DE1270701B

DE1270701B - Circuit arrangement for detecting the rate of change of the phenomena occurring in the event of nuclear reactor damage

Info

Publication number: DE1270701B
Application number: DEP1270A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Karl Riemann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1965-06-24
Filing date: 1965-06-24
Publication date: 1968-06-20

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Int. CL:Int. CL:

G21dG21d

Deutsche Kl.: 21g-21/31 German class: 21g-21/31

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:Number:
File number:
Registration date:
Display day:

1270 701
P 12 70 701.6-33
24. Juni 1965
20.Juni 19681270 701
P 12 70 701.6-33
June 24, 1965
June 20, 1968

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Erfassung der Änderungsgeschwindigkeit der in Schadensfällen bei Kernreaktoren auftretenden physikalischen Erscheinungen und zur automatischen Einleitung von der Art und Größe der erkannten Schadensfälle angepaßten Gegenmaßnahmen im Reaktorbetrieb mit Hilfe von elektrischen Meßumformern und diesen nachgeschalteten Grenzwertgebern. Aus der Literatur, z. B. Siemens-Zeitschrift, 32. Jahrgang, 1958, Heft 5, S. 285 bis 287, sowie Heft 6, S. 339 bis 347, sind Verfahren zur Ermittlung der Änderungsgeschwindigkeit der Neutronenstrahlung von Kernreaktoren unter Verwendung von Grenzwertgebern bekanntgeworden. Diese beziehen sich nämlich auf die Reaktorstrahlung und gehen von der Reaktorperiode aus bzw. vom Differentialquotienten des Neutronenflusses -τ—. Letzterer wird jedoch nur zur sogenanntenThe present invention relates to a circuit arrangement for detecting the rate of change the physical phenomena occurring in the event of damage to nuclear reactors and for automatic initiation of countermeasures adapted to the type and size of the identified damage cases in reactor operation with the help of electrical transducers and these downstream Limit switches. From the literature, e.g. B. Siemens magazine, volume 32, 1958, issue 5, pp. 285 to 287, and Issue 6, pp. 339 to 347, are methods for determining the rate of change of neutron radiation of nuclear reactors with the use of limit monitors became known. This is because these relate to the reactor radiation and are based on the reactor period or on the differential quotient of the neutron flux -τ-. However, the latter only becomes the so-called

»Störgrößenaufschaltung« verwendet. Es ist bekannt, ao mit Hilfe solcher und ähnlicher Verfahren sowie der zugehörigen Einrichtungen das Betriebsverhalten des Kernreaktors zu überwachen und den Kernreaktor im Gefahrenfalle auch abzuschalten. Die genannten Einrichtungen sind verhältnismäßig kompliziert, sind deshalb selbst wiederum störanfällig und praktisch auf die Auswertung von Unregelmäßigkeiten des Neutronenflusses beschränkt.»Feedforward control« is used. It is known ao with the help of such and similar methods as well as the associated facilities to monitor the operational behavior of the nuclear reactor and the nuclear reactor also switch off in case of danger. The facilities mentioned are relatively complicated therefore itself again susceptible to failure and practically on the evaluation of irregularities of the Neutron flux is limited.

