Герметичный ввод электрических проводников через защитную оболочку

Изобретение относится к электроэнергетическим устройствам и может быть использовано для передачи электрической энергии посредством кабелей, проводов, жгутов различной конструкции в герметичных системах. Изобретение позволяет повысить надежность работы электрических проводников в гермовводах, увеличить срок службы гермовводов, повысить их радиационную (биологическую) защиту и огнестойкость. Указанные технические результаты достигаются тем, что в герметичном вводе электрических проводников через защитную оболочку, содержащем металлический корпус с расположенными внутри элементами биологической защиты с отверстиями по числу проводников и с закрепленными по обе стороны фланцами, на которых установлены изоляционные проходные модули с металлической арматурой, внутреннее свободное пространство корпуса заполнено газом под избыточным давлением и соединено с датчиком давления, изоляционные проходные модули (изоляторы) выполнены из керамических материалов, герметично соединенных посредством металлической арматуры с проводниками, при этом модули и проводники соединяются с металлической арматурой с помощью высокотемпературной лазерной сварки, а корпус заполняется сухим азотом, элегазом и др. газами под избыточным давлением до 2 ати. 8 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к электроэнергетическим устройствам и может быть использовано для передачи электрической энергии посредством кабелей, проводов, жгутов различной конструкции в герметичных системах с обеспечением огнестойкости, сейсмостойкости и радиационной защиты, например, в атомных энергетических установках, химических реакторах, испытательных стендах и других аналогичных объектах и строительных сооружениях.

Известно устройство для пропускания электрических проводников в герметичную зону атомных станций, содержащее изолирующий многоканальный элемент, расположенный в закладной трубе соосно с электрическими проводниками, проходными изоляторами, закрепленными на фланцах по обе стороны закладной трубы.

Недостатком данного устройства является поэлементная сборка в защитной оболочке, отсутствие постоянного контроля герметичности, возможность попадания влаги внутрь устройства, снижение электрических параметров, сложность монтажа и демонтажа.

Наиболее близким по технической сущности к данному предложенному устройству является герметичный ввод (гермоввод) электрических проводников через защитную оболочку, содержащий металлический корпус с закрепленными по обе стороны фланцами и с расположенным внутри элементами биологической защиты с отверстиями по числу проводников, при этом на фланцах установлены изоляционные проходные модули (изоляторы) с металлической арматурой, размещенные по торцам корпуса и герметично соединенные с фланцами, причем модули выступают за торцы корпуса внутри и снаружи фланца на расчетное расстояние.

Недостатком этой конструкции является отсутствие надежной биологической защиты и постоянного контроля герметичности внутрикорпусного пространства гермоввода, отсутствие решения по защите модулей гермовводов от пожара и замене отдельных модулей. В результате не обеспечивается надежная и долговечная работа гермоввода электрических проводников.

Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение надежности работы электрических проводников, увеличение срока службы гермоввода, повышение радиационной (биологической) защиты и огнестойкости.

При осуществлении изобретения могут быть получены следующие технические результаты:

- обеспечение стабильности и качества электромеханических характеристик при сейсмических, термических и др. аварийных воздействиях и токах короткого замыкания;

- обеспечение постоянного контроля герметичности в процессе эксплуатации гермоввода.

Указанные технические результаты достигаются тем, что герметичный ввод электрических проводников через защитную оболочку, содержащий полый металлический корпус с закрепленными на его торцах фланцами с отверстиями, внутри которого расположены элементы радиационной защиты с каналами из электроизоляционных трубок по числу проводников, а также закрепленные в отверстиях фланцев и выступающие снаружи и изнутри корпуса изоляционные проходные модули с металлической арматурой, отличается тем, что фланцы корпуса имеют посадочные места для модулей в виде наружных цилиндрических выступов или внутренних цилиндрических расточек в отверстиях, внутреннее свободное пространство корпуса заполнено газом под избыточным давлением и соединено через кран-манометр с блоком автоматического регулирования давления, изоляционные проходные модули выполнены из керамических материалов и имеют фигурную внешнюю цилиндрическую поверхность: гладкую, в месте посадки в отверстии фланцев и гладкую утолщенную на конце, изнутри фланца, в месте контакта с электроизоляционной трубкой, и волнистую свободную, снаружи фланца и изнутри, причем изоляционные модули крепятся в отверстиях фланцев посредством металлической арматуры в форме цилиндрической втулки, а с проводниками модули соединяются посредством металлической арматуры в форме концевых колпачков, при этом участок каждого проводника внутри корпуса, между утолщенными концами модулей, имеет гибкий отрезок провода, концы которого соединены с концами проводников с помощью обжимных гильз и в центре которого размещен дополнительный элемент радиационной защиты в виде центрующей опорной втулки, а выступающие за торцы корпуса части модулей закрыты защитным кожухом, который крепится к концам корпуса снаружи и изнутри защитной оболочки.

