JP2009198273A - Nuclear instrumentation system of reactor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、外来ノイズの影響を受けにくい原子炉核計装システムに関する。 The present invention relates to a nuclear reactor instrumentation system that is not easily affected by external noise.
通常、原子炉では、原子炉出力を監視するために炉心内あるいは炉心付近に、核分裂に伴う中性子やガンマ線に比例した電気信号を出力する放射線検出器を設置している。特に発電用原子炉の場合、炉出力は10桁以上の広範囲にわたって精度よく監視する必要があり、例えば、沸騰水型原子炉の場合、中性子源領域,中間領域,出力領域の3領域に分割し、それぞれ個別の方式で監視している。 Normally, in a nuclear reactor, a radiation detector that outputs an electrical signal proportional to neutrons and gamma rays associated with nuclear fission is installed in or near the core to monitor the reactor power. In particular, in the case of a nuclear power reactor, it is necessary to accurately monitor the reactor output over a wide range of 10 digits or more. For example, in the case of a boiling water reactor, the reactor power is divided into three regions: a neutron source region, an intermediate region, and an output region. , Each is monitored individually.
このうち、中性子源領域で使用される測定系では、中性子検出器として核分裂電離箱を炉内に設置し、中性子照射により発生する電離電流を金属性のハードケーブルにより炉外に導いている。このハードケーブルは、原子炉圧力容器の下部において第1の信号ケーブル(同軸ケーブル)に接続されており、電離電流は、信号ケーブルを介して前置増幅器へ伝送される。 Among these, in the measurement system used in the neutron source region, a fission ionization chamber is installed in the furnace as a neutron detector, and the ionization current generated by neutron irradiation is guided outside the furnace by a metallic hard cable. This hard cable is connected to the first signal cable (coaxial cable) at the lower part of the reactor pressure vessel, and the ionization current is transmitted to the preamplifier via the signal cable.
中性子源領域での電離電流は、最小でピコアンペアのオーダーとなるため、前置増幅器では、信号を2桁から4桁程度増幅するとともに、処理しやすいように波形を整形する。前置増幅器の出力信号は、第2の信号ケーブル(同軸ケーブル)により、中性子監視装置に内蔵された信号処理装置へ導かれ、信号処理装置で原子炉出力信号に変換処理される。この原子炉出力信号は、安全保護系等に供給され、スクラム信号の生成等に利用される。 Since the ionization current in the neutron source region is on the order of picoamperes at the minimum, the preamplifier amplifies the signal by about 2 to 4 digits and shapes the waveform so that it can be easily processed. The output signal of the preamplifier is guided to a signal processing device built in the neutron monitoring device by a second signal cable (coaxial cable), and converted into a reactor output signal by the signal processing device. This reactor output signal is supplied to a safety protection system or the like and used for generating a scram signal.
このような核計装システムにおいて、第1の信号ケーブルに外来ノイズが誘起されることがしばしば問題となる。すなわち、第1の信号ケーブルの芯線及び外部導体にノイズ電圧が発生すると、前置増幅器入力部の芯線と外部導体の電位差に応じたノイズ電流が前置増幅器に流れ、この電流が増幅されて信号処理装置に伝送されるため、原子炉出力信号に影響を与える。 In such a nuclear instrumentation system, it is often a problem that external noise is induced in the first signal cable. That is, when a noise voltage is generated in the core wire and the external conductor of the first signal cable, a noise current corresponding to the potential difference between the core wire of the preamplifier input section and the external conductor flows through the preamplifier, and this current is amplified to generate a signal. Because it is transmitted to the processor, it affects the reactor output signal.
一般に、近距離でのノイズ伝搬経路としては、静電結合,電磁誘導、及び共通インピーダンス(通常は共有する接地線)によるものが考えられる。静電結合によるノイズ誘起を抑制する方法としては、例えば、〔特許文献1〕に記載されるように、第1の信号ケーブルをシールド被覆体で覆い、このシールド被覆体を、前置増幅器のアース側回路に1点で接地する方法が開示されている。また、電磁誘導によるノイズ誘起を抑制する方法としては、従来から、信号ケーブルとグランドが大きな閉回路(グランドループ)を形成して鎖交磁束による電磁誘導をうけることがないように、信号ケーブルの外部導体を信号処理装置で1点接地する対策がとられている他、〔特許文献2〕に示されるように、電磁誘導により信号ケーブルに誘導されたコモンモードノイズの伝播を抑制するため、信号ケーブルを磁気コアに巻装する対策が考えられている。 In general, as a noise propagation path at a short distance, one based on electrostatic coupling, electromagnetic induction, and common impedance (usually a shared ground line) can be considered. As a method for suppressing noise induction due to electrostatic coupling, for example, as described in [Patent Document 1], the first signal cable is covered with a shield covering, and this shield covering is covered with the ground of the preamplifier. A method of grounding the side circuit at one point is disclosed. In addition, as a method of suppressing noise induction due to electromagnetic induction, conventionally, a signal cable and a ground are formed so that a large closed circuit (ground loop) is not formed between the signal cable and the ground so that electromagnetic induction due to interlinkage magnetic flux is not received. In addition to taking measures to ground the external conductor at one point with a signal processing device, as shown in [Patent Document 2], in order to suppress propagation of common mode noise induced in the signal cable by electromagnetic induction, Measures are taken to wind the cable around the magnetic core.
