DE2242951A1

DE2242951A1 - Kernreaktor

Info

Publication number: DE2242951A1
Application number: DE2242951A
Authority: DE
Inventors: Guenther Dipl Ing Jahn; Hermann Dipl Ing Waldmann; Franz Werner; Josef Wolf
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1972-08-31
Filing date: 1972-08-31
Publication date: 1974-03-28
Also published as: FR2198222A1; DE2242951B2; FR2198222B1; GB1426211A; CH552872A; IT993036B; JPS4967094A

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Erlangen,

Berlin und München Werner-von-Siemens-Str. 50

Unser Zeichen: VPA 72/9469 Sm/Ar

Kernreaktor

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kernreaktor, insbeeondere einen Druckwasserreaktor, mit einem Reaktordruckbehälter und einem demgegenüber verstellbaren Steuerstab, der in einem am Reaktordruckbehälter befestigten Rohr gleitet, dem zwei Spulen zugeordnet sind, deren induktive Kopplung von der Stellung des Steuerstabes abhängt, wobei die eine Spule mit einer Wechselspannung gespeist wird und die Spannung der anderen Spule als Maß für die Stellung des Steuerstabes dient. Obwohl die Stellung des Steuerstabes häufig auch von der Antriebsseite her erfaßt werden kann, z.B. bei den für den Antrieb von Steuerstäben bekannten Klinkenschritthebern nach der Zahl der Schritte zu bestimmen ist, hat sich die Erfindung eine Verbesserung der Genauigkeit der MesBung der Steuerstabstellung in der eingangs genannten Weise zum Ziel gesetzt.

Erfindungsgemäß beträgt die Frequenz der Wechselspannung höchstens 20 Hz. Dies erhöht, wie durch eingehende Versuche bestätigt wurde, die Genauigkeit der Stellungsmeldung gegenüber der sonst üblichen 50 Hz-Frequenz ganz erheblich, weil der Einfluß von Streufeldern und Meßleitungen zurückgeht. Vorzugsweise verwendet man eine Frequenz zwischen 3 und 10 Hz, insbesondere von 5 bis 7 Hz. Wechselspannungen mit Frequenzen der genannten Höhe lassen sich leicht mit Hilfe von Halbleiterschaltungen gewinnen. Dabei kann man vorteilhaft von einer Gleichspannung ausgehen, die einem Oszillator zugeführt wird. Man kann aber auch Wechselspannungen höherer Frequenz, insbesondere bei Mehrphasensystemen, durch gesteuerte Gleichrichtung zu der gewünschten Wechselspannung niedriger Frequenz umformen. In beiden Fällen läßt sich die Umformung so gestalten, daß ein Strom konstanter Amplitude eingespeist wird, wodurch die Grundlagen der Messung vereinfacht werden.

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Die Spannung der zweiten Spule (Sekundärspule ) wird vorzugsweise gleichgerichtet und als Gleichspannung verarbeitet, weil sich so besonders günstig Grenzwerte erlassen lassen. Dem dazu benutzten Gleichrichter für die Sekundärspannung kann man einen Tiefpaß dritter oder höherer Ordnung nachschalten, wodurch die Restwelligkeit wesentlich verringert wird. Z.B. beträgt die Amplitude der niedrigsten harmonischen Schwingung bei 7 Hz Wechsel frequenz und Doppelweggleichrichtung nur noch 1/350.

Die Erfindung verbessert auch die Möglichkeiten zur Kompensation von Temperatureinflüssen im Vergleich zu üblichen Netzfrequenzen von 50 oder 60 Hz. Besonders bewährt hat sich die Erfassung des Gleichstromwiderstandes der einen (Primär)-Spule zur temperaturabhängigen Korrektur der Spannung der anderen (Sekundär)-Spule. Bei Speisung mit konstantem Strom ergibt sich der Gleichstromwiderstand leicht aus der an der Spule meßbaren Spannung. Dieser Wert kann nach Aufbereitung als Korrekturgröße, insbesondere mit Hilfe eines elektronischen Multiplizieres oder Dividierers verwendet werden.

Es empfiehlt sich,jedem Steuerstab eine eigene optimale Erregereinrichtung zuzuordnen, wobei die Stabbetätigung und die Stellungsmeldung des Steuerstabes von der gleichen Versorgungsspannung gespeist werden können. Man erhält dadurch die gleiche Betriebssicherheit für die Meldurg wie für die Stabbetätigung, z.B. dadurch, daß die Versorgungsspannungen aus zwei unabhängigen Batterien über getrennte und gesondert abgesicherte Zweige erfolgt, die mit Hilfe von Dioden gegeneinander entkoppelt sind.

Vergleicht man die Erfindung bezüglich des Materialaufwandes mit den bisher üblichen Anordnungen, bei denen die Spulen für die Stellungsmeldung von einer normalfrequenten Wechselspannung gespeist wurde, die einem rotierenden Umformer entnommen wurde, so zeigt sich zusätzlich zu der erhöhten

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Genauigkeit der Messung eine Vereinigung, da die Verkabelung, die Durchschaltung und die Überwachung der Erregung des Umformers entfällt.