Bei Kernreaktoren treten jedoch auch Schadensfälle auf, die nicht immer mit einer sofortigen Änderung des Neutronenflusses verbunden sind, jedoch stets zu einer ernsten Gefährdung des Betriebs führen können. Als Beispiele seien z. B. größere oder kleinere Lecks im Primärsystem von Kernreaktoren genannt. Kleinere Lecks werden dabei zu einem verhältnismäßig langsamen Druckabfall, größere dagegen zu einem wesentlich rascheren Druckabfall führen. Diese Geschwindigkeit des Druckabfalls, die ein Maß für die Größe des Schadens darstellt, kann mathematisch durch den Differentialquotienten des Druckes über der Zeit dargestellt werden. Mit normalen Geräten ist dies jedoch nicht ohne weiteres möglich. Ähnliches gilt auch für andere Reaktorbetriebsgrößen wie z. B. Temperatur, Strömung und Strahlung. Es ergibt sich daher die Aufgabe, mit mögliehst einfachen technischen Mitteln die Änderungsgeschwindigkeit der in Schadensfällen bei Kernreaktoren auftretenden physikalischen Erscheinungen zu erfassen, so daß bei größtmöglicher universeller Anwendung auf die verschiedensten Meßgrößen auch mit einer wesentlich größeren Funktionssicherheit gerechnet werden kann als bei Anlagen, wie sie aus Schaltungsanordnung zur Erfassung
der Änderungsgeschwindigkeit der bei
Kernreaktorschadensfällen auftretenden
ErscheinungenIn the case of nuclear reactors, however, cases of damage also occur which are not always associated with an immediate change in the neutron flux, but which can always lead to a serious risk to operation. Examples are: B. called larger or smaller leaks in the primary system of nuclear reactors. Smaller leaks will result in a relatively slow pressure drop, while larger leaks will result in a much more rapid pressure drop. This rate of pressure drop, which is a measure of the size of the damage, can be represented mathematically by the differential quotient of the pressure over time. However, this is not easily possible with normal devices. The same applies to other reactor operating sizes such as B. Temperature, flow and radiation. The object is therefore to use the simplest possible technical means to record the rate of change of the physical phenomena that occur in cases of damage in nuclear reactors, so that, with the greatest possible universal application to the most varied of measured variables, a significantly greater functional reliability can be expected than with systems like them from circuit arrangement for detection
the rate of change of the
Nuclear reactor damage incidents
Apparitions

Anmelder:Applicant:

Siemens Aktiengesellschaft, Berlin und München, 8520 Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50Siemens Aktiengesellschaft, Berlin and Munich, 8520 Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Als Erfinder benannt:Named as inventor:

Dipl.-Ing. Karl Riemann, 8520 ErlangenDipl.-Ing. Karl Riemann, 8520 Erlangen

dem genannten Stand der Technik hervorgehen. Bei einer derartigen Schaltungsanordnung sind erfindungsgemäß einem Meßumformer eine Anzahl von auf ansteigende Grenzwerte eingestellten Grenzwertgebern in Reihe nachgeschaltet und wird der zeitliche Abstand der von diesen hintereinander abgegebenen Signale mit Hilfe von an den ersten Grenzwertgeber angeschlossenen Zeitschaltgliedern, die auf verschieden lange Zeiten ansprechen, ausgewertet.emerge from the state of the art mentioned. In such a circuit arrangement are according to the invention a measuring transducer a number of limit value transmitters set to increasing limit values connected in series and is the time interval between those given one after the other Signals with the help of time switch elements connected to the first limit indicator, which on address different lengths of time, evaluated.

Dieses Verfahren sei an Hand des eingangs erwähnten Beispiels näher erläutert:This method is explained in more detail using the example mentioned at the beginning:

Da mit Beginn des Druckabfalls im Primärsystem des Reaktors sowieso automatisch die Schnellabschaltung des Reaktors ausgelöst wird, genügt zur Erkennung des jeweiligen Schadensfalles die Größe des Druckabfalls in bestimmten, vorher festgelegten Zeitabschnitten. Es handelt sich also mit anderen Worten um die Ermittlung des Differenzenquotienten des Druckes Δ ρ nach der Zeit Δ t. Dafür ist es notwendig, die Erreichung bestimmter Druckwerte im Primärsystem durch Grenzwertgeber zu erfassen und die Erreichung dieser Werte durch ebenfalls vorher eingestellte stufenweise arbeitende Zeitschaltglieder zu beurteilen. Je nachdem, in welche durch die Zeitschaltglieder festgelegte Zeitstufe die jeweiligen Grenzwertgebersignale fallen, wird dann ein Signal für die Größe der dem erkannten Schadensfall angepaßten Gegenmaßnahme im Reaktorbetrieb gegeben.Since the rapid shutdown of the reactor is automatically triggered at the start of the pressure drop in the primary system of the reactor anyway, the size of the pressure drop in specific, previously defined time segments is sufficient to detect the respective damage case. In other words, it is a matter of determining the difference quotient of the pressure Δ ρ after the time Δ t. For this, it is necessary to record the achievement of certain pressure values in the primary system by means of limit value transmitters and to assess the achievement of these values by means of also previously set, step-by-step timers. Depending on the time stage in which the respective limit value transmitter signals fall, which is determined by the time switch elements, a signal is then given for the size of the countermeasure adapted to the detected case of damage in reactor operation.