〔特許文献2〕に記載の従来の方法は、主に電磁誘導によりグランドループに誘起されたコモンモードノイズの影響を抑制するためのものであるが、共通インピーダンスによるノイズ誘起、すなわち、ノイズ電流を放出する機器と接地線を共有することによって誘起されるノイズの影響抑制にも効果がある。例えば、図5に示すように、モータとインバータ電源からなるノイズ発生源が核計装システムに隣接して接地してある場合、インバータが発生する高周波ノイズは、ケーブル間の相互インダクタンスによる電磁誘導と、建屋の接地幹線を経由した直接的な漏れこみの2つの経路で核計装システムに侵入する。 The conventional method described in [Patent Document 2] is mainly for suppressing the influence of common mode noise induced in the ground loop by electromagnetic induction. However, noise induction by common impedance, that is, noise current is reduced. It is also effective in suppressing the influence of noise induced by sharing the grounding wire with the emitting device. For example, as shown in FIG. 5, when a noise source consisting of a motor and an inverter power source is grounded adjacent to the nuclear instrumentation system, the high frequency noise generated by the inverter is electromagnetic induction due to mutual inductance between cables, It enters the nuclear instrumentation system in two ways: direct leakage through the building's ground trunk.
接地線を伝搬するノイズは、核計装システムのグランドループ全体が持つインピーダンスが小さければ、より多く核計装ループに伝搬し、逆にグランドループのインピーダンスが大きければ伝搬するノイズは抑制される。従って、核計装システムの信号ケーブルに磁気コアを巻装して、この部分に大きなインダクタンス成分を付加すれば、高周波ノイズに対するインピーダンスが大きくなるため、接地線から侵入するノイズを抑制することができる。同様の考えに基づき、接地線や電源ケーブルに磁気コアを巻装してグランドループのインピーダンスを大きくすることも可能である。 If the impedance of the entire ground loop of the nuclear instrumentation system is small, the noise propagating through the ground line is propagated more to the nuclear instrumentation loop. Conversely, if the impedance of the ground loop is large, the propagating noise is suppressed. Therefore, if a magnetic core is wound around the signal cable of the nuclear instrumentation system and a large inductance component is added to this portion, the impedance against high-frequency noise increases, so that noise entering from the ground wire can be suppressed. Based on the same idea, it is also possible to increase the impedance of the ground loop by winding a magnetic core around the ground wire or power cable.
しかし、こうした方法には2つの問題点がある。一つ目は、大きなインダクタンスを得るためには、磁気コアへのケーブル巻き付け数を増やす必要があることから装置が大型化してしまうこと、二つ目は、巻き付け数を増やしてもケーブル線間の浮遊容量などの影響により、一定以上のインダクタンスを得難たいことである。 However, these methods have two problems. First, in order to obtain a large inductance, it is necessary to increase the number of windings of the cable around the magnetic core, resulting in an increase in the size of the device. Second, even if the number of windings is increased, the distance between the cable lines is increased. It is difficult to obtain an inductance exceeding a certain level due to the effect of stray capacitance.
そこで、グランドループの影響を除去する別な方法として、信号処理装置の接地線及び電源線の部分で建屋の接地幹線と切り離すことが考えられる。このうち、接地線については、信号の基準点としてのみ接続されているので、接地線とは別な基準点を用意することは可能である。一方、電源線についてみると、電源供給元が所内電源の場合、あるいは無停電電源装置のようなインバータを用いた電源の場合の双方において、保安の観点から接地幹線と完全に切り離すことは困難である。 Therefore, as another method for removing the influence of the ground loop, it can be considered that the ground line and the power line of the signal processing device are separated from the ground trunk of the building. Among these, since the ground line is connected only as a signal reference point, it is possible to prepare a reference point different from the ground line. On the other hand, regarding the power line, it is difficult to completely separate it from the ground trunk from the viewpoint of security in both cases where the power supply source is an in-house power source or a power source using an inverter such as an uninterruptible power supply. is there.