Кроме того, изоляционные модули и проводники соединяются с металлической арматурой, а также между собой с помощью высокотемпературной лазерной сварки (пайки).

Металлическая арматура модулей и керамические материалы выбираются с учетом коэффициентов теплового расширения (КТР), причем должно соблюдаться соотношение: КТР наружной арматуры (α₃), керамики (α₂) и токоведущей жилы (α₁): (α₃>α₂>α₁).

Внутреннее пространство корпуса при эксплуатации заполняется сухим азотом, элегазом, инертным газом и их смесью под избыточным давлением до 2 ати.

Внутреннее свободное пространство корпуса вокруг проводников заполняется порошком из керамического изоляционного материала.

Защитный кожух выполнен из металла с теплоизоляцией или полностью изготовлен из огнестойкого материала, например термопластика.

На электрические проводники из токоведущих жил внутри гермоввода наносится изоляция из высокотемпературной органики или применяется керамическая изоляция жил, в т.ч. в металлической оболочке (например, кабели типа КМЖ и др.).

Фланцы могут быть изготовлены из огнестойкого, изоляционного материала, например из стекла или керамики.

На защитном кожухе герметично крепится клапан для слива конденсата.

Возможны различные конструктивные решения с однопроходными модулями. Крепление модулей на фланце герметичного ввода может производиться с помощью сварки или болтовым соединением.

Например, конструкция контрольного ввода отличается от силового ввода (ток более 500 ампер) тем, что проводники внутри ввода собираются в отдельные группы (жгуты) и пропускаются через отверстия радиационной защиты. Радиационная защита выполнена в виде двух металлических дисков, закрепленных внутри корпуса ввода и сдвинутых на определенный угол относительно друг друга от прямого радиационного прострела. Гибкий отрезок провода при этом отсутствует.

Снаружи ввода проводники также собираются в отдельные жгуты, по количеству проводников подсоединяемых кабелей, и через специальные герметичные уплотнения, закрепляемые на защитном кожухе, выводятся для соединения с кабелями.

Керамические модули, расположенные на фланце, могут быть как однопроходными, так и группироваться в одном модуле по количеству жил подводящего кабеля. При необходимости предусмотрено экранирование как отдельных проводников, так и групп проводников.

Изобретение поясняется чертежом, где изображен общий вид силового герметичного ввода.

Герметичный силовой ввод электрических проводников, установленный в стене защитной оболочки 1 с металлической облицовкой 2 с одной или с двух сторон, с закладной трубой 3 или без нее, содержит металлический корпус 4, расположенные по торцам корпуса 4 и герметично соединенные с ним фланцы 5. Внутри корпуса установлен элемент радиационной (биологической) защиты 6, изготовленный, например, из бетона, являющийся одновременно и изоляционным элементом.

В элементе защиты 6 выполнено одно или несколько отверстий, в каждое из которых вставлена и жестко закреплена электроизоляционная трубка 7, внутри которой размещены центрующие опорные втулки 8, обеспечивающие радиационную защиту от прямого радиационного прострела и центровку проводников. Через трубку 7 пропущен электрический проводник, состоящий из гибкого отрезка провода 9, размещенного в середине трубки 7, и двух стержней 10 и 11, соединенных с гибким проводом 9 с помощью обжимных гильз 12 или пайки.

Внутри корпуса, на концах трубки 7 и на фланцах 5 установлены проходные модули (изоляторы) 13. Модули снабжены арматурой в виде колпачка 14 и втулки 15.

Для контроля герметичности гермоввода используется блок автоматического регулирования давления 16, в состав которого могут входить, например, электрический датчик давления, кран-манометр, а также насосы для предварительного вакуумирования и подачи газа заданного состава и давления во время эксплуатации.

Выступающие за корпус 4 части модулей 13 закрыты защитным кожухом 17, который крепится к концам корпуса 4 снаружи и изнутри защитной оболочки 1.

Сборку всего гермоввода осуществляют в заводских условиях с применением специальных приспособлений, предназначенных для центровки и жесткой фиксации элементов корпуса в процессе нагнетания в него бетона с высоким коэффициентом поглощения гамма-излучения и с плотностью не менее 2,5 г/см³. После отвердения бетонного элемента радиационной защиты 6 в корпусе 4 герметично закрепляются, например, с помощью лазерной сварки фланцы 5 с герметично закрепленными в них проходными модулями 13, через которые проходят герметично соединенные с ними, например, посредством пайки проводники 10 и 11. Во фланцах 5 и в элементе радиационной защиты 6 может быть выполнено от 1 до 20 соосных отверстий, через которые проходят проводники 10 и 11, сцентрованные внутри с помощью втулки 8. После сборки корпус гермоввода через штуцер заполняется газом под избыточным давлением до 2 ати, например азотом или элегазом (SF₆), после чего штуцер соединяется через кран-манометр с блоком контроля герметичности и регулирования давления 16 в процессе эксплуатации.

