. Bu bloklar reflektör görevi görür. Bu katmanın kalınlığı bir metredir.
Grafit yığını su içeren silindirik bir metal tankla çevrelenmiştir. Biyolojik koruma rolünü oynar. Grafit, metal yapılardan oluşan bir plaka üzerinde durmaktadır ve grafitin üst kısmı da benzer bir plaka ile kaplanmıştır. Radyasyondan korunmak için üst plaka ilave döşeme ile kaplanmıştır.
Çernobil Nükleer Santrali: RBMK reaktör yapısı
Reaktörün genel yapısıRBMK:
1 – destekleyici metal yapı;
2 – bireysel su boru hatları;
3 – alt metal yapı;
4 – yanal biyolojik koruma;
5 – grafit duvarcılık;
6 – tambur ayırıcı;
7 – bireysel buhar-su boru hatları;
8 – üst metal yapı;
9 – boşaltma ve yükleme makinesi;
10 – üst orta tavan;
11 – üst tarafın örtüşmesi;
12 – yakıt elemanı kaplamasının sıkılığını izlemek için sistem;
13 – ana sirkülasyon pompası.
Gibi reaktörlerde RBMK Nükleer yakıt içeren kasetlerin yerleştirildiği 1661 kanal bulunmaktadır. Nükleer yakıt, tabletler halinde pişirilen uranyum dioksittir. Bu tür tabletlerin çapı yaklaşık bir santimetre ve yüksekliği bir buçuk santimetredir. Tabletler iki yüz adetlik bir sütunda toplanıp TVEL'e yükleniyor. TVEL– 3,5 metre uzunluğunda ve 13,5 mm çapında, (%1) niyobyum karışımı içeren içi boş bir zirkonyum silindir. 36 yakıt çubuğu, reaktör kanalına yerleştirilen bir kasete monte edilir. Yüklenen uranyumun toplam ağırlığı reaktör– 190 ton. Reaktörün diğer 211 kanalında ise emici çubuklar hareket etmektedir.
Edebi kaynaklar:
- Bar"yakhtar V.G. ve içinde. Radyasyon. Bunun hakkında ne biliyoruz? / V.G. Bar"yakhtar, V.I. Strizhak, V.O. K.: Nauk.dumka, 1991. – 32 s.
- Muhhin K.N. Deneysel nükleer fizik: 2 ciltte T.1. Atom çekirdeğinin fiziği. – M.: Atomizdat, 1974 – 584 s.
- Prister B.S., Loschilov N.A., Nemets O.F., Poyarkov V.A. Tarımsal radyolojinin temelleri. – Kiev: Hasat, 1988. - 256 s.
Cihaz ve çalışma prensibi, kendi kendini idame ettiren bir nükleer reaksiyonun başlatılmasına ve kontrolüne dayanmaktadır. Araştırma aracı olarak, radyoaktif izotopların üretilmesinde ve nükleer santrallerde enerji kaynağı olarak kullanılmaktadır.
çalışma prensibi (kısaca)
Bu, ağır bir çekirdeğin iki küçük parçaya bölündüğü bir süreci kullanır. Bu parçalar oldukça heyecanlı bir durumdadır ve nötronlar, diğer atom altı parçacıklar ve fotonlar yayar. Nötronlar yeni fisyonlara neden olabilir, bu da daha fazlasının yayılmasına neden olabilir ve bu böyle devam eder. Kendi kendine devam eden bu tür sürekli bölünmelere zincirleme reaksiyon denir. Bu, üretimi nükleer santrallerin kullanılmasının amacı olan büyük miktarda enerji açığa çıkarır.
Bir nükleer reaktörün çalışma prensibi, reaksiyonun başlamasından sonra çok kısa bir süre içinde fisyon enerjisinin yaklaşık %85'inin açığa çıkması şeklindedir. Geri kalanı, nötron yaydıktan sonra fisyon ürünlerinin radyoaktif bozunması ile üretilir. Radyoaktif bozunma, bir atomun daha kararlı bir duruma ulaştığı bir süreçtir. Bölme işlemi tamamlandıktan sonra devam eder.
Bir atom bombasında, malzemenin çoğu parçalanıncaya kadar zincirleme reaksiyonun yoğunluğu artar. Bu çok hızlı gerçekleşir ve bu tür bombalara özgü son derece güçlü patlamalara neden olur. Bir nükleer reaktörün tasarımı ve çalışma prensibi, zincirleme reaksiyonun kontrollü, neredeyse sabit bir seviyede tutulmasına dayanmaktadır. Atom bombası gibi patlamayacak şekilde tasarlanmıştır.