図6に示すように、電源装置の両端すなわち、電源供給元側の端子と信号処理装置などへ電源を供給する側の端子との間のインピーダンスは、周波数に対してほぼ直線的に減少し、高周波に対して非常に小さなインピーダンスしか与えないため、電源線を経由したグランドループの回避が極めて困難となっている。 As shown in FIG. 6, the impedance between both ends of the power supply device, that is, the terminal on the power supply source side and the terminal on the power supply side to the signal processing device or the like decreases substantially linearly with respect to the frequency, Since only a very small impedance is given to a high frequency, it is extremely difficult to avoid a ground loop via a power line.
本発明の目的は、電源線を経由して生成されるグランドループが解消できる原子炉核計装システムを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a nuclear reactor instrumentation system that can eliminate a ground loop generated via a power line.
上記目的を達成するため、本発明は、原子炉核計装システムの構成要素である放射線検出器,前置増幅器及び信号処理装置へ電源を供給する電源装置をバッテリーで構成し、これらバッテリーに接続された充電器と、建屋の接地幹線と電気的に接続された電源と充電器とを接続または非接続とする開閉装置と、バッテリー未使用時には開閉装置により電源と充電器とを接続し、バッテリー使用時には電源と充電器とを非接続とするよう制御信号を出力する充電制御回路とを備え、電源装置と建屋の接地幹線との間を電気的に切り離した構成としたものである。 In order to achieve the above object, the present invention comprises a power supply device that supplies power to a radiation detector, a preamplifier, and a signal processing device, which are components of a nuclear reactor instrumentation system, and is connected to these batteries. A battery charger, a switchgear that connects or disconnects the power supply electrically connected to the grounding trunk of the building, and a battery charger that connects the power supply and charger via the switchgear when the battery is not in use. A charging control circuit that outputs a control signal to disconnect the power source and the charger is sometimes provided, and the power source device and the ground trunk of the building are electrically disconnected.
信号ケーブルと建屋の接地幹線とで生成されるグランドループを解消することにより、グランドループを経由して核計装システムの計測信号に重畳する電磁誘導ノイズと共通インピーダンスによるノイズを抑制する。 By eliminating the ground loop generated by the signal cable and the grounding trunk of the building, electromagnetic induction noise superimposed on the measurement signal of the nuclear instrumentation system via the ground loop and noise due to common impedance are suppressed.
又、各々の電源装置に対し、それぞれ複数のバッテリーと、各バッテリーと電源ケーブルとの間に設置された開閉装置とを備え、充電制御回路からの制御信号に基づいて充電中のバッテリーを電源ケーブルから切り離すことにより、充電中のバッテリー及びその電源ケーブルを経由して信号ケーブルと建屋の接地幹線が電気的に接続されない構成としたものである。これにより、1つのバッテリーが充電中の場合に、残りの充電中ではないバッテリーが建屋の接地幹線とは電気的に切り離された状態で電源を供給する。 Each power supply device includes a plurality of batteries, and an opening / closing device installed between each battery and the power cable. The power cable is connected to the battery being charged based on a control signal from the charge control circuit. The signal cable and the grounding trunk line of the building are not electrically connected to each other via the battery being charged and its power cable. As a result, when one battery is being charged, power is supplied in a state where the remaining non-charging batteries are electrically disconnected from the building ground trunk.
このとき、計測信号の安定性を増すために前置増幅器または信号処理装置の信号ケーブル戻りライン側に接続する接地線は、建屋の接地幹線とは電気的に絶縁された金属材と接続し、信号線が接地線を介して建屋の接地幹線と接続しないようにしている。 At this time, in order to increase the stability of the measurement signal, the ground line connected to the signal cable return line side of the preamplifier or the signal processing device is connected to a metal material electrically insulated from the ground trunk line of the building, The signal line is not connected to the ground trunk of the building via the ground line.
本発明によれば、電源装置をバッテリーで構成し、充電中を除いて、建屋の接地幹線から電源装置を切り離すことにより、充電中以外の期間においてケーブルと建屋の接地幹線からなるグランドループを解消することができ、電磁誘導によるノイズと、共有する接地幹線から侵入するノイズとの双方を抑制することができる。 According to the present invention, the power supply device is constituted by a battery, and the ground loop composed of the cable and the building grounding trunk line is eliminated during a period other than during charging by separating the power supply unit from the building grounding trunk line except during charging. It is possible to suppress both noise caused by electromagnetic induction and noise entering from the shared ground trunk line.
