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Leistungsmeßeinrichtung für Kernreaktoranlagen Die vorliegende Anmeldung
bezieht sich auf eine Leistungsmeßeinrichtung für Kernreaktoranlagen mit zwei unterschiedliche
Einstellzeiten aufweisenden, einen gemeinsamen Steuerkanal beeinflussenden Meßfühlern,
von denen der eine mit der langsameren Einstellzeit genauer als der andere mit der
schnelleren Einstellzeit ist.
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Bei Kernreaktoren besteht die mit dem Anwachsen der Nennleistung immer
wichtiger werdende Aufgabe, die augenblicklich im Kern freiwerdende Leistung möglichst
genau und rasch zu messen und für Regelungs- und Sicherheitsfunktionen zu verwenden.
Im ungestörten Reaktorbetrieb genügt die Heranziehung der thermischen Leistungsmessung
allein. Dies ist zwar verhältnismäßig langsam, andererseits aber auch die wichtigste
Methode. Für gewisse Regelungszwecke ist sie völlig ausreichend, da die Änderungsgeschwindigkeit
der Reaktorleistung manchmal nur sehr klein ist. Sie würde jedoch im Falle größerer
Störungen z. B. einer starken positiven Reaktivitätsstörung zu träge reagieren und
damit zur Einleitung entsprechender Gegenmaßnahmen nicht geeignet sein.
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Eine andere Möglichkeit zur Leistungsbestimmung eines Kernreaktors
ist die Neutronenflußmessung mittels Ionisationskammern in der Nähe des Reaktorkerns,
z. B. im Betonschild. Diese ist viel schneller, jedoch relativ ungenau, da verschiedene
Einflußgrößen, wie die Temperatur der Moderatorflüssigkeit, die Regelstabstellung,
die Borkonzentration und andere, eine (Langzeit =) Verfälschung des Meßsignals bewirken
können. Da man aus Sicherheitsgründen auf eine derartige schnelle Neutronenflußmessung
nicht verzichten kann, die Ungenauigkeiten einer solchen aber berücksichtigen muß,
kann eine Reaktoranlage bisher nicht bis zur maximal zulässigen Leistung gefahren
werden.
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Zur Behebung dieser Schwierigkeiten ist schon vorgeschlagen worden,
das Meßsignal der Neutronenflußmessung laufend durch einen Korrekturfaktor zu verbessern,
wobei zur Ermittlung des Korrekturfaktors die thermische Leistung des Reaktors herangezogen
wird. Diese bekannten Einrichtungen, die mit Multiplikationsorganen und Differenziereinrichtungen
arbeiten, sind jedoch verhältnismäßig kompliziert.
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Da solche Einrichtungen jedoch einen wesentlichen Teil der Sicherheitseinrichtungen
eines Reaktors darstellen, muß angestrebt werden, diese so einfach und damit so
betriebssicher wie nur irgend möglich zu machen. Dies wird erfindungsgemäß dadurch
erreicht, daß der schnelle Meßfühler an eine ein Zeitglied enthaltende Schaltung
angeschlossen ist, an deren Ausgang der Differenzwert zwischen dem Meßfühlersignal
und seiner eigenen zeitverzögernden Größe ansteht, und daß dieses Ausgangssignal
in einem gemeinsamen Kanal zusammen mit dem aus dem genaueren, aber langsameren
Meßfühler kommenden Wert das die Schutzeinrichtungen usw. des Reaktors beeinflussende
Signal bildet. Die eingangs genannte Aufgabe kann außerdem dadurch gelöst werden,
daß der Meßwert des schnellen Meßfühlers in einer Vergleicherschaltung unter Zwischenschaltung
eines Zeitgliedes mit dem Meßwert des langsameren Meßfühlers verglichen und durch
diesen mit Hilfe einer motorischen Einrichtung ständig, aber verzögert nachjustiert
wird, so daß im Falle einer plötzlichen Leistungsänderung der schnellere Meßfühler
praktisch allein den Signalkanal beeinflußt.
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Die dabei verwendeten Zeitglieder sind so einstellbar, daß sie praktisch
die gleiche Verzögerung haben wie die Erfassung der thermischen Leistung des Reaktors.
Die Zeitglieder können dabei beispielsweise als an sich bekannte RC-Glieder aufgebaut
sein.
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Zum besseren Verständnis der dieser Erfindung zugrunde liegenden Gedanken
wird auf die F i g. 1 und 2 verwiesen, in denen zwei unterschiedliche Schaltungsbeispiele
dargestellt sind, wobei das zweite noch eine zusätzliche stetige Nachjustierung
des schnellen Meßsignals ermöglicht.
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Nach F i g. 1 wird die thermische Leistung eines Kernreaktors mit
Hilfe der Widerstandsthermometer 21 und 22 gemessen, die im Kühlmittelzu-
und -ablauf des Reaktors angeordnet sind, wobei der Kühlmitteldurchsatz als konstant
vorausgesetzt wird. Die Differenz dieser beiden Temperaturwerte, die Aufheizspanne,
wird in einem Meßumformer 2 in ein elektrisches Signal umgewandelt. Der Meßumformer
2 ist dabei beispielsweise so ausgelegt, daß bei 120 °/o der Reaktorleistung ein
Meßstrom von 50 mA geliefert wird.