Zincirleme reaksiyon ve kritiklik
Bir nükleer fisyon reaktörünün fiziği, zincirleme reaksiyonun, nötronları yaydıktan sonra çekirdeğin parçalanma olasılığına göre belirlenmesine dayanır. İkincisinin nüfusu azalırsa, bölünme oranı sonunda sıfıra düşecektir. Bu durumda reaktör kritik altı durumda olacaktır. Nötron popülasyonu sabit bir seviyede tutulursa fisyon hızı da sabit kalacaktır. Reaktör kritik durumda olacak. Son olarak, eğer nötron popülasyonu zamanla artarsa, fisyon hızı ve gücü de artacaktır. Çekirdeğin durumu süperkritik hale gelecektir.
Nükleer reaktörün çalışma prensibi aşağıdaki gibidir. Fırlatılmadan önce nötron popülasyonu sıfıra yakındı. Operatörler daha sonra kontrol çubuklarını çekirdekten çıkararak nükleer fisyonu artırır ve bu da reaktörü geçici olarak süperkritik bir duruma iter. Nominal güce ulaştıktan sonra operatörler, nötron sayısını ayarlayarak kontrol çubuklarını kısmen geri getirir. Daha sonra reaktör kritik bir durumda tutulur. Durdurulması gerektiğinde operatörler çubukları sonuna kadar sokar. Bu, fisyonu bastırır ve çekirdeği kritik olmayan bir duruma aktarır.
Reaktör türleri
Dünyadaki nükleer enerji santrallerinin çoğu, elektrik jeneratörlerini çalıştıran türbinleri döndürmek için gereken ısıyı üreten enerji santralleridir. Ayrıca çok sayıda araştırma reaktörü var ve bazı ülkelerde atom enerjisiyle çalışan denizaltılar veya yüzey gemileri var.
Enerji tesisleri
Bu tip reaktörlerin çeşitli türleri vardır, ancak hafif su tasarımı yaygın olarak kullanılmaktadır. Buna karşılık basınçlı su veya kaynar su kullanabilir. İlk durumda, yüksek basınçlı sıvı çekirdeğin ısısıyla ısıtılır ve buhar jeneratörüne girer. Burada, birincil devreden gelen ısı, içinde su da bulunan ikincil devreye aktarılır. Nihai olarak üretilen buhar, buhar türbini döngüsünde çalışma sıvısı görevi görür.
Kaynar su reaktörü doğrudan enerji döngüsü prensibiyle çalışır. Çekirdekten geçen su orta basınçta kaynatılır. Doymuş buhar, reaktör kabında bulunan bir dizi ayırıcı ve kurutucudan geçerek aşırı ısınmasına neden olur. Aşırı ısıtılmış su buharı daha sonra türbini döndürmek için çalışma sıvısı olarak kullanılır.
Yüksek sıcaklıkta gaz soğutmalı
Yüksek sıcaklıkta gaz soğutmalı reaktör (HTGR), çalışma prensibi yakıt olarak grafit ve yakıt mikrokürelerinden oluşan bir karışımın kullanılmasına dayanan bir nükleer reaktördür. İki rakip tasarım var:
- bir grafit kabuk içinde grafit ve yakıt karışımı olan, 60 mm çapında küresel yakıt elemanları kullanan bir Alman "doldurma" sistemi;
- Bir çekirdek oluşturmak için birbirine kenetlenen grafit altıgen prizmalar biçimindeki Amerikan versiyonu.
Her iki durumda da soğutucu, yaklaşık 100 atmosfer basınç altındaki helyumdan oluşur. Alman sisteminde helyum, küresel yakıt elemanları tabakasındaki boşluklardan geçer ve Amerikan sisteminde helyum, reaktörün merkezi bölgesinin ekseni boyunca yer alan grafit prizmalardaki deliklerden geçer. Grafitin son derece yüksek bir süblimleşme sıcaklığına sahip olması ve helyumun kimyasal olarak tamamen inert olması nedeniyle her iki seçenek de çok yüksek sıcaklıklarda çalışabilir. Sıcak helyum, yüksek sıcaklıkta bir gaz türbininde çalışma sıvısı olarak doğrudan uygulanabilir veya ısısı, su döngüsü buharı üretmek için kullanılabilir.
