JP4914055B2

JP4914055B2 - 中性子モニタシステム

Info

Publication number: JP4914055B2
Application number: JP2005331854A
Authority: JP
Inventors: 智貴坂田; 稔松平
Original assignee: Hitachi GE Nuclear Energy Ltd
Current assignee: Hitachi GE Nuclear Energy Ltd
Priority date: 2005-11-16
Filing date: 2005-11-16
Publication date: 2012-04-11
Anticipated expiration: 2025-11-16
Also published as: JP2007139509A

Description

本発明は、原子炉内の中性子束を監視するシステムに係り、特に原子力発電所における中性子源領域と中間領域での中性子量を監視するためのモニタシステムに関する。

原子力発電所においては、原子炉の運転状態を判定するため、原子炉内の中性子束を測定し、常時、監視するシステムが用いられているが、このとき使用される中性子モニタシステムとしては、通例、中性子源領域モニタシステムと中間領域モニタシステムの双方の働きをするものが用いられる。

ここで、中性子源領域モニタシステム(ＳＲＭ：Source Range Monitoring
System)とは、原子炉の起動時と停止時において、中性子の強さが１０³ ｎｖ〜１０⁹ ｎｖ(これを中性源子領域という)にあるときの原子炉の中性子束を測定するものである。

また、中間領域モニタシステム(ＩＲＭ：Intermediate Range Monitoring
System)とは、中性子の強さが１０⁸ ｎｖ〜１０¹³ ｎｖ(これを中間領域という)における原子炉の中性子束を測定するものであり、何れのシステムも炉内の挙動を中央制御室の運転員に知らせる働きをする。

そして、これら中性子源領域モニタシステムと中間領域モニタシステムは、原子炉の出力が過大になって燃料被覆管に損傷の虞が生じた際、これを未然に検出し、原子炉手動操作系及び原子炉緊急停止系に信号を与えることにより、制御棒の引抜阻止又は原子炉スクラムを行い、燃料被覆管の損傷を防止する機能を果たす。

そこで、この中性子モニタシステムの従来技術の一例について、図５により説明すると、これには、まず、原子炉内に配置され、炉内の核反応に伴って発生する中性子を検出する中性子検出器１と、この中性子検出器１による検出信号を炉外に伝達する信号ケーブル２が備えられている。

そして、この信号ケーブル２には前置増幅器７が接続されていて、増幅された検出信号は信号ケーブル１３により中央制御室１１に伝達され、そこに設置されている信号処理部１２により処理される。

このとき信号ケーブル２は、それを布設するため、金属製、例えば鋼製の電線管３と、同じく金属製のフレキシブル電線管４、それに、これらの中に信号ケーブル２を引き込むための金属製のプルボックス５を用い、更に原子炉設備の隔壁などの内外を連絡するための金属製の電気ペネ６を用いている。

従って、信号ケーブル２は、これら電線管３とフレキシブル電線管４、プルボックス５、それに電気ペネ６などの金属製の部材をケーブル布設用の部材、すなわちケーブル布設部材とし、その中に引き通して配設されていることになる。

次に、この中性子モニタシステムによる中性子源領域モニタ及び中間領域モニタとしての測定原理について説明すると、まず、中性子検出器１は、例えば核分裂電離箱で構成されていて、原子炉Ａ内に存在する中性子の電離作用により微弱な電流を発生し、検出信号として出力する。

そこで、この検出信号を信号ケーブル１により原子炉Ａの外部に取り出し、原子炉格納容器Ｖの外部に設置した前置増幅器７に供給して微弱電流を増幅する。そして増幅した検出信号を中央制御室１１の信号処理部１２に伝送し、演算処理して原子炉Ａ内の中性子束及び原子炉ペリオドを得る。

また、この中性子モニタシステムは、原子炉出力について異常の有無を診断する働きもする。そして異常が認められた場合は、原子炉の安全性を確保する目的で警報信号及びトリップ信号を出力し、これにより中央制御室１１に在中の運転員に警告し、又は原子炉の停止を行う。