Die Fig. 1 und 2 stellen dazu ein mögliches prinzipielles Ausführungsbeispiel mit Hilfe von zwei Druckstufen und zwei Zeitstufen dar.FIGS. 1 and 2 represent a possible principle for this purpose Exemplary embodiment with the help of two pressure levels and two time levels.

F i g. 1 zeigt dabei in einem Diagramm den zeitabhängigen Druckverlauf bei verschiedenen Schadensfällen; F i g. 1 shows in a diagram the time-dependent pressure curve in various cases of damage;

F i g. 2 zeigt eine mögliche Schaltung zur Auslösung der den Schadensfällen angepaßten Gegen-F i g. 2 shows a possible circuit for triggering the counter-

809 560/400809 560/400

maßnahmen, die nicht Gegenstand dieser Erfindung und — da an sich bekannt — nicht näher beschrieben sind.measures that are not the subject of this invention and - as they are known per se - are not described in more detail are.

In F i g. 1 ist an der Ordinate der Reaktordruck ρ aufgetragen, wobei die Werte ρ 1 und ρ 2 besonders hervorgehoben sind, ρ 1 ist dabei ein Wert, der dicht unterhalb des normalen Druckes liegt, dessen Erreichung also bereits das Vorhandensein eines im Anfangsstadium hegenden Schadens im DrucksystemIn Fig. 1, the reactor pressure ρ is plotted on the ordinate, with the values ρ 1 and ρ 2 being particularly emphasized, ρ 1 being a value that is just below normal pressure, the achievement of which means that damage in the pressure system is already present in the initial stage

vor. Wird dieser Druck auch in diesem Zeitintervall noch nicht erreicht (s. Kurve c), so ist der Schaden noch geringfügiger, es sind also keine automatischen Maßnahmen erforderlich.before. If this pressure is not reached in this time interval either (see curve c), then the damage is even less, so no automatic action is required.

F i g. 2 zeigt nun eine Schaltung zur Erfassung dieser verschiedenen Zustände. Darin ist mit PS ein Ausschnitt des Primärsystems des Reaktors bezeichnet. MU stellt einen Meßumformer dar, Gl und G 2F i g. 2 now shows a circuit for detecting these various states. A section of the primary system of the reactor is designated with PS. MU represents a measuring transducer, Eq. And G 2

kontakte des Relais ZR1 im Augenblick des Auftretens des Signals von G 2 noch geschlossen, dann werden Gegenmaßnahmen gegen große Lecks GL ausgelöst.Contacts of relay ZR 1 are still closed at the moment the signal from G 2 occurs, then countermeasures against large leaks GL are triggered.

Es ist selbstverständlich möglich, dieses Verfahren auch unter Zugrundelegung einer größeren Zahl von Druck- und Zeitstufen durchzuführen. Die Schaltung ist dann in analoger Weise zu der in F i g. 2 dargestellten aufzubauen. An Stelle von Zeitrelais kön-It is of course possible to use this method based on a larger number of pressure and time levels. The circuit is then analogous to that in FIG. 2 shown build up. Instead of time relays,