Sıvı metal ve çalışma prensibi
Sodyum soğutmalı hızlı reaktörler 1960'larda ve 1970'lerde büyük ilgi gördü. O zamanlar hızla büyüyen nükleer endüstriye yakıt üretmek için üreme yeteneklerine yakında ihtiyaç duyulacak gibi görünüyordu. 1980'lerde bu beklentinin gerçekçi olmadığı anlaşılınca heyecan azaldı. Ancak ABD, Rusya, Fransa, İngiltere, Japonya ve Almanya'da bu türden çok sayıda reaktör inşa edildi. Çoğu uranyum dioksit veya bunun plütonyum dioksitle karışımıyla çalışıyor. Ancak Amerika Birleşik Devletleri'nde en büyük başarı metalik yakıtlarla elde edildi.
CANDU
Kanada, çabalarını doğal uranyum kullanan reaktörler üzerinde yoğunlaştırıyor. Bu, onu zenginleştirmek için diğer ülkelerin hizmetlerine başvurma ihtiyacını ortadan kaldırır. Bu politikanın sonucu döteryum-uranyum reaktörü (CANDU) oldu. Ağır su ile kontrol edilip soğutulur. Bir nükleer reaktörün tasarımı ve çalışma prensibi, atmosferik basınçta soğuk D2O rezervuarının kullanılmasından oluşur. Çekirdek, doğal uranyum yakıtı içeren zirkonyum alaşımından yapılmış borularla deliniyor ve içinden kendisini soğutan ağır su dolaşıyor. Elektrik, ağır sudaki fisyon ısısının bir buhar jeneratörü boyunca dolaşan bir soğutucuya aktarılmasıyla üretilir. İkincil devredeki buhar daha sonra geleneksel bir türbin döngüsünden geçer.
Araştırma tesisleri
Bilimsel araştırmalar için, çalışma prensibi su soğutmalı ve plaka şeklindeki uranyum yakıt elemanlarını düzenekler halinde kullanmak olan bir nükleer reaktör en sık kullanılır. Birkaç kilowatt'tan yüzlerce megawatt'a kadar geniş bir güç aralığında çalışma kapasitesine sahiptir. Güç üretimi araştırma reaktörlerinin birincil amacı olmadığından, bunlar üretilen termal enerji, yoğunluk ve çekirdek nötronların nominal enerjisi ile karakterize edilir. Bir araştırma reaktörünün belirli bir araştırma yürütme yeteneğini ölçmeye yardımcı olan bu parametrelerdir. Düşük güçlü sistemler genellikle üniversitelerde bulunur ve öğretim için kullanılırken, yüksek güçlü sistemlere araştırma laboratuvarlarında malzeme, performans testi ve genel araştırma için ihtiyaç duyulur.
En yaygın olanı, yapısı ve çalışma prensibi aşağıdaki gibi olan bir araştırma nükleer reaktörüdür. Çekirdeği büyük, derin bir su havuzunun dibinde bulunur. Bu, nötron ışınlarının yönlendirilebileceği kanalların gözlemlenmesini ve yerleştirilmesini kolaylaştırır. Düşük güç seviyelerinde, soğutucunun doğal taşınımı, güvenli çalışma koşullarını sürdürmek için yeterli ısı giderme sağladığından, soğutucu pompalamaya gerek yoktur. Isı eşanjörü genellikle sıcak suyun biriktiği havuzun yüzeyinde veya tepesinde bulunur.
Gemi kurulumları
Nükleer reaktörlerin orijinal ve ana uygulaması denizaltılarda kullanılmasıdır. Başlıca avantajları fosil yakıtlı yakma sistemlerinden farklı olarak elektrik üretmek için havaya ihtiyaç duymamalarıdır. Bu nedenle, bir nükleer denizaltı uzun süre su altında kalabilirken, geleneksel bir dizel-elektrik denizaltının motorlarını havada ateşlemek için periyodik olarak yüzeye çıkması gerekir. askeri gemilere stratejik avantaj sağlar. Bu sayede yabancı limanlarda ya da kolayca zarar görebilecek tankerlerden yakıt ikmali yapılmasına gerek kalmıyor.
Bir denizaltıdaki nükleer reaktörün çalışma prensibi sınıflandırılmıştır. Ancak ABD'de yüksek oranda zenginleştirilmiş uranyum kullanıldığı ve hafif su ile yavaşlatılıp soğutulduğu biliniyor. İlk nükleer denizaltı reaktörü USS Nautilus'un tasarımı, güçlü araştırma tesislerinden büyük ölçüde etkilenmiştir. Benzersiz özellikleri arasında, yakıt ikmali gerektirmeden uzun bir çalışma süresi sağlayan çok büyük bir reaktivite rezervi ve bir duruştan sonra yeniden başlama yeteneği bulunmaktadır. Denizaltılardaki enerji santralinin tespit edilmemesi için çok sessiz olması gerekiyor. Farklı denizaltı sınıflarının özel ihtiyaçlarını karşılamak için farklı enerji santrali modelleri oluşturuldu.