ところで、中性子検出器１から出力される検出信号は、上記したように、微弱な電流であり、従って、中性子源領域モニタと中間領域モニタして使用するためには、この微弱な電流による検出信号を取り扱う必要がある。従って、いま、ここで中性子検出器１と前置増幅器７を接続する信号ケーブル２に電気的なノイズが侵入したとすると、この場合、この電気的ノイズの影響により検出信号のＳ／Ｎ(ＳＮ比：信号と雑音の比)が著しく低下する。

ここで、Ｓ／Ｎが著しく低下した場合、電気的ノイズによる信号を中性子による信号としてカウントしてしまい、このときは指示変動が発生し、炉内の正確な監視が出来なくなってしまうと共に、原子炉出力制御系におけるトリップ機能及び警報機能が誤作動し、原子炉の動作に大きな影響を与え、安全性に問題を与えてしまう虞がある。

そこで、従来技術では、信号ケーブルにシールド被覆体を施し、一点で接地する手法(例えば、特許文献１参照。)や、円環磁心に信号ケーブルを巻き付けるようにした手法(例えば、特許文献２参照。)などが採られている。
特開平５−２８１３６３号公報特開平７−１６２２５７号公報

ところで、これまでの知見によれば、原子力発電所内部には数１００ｋＨｚから数１０ＭＨｚに及ぶ高周波の電磁ノイズがバックグラウンドノイズとして存在していることが判っているが、上記従来技術では、このバックグラウンドノイズについての配慮がされておらず、Ｓ／Ｎの低下に問題があった。

ここで、これらの電磁ノイズは原子力発電所内に補機として設けてあるインバータ機器から発生するものが支配的であり、この電磁ノイズが信号ケーブルに空間伝搬することにより、当該信号ケーブルに電流が誘起され、ノイズになるので、検出信号のＳ／Ｎを著しく低下させてしまうことになる。

そして、このとき信号ケーブルは、上記したように、電線管３とフレキシブル電線管４、プルボックス５、それに電気ペネ６などの中に布設されているが、これらは何れも導電性の部材であり、従って、電磁ノイズは、まず、これら導電性のケーブル布設部材に誘起される。しかし、このとき、このケーブル布設部材に隙間や電気的導通が確保されていない部分が存在していたとすると、これら間隙や電気的導通が確保されていない部分から電磁ノイズが信号ケーブル２に侵入してしまう。

ここで、中性子モニタシステムの場合、このようなケーブル布設部材における間隙や電気的導通が確保されていない部分の存在は一般には不可避であり、従って、従来技術ではＳ／Ｎの低下が問題になってしまうのである。

本発明の目的は、信号ケーブル布設用のケーブル布設部材に間隙や電気的導通が確保されていない部分が存在していてもＳ／Ｎの低下が抑えられ、中性子源領域モニタ及び中間領域モニタとしての機能が果たせられるようにした中性子モニタシステムを提供することにある。

上記目的は、原子炉内の核反応に伴って発生する中性子を検出する中性子検出器と、この中性子検出器による検出信号を炉外部に取り出す信号ケーブルと、この信号ケーブルに接続された前置増幅器と、この前置増幅器で増幅された検出信号を処理する信号処理部と、前記信号ケーブルを格納し、原子力発電所内に信号ケーブルを布設する電線管とフレキシブル電線管、プルボックスそれに原子炉格納容器の内外を連絡する電気ペネとを備えた中性子モニタシステムにおいて、前記電線管と前記フレキシブル電線管、前記プルボックスそれに前記電気ペネの全てに巻き付けた導電性の遮蔽材と、前記電線管と前記フレキシブル電線管の間、前記電線管と前記プルボックスの間、前記電気ペネと前記フレキシブル電線管の間及び前記電気ペネの本体部とケーブル処理箱の間の全ての間の接合部を跨いで接続する導体線とが備えられ、前記遮蔽材と前記導体線の双方により、前記電線管と前記フレキシブル電線管、前記プルボックス、それに前記電気ペネによって構成されるケーブル布設部に電気的導通が不十分な箇所をなくすことにより、前記電線管と前記フレキシブル電線管、前記プルボックス、それに前記電気ペネの全ての間の電気的導通が確保され、ノイズ侵入の抑制が得られるようにして達成される。