In einem zweiten Meßstrang wird
mit einer lonisationskammer 3 der Neutronenfluß gemessen. Der Kammerstrom wird in
einem Linearverstärker 4 verstärkt, der z. B. Ausgangsspannungen zwischen 0 und
20 Volt entsprechend 0 bis 120 °lo der Reaktorleistung liefert. Ein in diesem Linearverstärker
eingebauter Trennverstärker formt diese Spannungswerte in eingeprägte Gleichströme
von 0 bis 50 mA um. Über zwei nicht dargestellte Widerstände wird je ein entsprechender
Spannungsabfall abgegriffen. Der eine wird direkt auf den Differenzverstärker 6
geschaltet, der andere jedoch auf ein Zeitglied 5 gegeben. Dieses Zeitglied ist
auf die mittlere Zeitkonstante der thermischen Leistungsmessung eingestellt. Sein
Ausgang ist mit dem zweiten Eingang des Differenzverstärkers 6 verbunden. Dadurch
erfaßt der Differenzverstärker nur Leistungsänderungen, die von der thermischen
Leistungsmessung nicht erfaßt werden können: Dieser ist so abgeglichen, daß am Ausgang
50 mA anstehen, wenn die zeitverzögerte Größe am Eingang abgeklemmt wird und der
Meßstrang ein 50-mA-Signal führt. Normalerweise wird also am Differenzverstärker
6 kein Ausgangssignal anstehen. Ein Signal steht also nur bei schnelleren Änderungen
der Reaktorleistung an. Die Ausgänge des Meßumformers 2 und des Differenzverstärkers
6 führen zu einem Additionsglied 7, das die von beiden Einrichtungen kommenden Ströme
an einen Alarmgrenzwertgeber 8 sowie einem Schnellabschalt-Grenzwertgeber 9 weiterführt.
Beide Grenzwertgeber lösen entsprechend der eingestellten Grenzwerte beim Auftreten
eines entsprechenden Stromwertes zunächst Alarm aus und verursachen eventuell auch
ein automatisches Abschalten der Reaktoranlage (Scram). Über einen Trennverstärker
10 wird dabei zweckmäßigerweise eine Anzeigeeinrichtung 11 sowie eine Schreibeinrichtung
12 entsprechend gesteuert. Das Signal gelangt eventuell weiterhin zu einem Vergleicherbaustein
13, der seinerseits wieder die Regeleinrichtungen 14 beeinflußt. In den Vergleicher
13 münden auch die Meßsignale eventuell parallel arbeitender ähnlicher bzw. gleicher
Meßstränge, da diese aus Sicherheitsgründen bekanntlich mehrfach vorgesehen sein
müssen. Zweckmäßigerweise werden diese mehrfachen Einrichtungen nach dem sogenannten
Zwei-von-Dreisystem zusammengeschaltet, so daß eine Abschaltung des Reaktors nur
dann ausgelöst wird, wenn gleichzeitig zwei Meßstränge unzulässige Reaktorwerte
melden. Diese Schaltung ist bekannt.
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Die F i g. 2 zeigt eine weitere Schaltung unter Verwendung der dieser
Erfindung zugrunde liegenden Gedanken. Mit 2 ist wiederum der das thermische Leistungsmeßsignal
liefernde Meßumformer bezeichnet, mit 3 der Meßumformer für die Ermittlung des Neutronenflusses,
also z. B. eine lonisationskammer mit nachgeschaltetem Verstärker. Der Ausgang des
Meßumformers 3 ist auf ein Potentiometer 35 mit dem Abgriff 37 geschaltet, der von
einem Stellmotor 34 verändert werden kann. Das durch die Stellung des Potentiometerabgriffes
37 beeinflußte Signal des Meßumformers 3 gelangt über ein Zeitverzögerungsglied
5 auf den Eingang eines Vergleichers 32. Der zweite Eingang dieses Vergleichers
ist mit dem Ausgang des Meßumformers 2 verbunden. Das Zeitglied 5 ist dabei wie
in der Schaltung nach F i g. 1 entsprechend der mittleren Zeitkonstanten der thermischen
Leistungsmessung eingestellt. Der Vergleicher 32 steuert ein Schaltgerät 33, das
den Stellmotor 34 so lange nach der einen oder anderen Seite laufen läßt, bis die
an beiden Vergleichereingängen anstehenden Werte gleich sind. Auf diese Weise findet
ständig eine Korrektur der Neutronenflußmessung durch die genaue Messung der thermischen
Leistung des Reaktors statt. Tritt jedoch eine rasche Änderung des Neutronenflusses
ein, der die Messung der thermischen Leistung nicht zu folgen vermag, so tritt zunächst
keine Veränderung des Potentiometerabgriffes 37 ein, das unbeeinflußte Signal des
Neutronenflusses gelangt zum Alarmgrenzwertgeber 8 sowie zum Schnellabschalt-Grenzwertgeber
9, wodurch die bereits für die F i g. 1 beschriebenen Wirkungen für den Reaktorbetrieb
ausgelöst werden. Auch hier ist über einen Trennverstärker 10 wiederum ein Anzeigegerät
11 sowie ein Schreibgerät 12 und ein Vergleicher- und Mittelbildungsgerät 13 für
die Zuschaltung weiterer Meßeinrichtungen vorgesehen.
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Zur Ermittlung der thermischen Leistung können auch andere Meßfühler
sowie andere Meßorte gewählt und verwendet werden. Über die Weiterbildung der Meßsignale
braucht nichts ausgeführt zu werden, da dies zum allgemein bekannten Stand der Technik
gehört, bei dem z. B. auch eine Vervielfachung der Meßwerte zur weiteren Erhöhung
der Betriebssicherheit vorgesehen sein kann.