本発明の一実施例を図1から図7を用いて説明する。図1は、核計装システムの構成図である。 An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a configuration diagram of a nuclear instrumentation system.
図1に示すように、炉心17内に設置した核分裂電離箱1からは、中性子入射数に応じた電離電流が発生し、この電離電流は、ハードケーブル2により原子炉圧力容器16の外部に導出される。電線管15に格納された第1の信号ケーブル3は、原子炉圧力容器16の下部において、コネクタ11を介してハードケーブル2に接続されており、もう一方の端が接続された前置増幅器4に電離電流を伝送する。
As shown in FIG. 1, an ionization current corresponding to the number of incident neutrons is generated from the fission ionization chamber 1 installed in the
前置増幅器4は、電流信号を増幅するとともに波形を整形し、第2の信号ケーブル5を介して、中性子束監視装置6に内蔵された信号処理装置7に信号を伝送する。信号処理装置7は、増幅,整形された電流信号を原子炉出力に変換処理し、原子炉出力信号を安全保護系等(図示しない)に出力する。
The preamplifier 4 amplifies the current signal and shapes the waveform, and transmits the signal to the
ここで、信号処理装置7,核分裂電離箱1、及び前置増幅器4内の電源装置8には、夫々、中性子束監視装置6内に内蔵された第1の電源装置26,第2の電源装置27、及び第3の電源装置28により、適切な電圧の直流電圧が印加される。
Here, the
ここで、本実施例では、第1,第2及び第3の電源装置それぞれに対してバッテリーを2つずつ備え、1つのバッテリーが充電中の場合にも切れ目無く中性子束の監視が可能な構成とした例を示している。 Here, in the present embodiment, two batteries are provided for each of the first, second, and third power supply devices, and the neutron flux can be monitored seamlessly even when one battery is being charged. An example is shown.
図2に第1の電源装置26の構成を示す。第1の電源装置26は、2つのバッテリー31を内蔵しており、夫々に接続された充電器32により、所内電源または無停電電源10から充電されるようになっている。充電器32と所内電源または無停電電源10の間には、開閉装置33が設置されており、充電制御回路36からの制御信号に基づいて接続を開閉する。バッテリー31の出力は、残量検出器35及び開閉装置34を介して並列に信号処理装置7に接続されており、電圧が印加される。開閉装置34は、充電制御回路36からの制御信号で開閉する。残量検出器35は、バッテリー31の残量を検出し、バッテリー電圧に応じた残量検出信号を充電制御回路36に出力する。
FIG. 2 shows the configuration of the first
図3に残量検出器35の構成を示す。残量検出器35は、バッテリー31の電圧を測定する電圧計37,基準電圧38及び電圧計37で測定された電圧を入力し、両者の電圧を比較するオペアンプ(コンパレータともいう)39で構成されており、電圧計37で測定したバッテリー31の電圧が基準電圧38より小さい場合には、オペアンプ39から残量検出信号が充電制御回路36に出力される。残量検出信号が充電制御回路36に出力される場合は、充電が必要であることを意味するので、要充電信号ともいう。
FIG. 3 shows the configuration of the remaining
充電制御回路36は、残量検出器35からの残量検出信号を受信した場合、該当するバッテリー31に接続された開閉装置34を開いて信号処理装置7から切り離す。その後、該当するバッテリー31に接続された開閉装置33を閉じて、充電器32から充電を開始する。充電時間が経過したら開閉装置33を開いて充電を完了し、その後、開閉装置34を閉じて、再び信号処理装置7に電源を供給する。充電時間は、充電するのに充分な時間が設定される。
When the
第2の電源装置27、及び第3の電源装置28についても同様の構成とすることで、電源線を経由して生じるグランドループを全て解消し、電磁誘導ノイズと建屋の接地幹線から侵入するノイズの影響を抑制できる。
By adopting the same configuration for the second
図4は、信号処理装置7の信号ケーブル戻りライン側に、接地線を繋いで測定信号の安定性を高めるための構成例である。中性子束監視装置6の筐体内底部には、絶縁材40を敷設し、その上部に金属材で形成された支持構造物41を設置する。
FIG. 4 is a configuration example for increasing the stability of the measurement signal by connecting a ground line to the signal cable return line side of the
信号処理装置7は、支持構造物41の上部に据付け、信号ケーブル戻りラインと導通する端子から接地線42を引出し、支持構造物41に接続する。これにより、建屋の接地幹線から絶縁された金属材を信号の基準点とすることができる。なお、金属棒や金属板を建屋の接地幹線およびこれと導通する構造材と接触しないよう離隔して設置し、そこに接地線を接続できれば、上記以外の方法でも良い。
The