このとき、前記電線管と前記フレキシブル電線管、前記プルボックス、それに前記電気ペネの何れかに沿わせられた導体線が設けられていることによっても上記目的が達成され、同じくこのとき、前記遮蔽材は、前記電線管同士の結合部と前記線管と前記フレキシブル電線管の結合部の何れかにも巻き付けられていることによっても上記目的が達成される。

また、同じくこのとき、前記電線管と前記フレキシブル電線管の間、及び前記電線管と前記プルボックスの間の何れかが導体線により接続されていることによっても上記目的が達成され、前記電気ペネと前記フレキシブル電線管の間、及び前記電気ペネの本体部とケーブル処理箱の間の何れかが導体線により接続されていることによっても上記目的が達成される。

更に、このとき、前記電線管と前記フレキシブル電線管、前記プルボックス、それに前記電気ペネの何れかからなるケーブル布設部材が多点接地構成されていることによっても上記目的が達成され、前記遮蔽材が多点接地構成されていることによっても上記目的が達成される。

本発明によれば、信号ケーブルのケーブル布設部材が遮蔽部材を備えているので、原子力発電所内部に存在する電磁ノイズによる誘導電流が信号ケーブルに侵入してＳ／Ｎが低下するのが抑えられので、検出信号の誤検出及びそれに伴う原子炉出力制御系の誤作動の発生が防止でき、信頼性の高い中性子源領域モニタシステム及び中間領域モニタシステムを提供することができる。

また、本発明は、原子力発電所に既設の中性子源領域モニタシステムと中間領域モニタシステムのノイズトラブル発生に際して、その回避対策として適用でき、従って、本発明によれば、既設システムの機能向上を図ることができる。

以下、本発明による中性子モニタシステムについて、図示の実施の形態により詳細に説明すると、ここで、図１は、本発明の一実施形態で、図において、９は導電性の遮蔽材で、１０は導体線であり、その他、中性子検出器１と信号ケーブル２、電線管３、フレキシブル電線管４、プルボックス５、電気ペネ６、前置増幅器７、中央制御室１１、それに信号処理部１２は、図５で説明した従来技術の場合と同じである。

そして、まず、遮蔽材９は、例えば細い銅線の編組により作られているシールドメッシュなどの部材で、これは電線管３とフレキシブル電線管４の周囲に巻き付けられ、更にはプルボックス５と電気ペネ６の周囲にも巻き付けられている。

これにより電線管３同士の結合部と、電線管３とプルボックス５及び電気ペネ６の結合部、それにフレキシブル電線管４とプルボックス５及び電気ペネ６の結合部など、ケーブル布設部材に存在してしまう虞がある隙間や電気的導通が確保されていない箇所の全てが導電性の部材である遮蔽材９により覆われてしまうようにしてある。

また、このときフレキシブル電線管４とプルボックス５は、構造上、隙間の存在が避けられず、従って電気的な導通の面で弱いと考えられる。そこで、この実施形態では、フレキシブル電線管４の周囲に遮蔽材９を巻き付けるのは勿論であるが、更にプルボックス５にも遮蔽材９を施している。

このとき、細い銅線の網組みからなるシールドメッシュは柔軟性に富み加工性が良いので、電線管３とプルボックス５及び電気ペネ６の結合部、それにフレキシブル電線管４とプルボックス５及び電気ペネ６の結合部などにも容易に隙間無く巻き付けすることができ、しかもこのシールドメッシュは導電性が高いので、遮蔽材９として確実に電磁ノイズを遮蔽することができる。