Bei der Erfindung können ferner beide Größen, nämlich die Wechselspannung für die Primärspule und die als Meßsignal erhaltene Sekundärspannung über dasselbe Kabel geführt werden, da die wechselseitige Beeinflussung wegen der niedrigen Frequenz nicht mehr störend ist. Aus dem gleichen Grunde kann man die Stellungsanzeige den Umständen entsprechend für mehrere Steuerstäbe zusammenfassen, z.B. . indem man Erregerströme und Stellungsmeldesignale von je vier Steuerstäben durch einfache und daher billige und wenig störungsanfällige Verbindungsleitungen zwischen den Steuerstäben und der zur Spannungserzeugung und zur Auswertung der Meßsignale erforderlichen Elektronik gewinnt.

Die Erfindungsaufgabe der erhöhten Genauigkeit kann nach einer weiteren Erfindung noch dadurch gelöst werden, daß die auf die Länge bezogene Windungszahl der ersten und/oder zweiten Spule an den Enden des Rohres größer ist als im mittleren Bereich. Dies ist vor allem für die exakte Steuerung von Endschaltern wichtig. Eine entsprechend hohe Genauigkeit kann man auch mit zusätzlichen Spulen geringer axialer Länge erreichen, die Grenzwertmelder zur Betätigung von Endschaltern speisen.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel beschrieben. Dabei ist der Einfachheit halber von einem Druckwasser-Leistungsreaktor nur ein Ausschnitt des Reaktordruckbehälters 1 zu sehen, an dem ein Rohr 2 angeschweißt ist, Das Rohr 2 besteht aus nichtrostendem Stahl, also einem paramagnetischen Material. Es umschließt die aus ferromagnetischem Material bestehende Hubstange 3 eines Steuerstabes h aus neutronenabsorbierendem Material, z.B. einer Silber-CadmiumLegierung.

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- »ι - VPA 72/<)Ί(> <)

Der Steuers tab h wird je nach der gewünschten Leistung des Kernreaktors mehr oder weniger tief in den vom Reaktordruckbehälter 1 umschlossenen, nicht dargestellten Reaktorkern eingefahren. Er führt dabei eine Relativbewegung gegenüber dem Reaktordruckbehältor 1 aus. Seine jeweilige Stellung gegenüber diesem Behälter, die somit im Zusammenhang mit der Leistung des Reaktors steht, wird mit Hilfe von zwei Spulen 5 und (> festgestellt.

Die Spulen 5, <> sitzen als Röhrenspulen konzentrisch auf dem Rohr 2, das, wie erwähnt, aus nichtmagnetischem Material besteht. Sie sind daher durch die Hubstange 3 entsprechend der Stellung des Steuerstabes h induktiv gekoppelt. Die Spule 5 ist die Anzeige- oder Meldespule. Die andere Spule (Erregerspule) (> wird mit einer Wechselspannung gespeist, die von einer Wechselspannungsquelle 8 geliefert wird.

Die Spannungsquelle 8 ist ein als gedruckte Schaltung ausgeführter Halbleiteroszillator für 6 Hz, der von einer Gleichspannungsquelle 10 gespeist wird. Die Spannung beträgt + 2h V und -2h V gegenüber einem Mittelpunktsleiter 11. Der positive Außenleiter speist einen Stromregler 12, dem der Istwert bei 13 eingegeben wird. Mit einer Temperaturkompensation 15 kann man dafür sorgen, daß die Spannung und die Frequenz des Oszillators l6 auch in dem großen Temperaturbereich eines Kernreaktors unabhängig von der Temperatur konstant ist. Unter Umständen kann die Spannung auch so mit der Temperatur geändert werden, daß andere Temperatureinflüsse, z.B. eine Erhöhung des Widerstandes der Spule mit steigender Temperatur, ausgeglichen werden.

Die Sekundärspule 5 des Röhrentransformators kann mit z.B. 15ΟΟ Windungen ebenso viele Windungen wie die Primärspule 6 haben. Sie ist über eine Zuleitung 19 mit paarweise verdrillten Adern zu einer Auswerteschaltung 20 geführt, die gleichfalls als gedruckte Schaltung ausgebildet ist. Die Spannung kommt über einen Vollweggleichrichter 22, dem ein aktiver

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Tiefpaß dritter Ordnung 23 nachgeschaltet ist zu einem Meßverstärker 24, der den Maßstab bestimmt. Der Meßverstärker 24 erhält über eine Leitung 25 einen Bezugswert und liefert über die Leitung 26 eine Analoganzeige, die die Stellung des Steuerstabes 4 in bezug auf den Reaktordruckbehälter 1 angibt. Dabei wird zum Vergleich über einen zweiten Vollweggleich-. richter 27, dem ebenfalls ein aktiver Tiefpaß 28 dritter Ordnung nachgeschaltet ist, die temperaturkompensierte Primärspannung aufgeschaltet.