aufzeigt. Der Druck ρ 2 liegt wesentlich niedriger, bis ίο nen selbstverständlich noch andere zeitabhängige zu seiner Erreichung wird also noch eine mehr oder Schalter, z. B. auf Transistorbasis, verwendet werweniger lange Zeit verstreichen. An der Abszisse ist den. Auch sind noch andere Schaltungen denkbar, nun die Zeit t aufgetragen, wobei mit iO der Beginn mit denen das gleiche Ziel erreicht werden kann. So des Schadensfalles bezeichnet sei und die Zeit iO bis ist es z. B. auch möglich, das Zeitrelais ZR 2 erst mit ti die erste Zeitstufe und die Zeit iO bis ti die zweite 15 Ablauf des Relais ZR1 einzuschalten. Statt des Diffe-Zeitstufe darstellen soll. Erreicht nun, wie in Kurve α rentialquotienten des Druckes kann auch derjenige dargestellt, der Druck des Reaktors bereits im ersten der Temperatur, des Durchflusses, des Differenz-Zeitabschnitt iO bis ti seinen unteren Grenzwert ρ2, druckes, einer Geschwindigkeit, einer Strahlung oder so liegt ein größerer Schaden vor. Wird dieser Wert einer anderen geeigneten Meßgröße herangezogen ρ 2 jedoch erst im Zeitintervall zwischen il und ti 20 werden, wobei es sich selbstverständlich jeweils um erreicht (s. Kurve b), dann liegt ein kleiner Schaden ein Fallen oder Ansteigen des Meßwertes handelnshows. The pressure ρ 2 is much lower, until ίο nen of course other time-dependent to its achievement is still one more or switch, z. B. transistor-based, who used less long time elapse. On the abscissa is the. Other circuits are also conceivable, now the time t is plotted, with OK, the start with which the same goal can be achieved. So the case of damage is designated and the time is OK until it is z. B. also possible to switch on the timing relay ZR 2 only with ti the first time stage and the time OK to ti the second 15 sequence of the relay ZR 1. Instead of the diffe time stage should represent. If now, as in curve α, the potential quotient of the pressure can also be shown, the pressure of the reactor is already in its lower limit value ρ2, pressure, a speed, a radiation or so in the first of the temperature, the flow, the difference time segment OK to ti a greater harm before. If this value of another suitable measured variable is used, however, ρ 2 is only used in the time interval between il and ti 20, which of course is reached in each case (see curve b), then there is a slight damage in the form of a fall or rise in the measured value

~ ■ ■ ■ " kann.~ ■ ■ ■ "can.

Da in der Reaktortechnik alle meß- und regeltechnischen Einrichtungen mit möglichst absoluter Zu-25 verlässigkeit arbeiten müssen, ist es auch hier zweckmäßig, sich nicht nur auf eine Meßeinrichtung zu verlassen, sondern deren mehrere einzusetzen. Diese können als Koinzidenzschaltung, z. B. nach dem an sich bekannten Zwei-von-Drei-System zusammensind Grenzwertgeber. Mit ZR1 und ZRl sind Zeit- 30 geschaltet werden. Dies bedeutet, daß die Abschalrelais bezeichnet. Die Werkverbindungspfeile des tung des Reaktors oder die Einleitung von Gegen-Schaltschemas führen einmal zur Einrichtung für die maßnahmen nur ausgelöst werden, wenn von drei Schnellabschaltung SA, dann zu einer Auslösevor- Meßeinrichtungen wenigstens zwei ansprechen,
richtung für Gegenmaßnahmen bei kleinem Leck KL, Abschließend sei erwähnt, daß dieses VerfahrenSince all measuring and control equipment in reactor technology must work with the absolute greatest possible reliability, it is also useful here not to rely on just one measuring device, but to use several of them. These can be used as a coincidence circuit, e.g. B. according to the known two-of-three system together are limit indicators. Timers can be switched with ZR 1 and ZRl. This means that the cut-off relay is referred to. The plant connection arrows for the direction of the reactor or the introduction of counter-switching schemes lead once to the device for which the measures are only triggered if at least two of three emergency shutdowns, then to a triggering pre-measuring devices, respond,
direction for countermeasures in the event of a small leak KL, Finally it should be mentioned that this method

zu einer Auslöseeinrichtung für Gegenmaßnahmen 35 selbstverständlich auch ganz allgemein in der Techbei großem Leck GL und zur Anzeige-, Registrie- nik mit Vorteil angewendet werden kann. Vorausrungs- sowie normalen Regelungseinrichtung AR. Setzung ist lediglich, daß beim Auftreten eines Scha-Der Funktionsablauf ist nun etwa folgender: dens ein merklicher Gradient der Meßgröße entsteht.to a triggering device for countermeasures 35 can of course also be used with advantage in general in tech in the event of a large leak GL and for display and registration. Vorrungs- as well as normal control device AR. The only assumption is that when a failure occurs, the functional sequence is roughly as follows: a noticeable gradient in the measured variable arises.