次に、導体線１０は、導電性の高い銅線を用い、これを電線管３とフレキシブル電線管４に添わせて配置させたもので、その両端は、電線管３やフレキシブル電線管４の接合箇所になっているプルボックス５や電気ペネ６に、例えば端子金具と留めネジなどを用いて電気的に接続してある。

次に、この実施形態の動作について、図５の従来技術と対比しながら説明する。

まず、図５の従来技術の場合、中性子検出器１からの検出信号を伝送する信号ケーブル２は、ケーブル布設部材である電線管３とフレキシブル電線管４及びプルボックス５に格納され、電気ペネ６を介して前置増幅器７に接続されている。そして、ケーブル布設部材は前置増幅器筐体８に接続され接地されている。

そこで、この図５の従来技術の構成を簡略化して示すと、図６に示すようになり、このとき電線管３などによるケーブル布設部材に電気的導通が不十分な箇所が存在していたとすると、このときの電気的等価回路モデルは図７に示すようになる。

ここで、Ｃｄは中性子検出器１の静電容量、Ｒ１は信号ケーブル２の内部導体の単位長さ当たりの導体抵抗、Ｌ１は信号ケーブル２の内部導体の単位長さ当たりのインダクタンス、Ｃ１は信号ケーブル２の内部導体と外部導体の間の単位長さ当たりの静電容量、Ｒ２は信号ケーブル２の外部導体の単位長さ当たりの導体抵抗、Ｌ２は信号ケーブル２の外部導体の単位長さ当たりのインダクタンス、Ｃ２は信号ケーブル２の外部導体とケーブル布設部材間の単位長さ当たりの静電容量、Ｒ３はケーブル布設部材の単位長さ当たりの導体抵抗、そしてＬ３はケーブル布設部材の単位長さ当たりのインダクタンスである。

そして、いま、図６に示すように、電線管３などのケーブル布設部材に外部から電磁ノイズが伝搬され、これによりケーブル布設部材に誘導電流が誘起されたとすると、通常の場合は、図７に示すように、誘導電流は、ケーブル布設部材の抵抗Ｒ３とインダクタンスＬ３を介して前置増幅器筐体８の接地に逃げることになる。

ここでケーブル布設部材は導電体で構成されることから、一般には誘導電流が信号ケーブル２に影響を与えることは無いと考えられる。しかし、このときケーブル布設部材の途中に隙間や電気的接続が不十分な箇所が存在したとすると、この場合、図６に破線で囲って示したように、隣接した２個の静電容量Ｃ２の間から抵抗Ｒ３とインダクタンスＬ３が消滅し、この結果、静電容量Ｃ２を介して、誘導電流が信号ケーブル２に侵入してしまうことになる。

一方、図１の実施形態の場合、遮蔽材９と導体線１０が設けてある。従って、この図１の実施形態の構成を簡略化して示すと、図２に示すようになり、このとき電線管３などによるケーブル布設部材に電気的導通が不十分な箇所が存在していたとしても、この箇所も遮蔽材９により覆われていることになる。

このとき、遮蔽材９は、ケーブル布設部材の外側にあって電磁ノイズを遮蔽し、ケーブル布設部材に加えて更に別の電気的導通路を確保する。そして、この結果、電磁ノイズによる誘導電流を抑えると共に、誘導した電流を接地に確実に逃がす働きをし、これによりケーブル布設部材に隙間や電気的接続が不十分な箇所が存在しても、それらによる影響を無くすことができる。