ABD Donanması uçak gemileri, çalışma prensibinin en büyük denizaltılardan alındığına inanılan bir nükleer reaktör kullanıyor. Tasarımlarının ayrıntıları da yayınlanmadı.
ABD'nin yanı sıra İngiltere, Fransa, Rusya, Çin ve Hindistan'ın da nükleer denizaltıları var. Her durumda tasarım açıklanmadı, ancak hepsinin çok benzer olduğuna inanılıyor - bu, teknik özellikleriyle ilgili aynı gereksinimlerin bir sonucudur. Rusya'nın ayrıca Sovyet denizaltılarıyla aynı reaktörleri kullanan küçük bir filosu var.
Endüstriyel tesisler
Üretim amacıyla, çalışma prensibi düşük enerji üretimi ile yüksek verimlilik olan bir nükleer reaktör kullanılmaktadır. Bunun nedeni, plütonyumun çekirdekte uzun süre kalmasının istenmeyen 240 Pu birikmesine yol açmasıdır.
Trityum üretimi
Şu anda, bu tür sistemler tarafından üretilen ana malzeme trityumdur (3H veya T) - Plütonyum-239'un şarjı 24.100 yıllık uzun bir yarı ömre sahiptir, dolayısıyla bu elementi kullanan nükleer silah cephaneliğine sahip ülkeler bu elementten daha fazlasına sahip olma eğilimindedir. gereğinden fazla. 239 Pu'nun aksine trityumun yarı ömrü yaklaşık 12 yıldır. Bu nedenle, gerekli kaynakları sağlamak için hidrojenin bu radyoaktif izotopunun sürekli olarak üretilmesi gerekir. Örneğin Amerika Birleşik Devletleri'nde Savannah Nehri (Güney Carolina), trityum üreten birkaç ağır su reaktörünü işletiyor.
Yüzer güç üniteleri
Uzak izole alanlara elektrik ve buharla ısıtma sağlayabilen nükleer reaktörler oluşturuldu. Örneğin Rusya'da, özellikle Arktik yerleşimlere hizmet etmek üzere tasarlanmış küçük enerji santralleri kullanım alanı buldu. Çin'de 10 MW'lık HTR-10, bulunduğu araştırma enstitüsüne ısı ve güç sağlıyor. Benzer yeteneklere sahip küçük otomatik kontrollü reaktörlerin geliştirilmesi İsveç ve Kanada'da devam etmektedir. 1960 ile 1972 yılları arasında ABD Ordusu, Grönland ve Antarktika'daki uzak üslere güç sağlamak için kompakt su reaktörleri kullandı. Bunların yerini petrol yakıtlı enerji santralleri aldı.
Uzayın fethi
Ayrıca uzayda güç temini ve hareket için reaktörler geliştirildi. 1967 ile 1988 yılları arasında Sovyetler Birliği, ekipmana ve telemetriye güç sağlamak için Cosmos serisi uydularına küçük nükleer birimler kurdu, ancak bu politika eleştirilerin hedefi haline geldi. Bu uydulardan en az biri Dünya atmosferine girerek Kanada'nın uzak bölgelerinde radyoaktif kirlenmeye neden oldu. Amerika Birleşik Devletleri 1965'te nükleer enerjiyle çalışan yalnızca bir uydu fırlattı. Ancak bunların uzun mesafeli uzay uçuşlarında, diğer gezegenlerin insanlı keşiflerinde veya kalıcı bir ay üssünde kullanılmasına yönelik projeler geliştirilmeye devam ediyor. Bu mutlaka gaz soğutmalı veya sıvı metal bir nükleer reaktör olacaktır ve bunun fiziksel prensipleri, radyatörün boyutunu en aza indirmek için gereken mümkün olan en yüksek sıcaklığı sağlayacaktır. Ek olarak, uzay teknolojisine yönelik bir reaktör, koruma için kullanılan malzeme miktarını en aza indirmek ve fırlatma ve uzay uçuşu sırasında ağırlığı azaltmak için mümkün olduğu kadar kompakt olmalıdır. Yakıt tedariği, reaktörün uzay uçuşunun tamamı boyunca çalışmasını sağlayacaktır.