Гермоввод крепится к закладной трубе 3 защитной оболочки 1, например, АЭС с помощью сварки или болтового соединения.

К преимуществам работы предложенного гермоввода относятся следующие.

За счет заполнения внутренней полости корпуса газом и постоянного контроля избыточного давления и герметичности корпуса повышается надежность работы гермоввода и его долгочвечность, т.к. используемый газ под избыточным давлением уменьшает старение изоляции электрических проводников, проходящих внутри корпуса. Высокотемпературная лазерная сварка керамических проходных модулей с металлической арматурой и арматуры с проводниками позволяет повысить надежность работы гермоввода при сейсмических воздействиях и токах короткого замыкания, при этом электромеханические характеристики гермоввода повышаются или остаются на высоком уровне. Термическое воздействие (например, в результате пожара) на элементы гермоввода в процессе эксплуатации снижается за счет использования гибкого отрезка проводников внутри корпуса и наличия огнестойких защитных кожухов с теплоизоляцией, а также за счет правильного подбора материалов модулей (арматуры, керамики и проводников) по соотношению величин коэффициентов теплового расширения. Выполнение проходных модулей из вакуумплотных керамических материалов с заданной конфигурацией поверхности позволяет повысить разрядные, термические и механические характеристики гермоввода при высокой влажности окружающей атмосферы. Применение внутри корпуса центрующей опорной втулки дополнительно повышает радиационную защиту гермоввода. При изменении конструкции фланца, в частности при применении во фланцах вварных обечаек разного диаметра, модули вместе с проходящими через них проводниками могут, при необходимости, извлекаться и заменяться на аналогичные проходные модули.

1. Герметичный ввод (гермоввод) электрических проводников через защитную оболочку, содержащий полый металлический корпус с закрепленными на его торцах фланцами с отверстиями, внутри которого расположены элементы радиационной защиты с каналами из электроизоляционных трубок по числу проводников, а также изоляционные проходные модули с металлической арматурой, закрепленные в отверстиях фланцев и выступающие за торцы корпуса снаружи и изнутри фланца, отличающийся тем, что фланцы корпуса имеют посадочные места для модулей в виде наружных цилиндрических выступов или внутренних расточек в отверстиях, внутреннее свободное пространство корпуса заполнено газом под избыточным давлением и соединено через кран-манометр с блоком автоматического регулирования давления, изоляционные проходные модули выполнены из керамических материалов и имеют фигурную внешнюю цилиндрическую поверхность: гладкую в месте посадки в отверстия фланцев и гладкую утолщенную на конце изнутри фланца в месте контакта с электроизоляционной трубкой, и волнистую свободную снаружи фланца и изнутри, причем изоляционные модули крепятся в отверстиях фланцев посредством металлической арматуры в форме цилиндрической втулки, а с проводниками модули соединяются посредством металлической арматуры в форме концевых колпачков, при этом участок проводника внутри корпуса между утолщенными концами модулей имеет гибкий отрезок провода, концы которого соединены с концами проводников с помощью обжимных гильз и в центре которого размещен дополнительный элемент радиационной защиты в виде центрирующей опорной втулки, а выступающие за корпус части модулей закрыты защитным кожухом, который крепится к концам корпуса снаружи и изнутри защитной оболочки.

2. Гермоввод по п.1, отличающийся тем, что изоляционные модули и проводники соединяются с металлической арматурой, а также между собой с помощью высокотемпературной лазерной сварки.

3. Гермоввод по п.1 или 2, отличающийся тем, что металлическая арматура модулей и керамические материалы выбираются с учетом коэффициентов теплового расширения (КТР), причем должно соблюдаться соотношение КТР наружной арматуры (α₃), керамики (α₂) и токоведущей жилы (α₁): (α₃>α₂>α₁).

4. Гермоввод по п.1, отличающийся тем, что внутреннее пространство корпуса заполняется сухим азотом, элегазом, инертным газом и их смесью под избыточным давлением до 2 ати.

5. Гермоввод по п.1 или 4, отличающийся тем, что внутреннее свободное пространство корпуса вокруг проводников заполняется порошком из керамического изоляционного материала.

6. Гермоввод по п.1, отличающийся тем, что защитный кожух выполнен из металла с теплоизоляцией или полностью изготовлен из огнестойкого материала.

7. Гермоввод по п.1 или 6, отличающийся тем, что на защитном кожухе герметично крепится клапан для слива конденсата.

8. Гермоввод по п.1, отличающийся тем, что электрические проводники выполнены из токоведущих жил внутри корпуса гермоввода и на них нанесена изоляция из высокотемпературной органики или применяется керамическая изоляция жил, в т.ч. в металлической оболочке.

9. Гермоввод по п.1, отличающийся тем, что фланцы изготовлены из огнестойкого, изоляционного материала, например из стекла или керамики.