特にフレキシブル電線管４とプルボックス５には、上記したように、それらの構造上、隙間の存在が避けられないと考えられので、この遮蔽材９の働きが更に有効となる。

ここで、このようなケーブル布設部材を用いたシステムの場合、電気的導通が十分でない箇所として、電線管３同士のカップリング部や電線管３とフレキシブル電線管４のカップリング部が考えられる。そこで、このことから、遮蔽材９の巻き付け範囲をケーブル布設部材の全体でなく、これらのカップリング部に限定しても良く、この場合でも、ケーブル布設部材の電気的導通の確保による上記の効果を得ることができる。

また、この実施形態では、ケーブル布設部材には、遮蔽材９の外にも導体線１０か沿わせてあり、電線管３とプルボックス５の結合部やフレキシブル電線管４とプルボックス５の結合部、それにフレキシブル電線管４と電気ペネ６の結合部にも、それらを跨いで導体線１０が接続してあり、更に電気ペネ６においては、この電気ペネ６の本体６Ａとケーブル処理箱６Ｂの間にも導体線１０Ａが接続してある。

そして、この導体線１０は、主として遮蔽材９とプルボックス５の間、及び遮蔽材９と電気ペネ６の間の電気的接続を確実にする働きをし、これにより電磁ノイズによる誘導電流を抑え、且つ誘導した電流を接地に確実に逃がすという遮蔽材９の働きを更に確実なものとする。

ここで、電気ペネ部６の本体６Ａとケーブル処理箱６Ｂの間は、電気的導通が不十分になる可能性が大であり、従って、これらの間を導電性の高い銅線の導体線１０Ａで接続した実施形態による効果は絶大であると言える。

従って、この実施形態によれば、信号ケーブル２のケーブル布設部材が遮蔽材９を備えているので、原子力発電所内部に存在する電磁ノイズによる誘導電流が信号ケーブルに侵入してＳ／Ｎが低下するのが抑えられ、この結果、検出信号の誤検出及びそれに伴う原子炉出力制御系の誤作動の発生が防止でき、信頼性の高い中性子源領域モニタシステムと中間領域モニタシステムとして有効に利用することができる。

また、この実施形態では、導体線１０や導体線１０Ａを設けているので、電磁ノイズによる誘導電流を抑え、且つ誘導した電流を接地に確実に逃がすという遮蔽材９の働きが更に確実になり、中性子源領域モニタシステムと中間領域モニタシステムの信頼性を更に向上させることができる。

次に、本発明の他の実施形態について説明すると、ここで、原子力発電所の内部には数１００ｋHｚ〜数１０ＭＨｚの高周波ノイズが存在することは上記し通りである。

そうすると、例えば図５の従来技術において、電線管３に誘起した高周波ノイズを接地に逃がすようにした場合、接地までの経路の長さが高周波ノイズの１／４波長及び１／４波長の奇数倍になっていると、この経路が共振し、インピーダンスが極めて高くなって、接地による効果が低下してしまうことは、良く知られているところである。

そこで、このような場合、接地までの経路は可能な限り短くし、電線管３などのケーブル布設部材に誘起した高周波ノイズは最短距離で接地に逃がす必要がある。よって、ケーブル布設部材に多点接地を施し、信号ケーブル２に対するノイズの侵入を抑制する。

このときの本発明の実施形態を概略図で示したのが図３であり、この図３の電気的等価回路モデルは図４に示すようになる。そして、この図３に電線管３として代表して示してあるように、中性子検出器１(図１)から前置増幅器７までのケーブル布設部材と、前置増幅器７から信号処理部１２までのケーブル布設部材を多点接地構造にする。

具体的には、電線管３で代表されているケーブル布設部材に複数の接地点３Ａを設定し、外部からの電磁ノイズによりケーブル布設部材に誘起された誘導電流が、このれらの接地点３Ａから最短距離で接地に逃げることができるようにしたものである。

このように多点接地構造にすることにより、ケーブル布設部材から接地までの距離を可能な限り短くすることができ、この結果、高周波の電磁ノイズに対しても共振の虞が無くなるので、電磁ノイズによる誘導電流を抑え、且つ誘導した電流を接地に確実に逃がすことができ、中性子源領域モニタシステムと中間領域モニタシステムの信頼性を更に向上させることができる。