以上、説明したように、従来の核計装システムでは、信号処理装置付近において、電源装置と接地線とが建屋の接地幹線に電気的に接続していることにより、高周波ノイズに対してグランドループを生成していたが、本実施例によれば、電源装置をバッテリーで構成し、充電中を除いて、建屋の接地幹線から電源装置を切り離すことにより、充電中以外の期間においてケーブルと建屋の接地幹線からなるグランドループを解消することができ、電磁誘導によるノイズと、共有する接地幹線から侵入するノイズとの双方を抑制することができる。これにより、電源装置に付加していたノイズフィルタや磁気コアを低減できる。 As described above, in the conventional nuclear instrumentation system, the power supply device and the ground wire are electrically connected to the ground trunk of the building in the vicinity of the signal processing device. According to the present embodiment, the power supply device is constituted by a battery, and the power supply device is disconnected from the ground trunk of the building except during charging, so that the cable and the building are grounded during periods other than charging. The ground loop consisting of the trunk line can be eliminated, and both noise due to electromagnetic induction and noise entering from the shared ground trunk line can be suppressed. Thereby, the noise filter and magnetic core which were added to the power supply device can be reduced.
又、各々の電源装置が複数のバッテリーを備え、充電中のバッテリーを電源線から切り離し、残りの建屋接地線から電気的に切り離されたバッテリーで電源を供給することにより、バッテリー充電中の計測不能期間をなくすことができる。また、万一、所内電源が喪失した場合にも核計装システムの正常な動作を保証することができるので、現在、核計装システムに採用されている無停電電源装置の構成を簡素化できる。 In addition, each power supply unit is equipped with multiple batteries, disconnecting the battery being charged from the power line, and supplying power with a battery that is electrically disconnected from the rest of the building ground line, making it impossible to measure while charging the battery The period can be eliminated. In addition, even if the in-house power supply is lost, the normal operation of the nuclear instrumentation system can be ensured, so that the configuration of the uninterruptible power supply currently used in the nuclear instrumentation system can be simplified.
又、前置増幅器または信号処理装置の信号ケーブル戻りライン側に、建屋の接地幹線とは電気的に絶縁された金属材と接続する接地線を付加することにより、グランドループを作ること無く、計測信号の基準点を得ることができ、計測信号の安定性を増すことが可能となる。 Measurements can be made without creating a ground loop by adding a ground wire to the signal cable return line side of the preamplifier or signal processor to connect a metal material that is electrically insulated from the ground trunk line of the building. The reference point of the signal can be obtained, and the stability of the measurement signal can be increased.
核計装システム以外にも、インバータ機器等の導入が進められているプラント内で微弱信号を用いた測定系全般に対して適用できる可能性がある。 In addition to nuclear instrumentation systems, there is a possibility that it can be applied to all measurement systems that use weak signals in plants where inverter devices are being introduced.
1 核分裂電離箱
2 ハードケーブル
3 第1の信号ケーブル
4 前置増幅器
5 第2の信号ケーブル
6 中性子束監視装置
7 信号処理装置
8 前置増幅器電源装置
9 電源装置
10 所内電源または無停電電源
11 コネクタ
12 検出器案内管
13 貫通部
14 原子炉格納容器
15 電線管
16 原子炉圧力容器
17 炉心
18 建屋接地幹線
19 核分裂電離箱用電源線
20 前置増幅器用電源線
21 インバータ電源
22 モータ
23 モータ筐体
24 浮遊容量
25 磁気コア
26 第1の電源装置
27 第2の電源装置
28 第3の電源装置
29 相互インダクタンス
30 金属材
31 バッテリー
32 充電器
33,34 開閉装置
35 残量検出器
36 充電制御回路
37 電圧計
38 基準電圧
39 オペアンプ
40 絶縁材
41 金属製支持構造物
42 接地線
1
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Cited By (2)
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JP2013217784A (en) * | 2012-04-10 | 2013-10-24 | Hitachi-Ge Nuclear Energy Ltd | Water level guage of differential pressure type for atomic power plant |
JP2018151302A (en) * | 2017-03-14 | 2018-09-27 | 日立Geニュークリア・エナジー株式会社 | Thermocouple type liquid level measurement system |
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2008
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