Der Meßumformer MU bildet entsprechend dem herrschenden Druck ρ im Primärsystem PS einen elektrischen Meßwert, der den Grenzwertgebern Gl sowie G 2 und der Anzeigevorrichtung AR zugeführt wird. Spricht nun im Schadensfall der Grenzwertgeber Gl an, so setzt dieser die beiden Zeitrelais ZjRI und ZRl in Tätigkeit, wobei das erste auf die Zeitdifferenz iO bis il und das zweite auf die Zeitdifferenz iO bis ti eingestellt ist. Nach Ablauf dieser Zeitrelais öffnen die dargestellten Ruhekontakte derselben. The measuring transducer MU forms an electrical measured value corresponding to the prevailing pressure ρ in the primary system PS , which is fed to the limit indicators Gl and G 2 and the display device AR. If the limit indicator Gl responds in the event of damage, it activates the two timing relays ZjRI and ZRl, the first being set to the time difference iO to il and the second to the time difference iO to ti . After this time relay has expired, the normally closed contacts shown open the same.

Diese sind nun in der gezeichneten Weise mit dem Grenzwertgeber G 2 elektrisch verbunden. Dies bedeutet, daß ein elektrisches Signal des Grenzwertgebers G 2 auf die beiden Zeitrelais gegeben wird, wenn derselbe bei Erreichen des Druckwertes ρ 2 anspricht. Wenn jedoch das Zeitrelais ZR1 bereits abgelaufen ist, sind dessen Ruhekontakte geöffnet, es gelangt kein Signal an den Ausgang GL, d. h., es handelt sich höchstens um ein kleines Leck (s. Kurve b). Es spricht nur die Einrichtung für Gegenmaßnahmen gegen ein kleines Leck25X an. Sollte jedoch bereits auch das Zeitrelais ZR1 bis zum Eintreffen des Signals von G 2 abgelaufen sein, so wird auch kein Signal an KL gelangen, d. h., automatische Gegenmaßnahmen gegen den Druckabfall des Primärsystems PS werden nicht eingeleitet. Dies ist der Fall bei Kurvec in Fig. 1. Sind jedoch die Ruhe-These are now electrically connected to the limit value transmitter G 2 in the manner shown. This means that an electrical signal from the limit value transmitter G 2 is sent to the two time relays when the same responds when the pressure value ρ 2 is reached. If, however, the timing relay ZR1 has already expired, its normally closed contacts are open, no signal reaches output GL, that is, it is at most a small leak (see curve b). It only addresses the device for countermeasures against a small leak 25X. However, if the timing relay ZR1 has already expired by the time the signal from G 2 arrives, no signal will arrive at KL either, ie automatic countermeasures against the pressure drop in the primary system PS are not initiated. This is the case with curve c in Fig. 1. However, if the rest

Claims

Claim:

Circuit arrangement for detecting the rate of change the physical phenomena occurring in the event of damage to nuclear reactors and for the automatic initiation of the type and size of the identified damage cases adapted countermeasures in reactor operation with the help of electrical transducers and this downstream limit value transmitter, characterized in that a measuring transducer has a number of increasing Limit values set limit value transmitters are connected in series and the time interval from these successively emitted signals with the help of to the first limit value transmitter connected time switching elements is evaluated, which respond to different lengths of time.

Considered publications: Siemens-Zeitschrift, Jg. 34, 1960, H. 6, S. 339 bis

347; Jg. 32, 1958, H. 5, pp. 285 to 287;

Kerntechnik, 3rd year, 1961, no. 4, p. 179 to

181, 184, 185;
Die Atomwirtschaft, Vol. V, 1960, no. 12, p. 575

to 582.

1 sheet of drawings