Vom Meßverstärker 24 werden ein oberer Grenzwertmelder 29 und ein unterer Grenzwertmelder 30 gespeist, die unter anderem Endschalter für den nicht dargestellten Steuerstabantrieb betätigen können und diesen außer Betrieb setzen, wenn der Steuerstab 4 gemäß dem Stellungsmeldesignal seine höchste oder tiefste Lage erreicht hat.

Wenn man die Primär- und die Sekundärspule in gleicher Weise gleichmäßig über die Länge des Rohres 2 verteilt, wird der mit 32 bezeichnete HuTa des Steuerstabes, soweit er durch das obere Ende der Antriebsstange 3 repräsentiert ist, gleichmäßig überdeckt. Man erhält einen weitgehend linearen Zusammenhang zwischen der Stellung der Antriebsstange 3 und der Größe der Sekundär- oder Meßspannung. Wegen der Frequenz der Wechselspannung von weniger als 20 Hz, insbesondere von 3 bis 10 Hz, gilt dies auch für die Enden des Stellbereichs, in dem Streufelder bisher besonders störend waren. Dabei empfiehlt es sich, die S pulen 5 und 6 um etwa das Doppelte des Spulendurchmessers über die Endlagen der Antriebsstange 3 hinausreichen zu lassen, um Randeffekte zu unterdrücken.

In Fig. 2 ist eine mit der Fig. 1 weitgehend übereinstimmende Anordnung gezeichnet, bei der die röhrenförmige Primärspule 6, die das Rohr 2 umgibt, an den Enden über einen kurzen Bereich, z.B. über 1/200 bis 1/6 ihrer Länge mit einer vergrößerten Windungszahl pro Längeneinheit ausgeführt ist. Die zusätzliche

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Windungszahl kann vorteilhafterweise 20 bis 100% der ursprünglichen Gesamtwindungszahl betragen. Man erhält dadurch die in Fig. 3 dargestellte Abhängigkeit der Sekundärspannung u , vom Hub des Steuerstabes.

Wie man in Fig. 3 sieht, ist die Sekundärspannung in weiten Grenzen linear mit dem Hub verknüpft. Dabei ist ein gewisser z.B. temperaturbedingter Spielraum vorhanden, der durch die Grenzlinien 35 und 36 angedeutet ist. Im Bereich der Enden des Rohres 2 erhält man jedoch durch die erfindungsgemäße Erhöhung der Windungszahlen pro Länge steilere Kurvenbereiche 37 und 3B mit dem Vorteil, daß die vergrößerte Spannungsänderung pro Länge besser zur Aussteuerung von Endschaltern oder dergleichen verwendet werden kann als bei einer flachen Kurve, bei der sich temperaturabhängige Schwankungen stärker auswirken.

11 Patentansprüche
3 Figuren

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Claims

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/l.J Kernreaktor mit einem Reaktordruekbehälter und einem demgegenüber verstellbaren Steuerstab, der in einem am Reaktordruckbehälter befestigten Rohr gleitet, dem zwei Spulen zugeordnet sind, deren induktive Kopplung von der Stellung des Steuerstabes abhängt, wobei die eine Spule mit einer sinusförmigen Wechselspannung gespeist wird und die Spannung der anderen Spule als Maß für die Stellung des Steuerstabes dient, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der Wechselspannung höchstens 20 Hz beträgt.
2. Kernreaktor nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Frequenz zwischen 3 und 10 Hz, vorzugsweise von 5 ois 7 Hz.
3. Kernreaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die WechselSpannungsquelle (8) einen Strom konstanter Amplitude liefert.
4. Kernreaktor nach Anspruch 1, 2 oder 3) dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung der anderen Spule (5) (Sekundärspannung) gleichgerichtet und als Gleichspannung verarbeitet wird.
5. Kernreaktor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß einem Gleichrichter (2 2) für die Sekundärspannung ein Tiefpaß (23) insbesondere dritter oder höherer Ordnung nachgeschaltet ist.
6. Kernreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß die auf die Länge bezogene Windungszahl der ersten und/oder zweiten Spule (5>6) an einem Ende oder an beiden Enden des Rohres (2) größer ist als im mittleren Bereich.

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7. Kernreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die andere Spule (5) einen Grenzwertmelder (29,30) zur Betätigung eines Endschalters speist.
8. Kernreaktor nach einem der Ansprüche i bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Grenzwertmelder (29,30) zur Betätigung eines Endschalters von einer Endschalterspule gespeist wird, die konzentrisch zu dem Ende der anderen Spule (5) befestigt ist.
9. Kernreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichstromwiderstand der einen Spule (6) zur temperaturabhängigen Korrektur der Spannung der anderen Spule (5) dient.
10. Kernreaktor nach einem der Ansprüche i bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein niedrigfrequenter Erregerstrom für die eine Spule (5) durch eine elektronische Anordnung * (8) gewonnen wird.
11. Kernreaktor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Erregerstrom von einer Gleichspannungsquelle (lO) abgeleitet wird.

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