ここで、この図３に示した多点接地構造を、図１の実施形態に適用しても良く、この場合は、多点接地構造をケーブル布設部材に適用しても良く、図１の遮蔽材９に適用しても良い。更にはこれらの双方を併用しても良い。

本発明による中性子モニタシステムの一実施形態を示すブロック構成図である。本発明の一実施形態を簡略化して示したブロック構成図である。本発明による中性子モニタシステムの他の一実施形態を簡略化して示したブロック構成図である。本発明の他の一実施形態の電気的等価回路モデル図である。従来技術による中性子モニタシステムの一例を示すブロック構成図である。従来技術による中性子モニタシステムの一例を簡略化して示したブロック構成図である。従来技術による中性子モニタシステムの電気的等価回路モデル図である。

符号の説明

１：中性子検出器
２：信号ケーブル
３：電線管(金属製の電線管)
４：フレキシブル電線管(金属製のフレキシブル電線管)
５：プルボックス(信号ケーブル引込み用)
６：電気ペネ
７：前置増幅器
８：前置増幅器筐体
９：遮蔽材
１０：導体線(銅線)
１１：中央制御室
１２：信号処理部
Ｃｄ：中性子検出器の静電容量
Ｒ１：信号ケーブル内部導体の単位長さ当りの導体抵抗
Ｌ１：信号ケーブル内部導体の単位長さ当りのインダクタンス
Ｃ１：信号ケーブルの内部導体と外部導体間の単位長さ当りの静電容量
Ｒ２：信号ケーブル外部導体の単位長さ当たりの導体抵抗
Ｌ２：信号ケーブル外部導体の単位長さ当りのインダクタンス
Ｃ２：信号ケーブルの外部導体とケーブル布設部材間の単位長さ当りの
静電容量
Ｒ３：電路の単位長さ当りの導体抵抗
Ｌ３：電路の単位長さ当りのインダクタンス

Claims

原子炉内の核反応に伴って発生する中性子を検出する中性子検出器と、この中性子検出器による検出信号を炉外部に取り出す信号ケーブルと、この信号ケーブルに接続された前置増幅器と、この前置増幅器で増幅された検出信号を処理する信号処理部と、前記信号ケーブルを格納し、原子力発電所内に信号ケーブルを布設する電線管とフレキシブル電線管、プルボックスそれに原子炉格納容器の内外を連絡する電気ペネとを備えた中性子モニタシステムにおいて、
前記電線管と前記フレキシブル電線管、前記プルボックスそれに前記電気ペネの全てに巻き付けた導電性の遮蔽材と、
前記電線管と前記フレキシブル電線管の間、前記電線管と前記プルボックスの間、前記電気ペネと前記フレキシブル電線管の間及び前記電気ペネの本体部とケーブル処理箱の間の全ての間の接合部を跨いで接続する導体線とが備えられ、
前記遮蔽材と前記導体線の双方により、前記電線管と前記フレキシブル電線管、前記プルボックス、それに前記電気ペネによって構成されるケーブル布設部に電気的導通が不十分な箇所をなくすことにより、前記電線管と前記フレキシブル電線管、前記プルボックス、それに前記電気ペネの全ての間の電気的導通が確保され、ノイズ侵入の抑制が得られるように構成したことを特徴とする中性子モニタシステム。
請求項１に記載の中性子モニタシステムにおいて、
前記導体線は、前記電線管と前記フレキシブル電線管、前記プルボックス、それに前記電気ペネの全てに沿わせて設けられていることを特徴とする中性子モニタシステム。
請求項１に記載の中性子モニタシステムにおいて、
前記遮蔽材は、前記電線管同士の結合部と前記線管と前記フレキシブル電線管の結合部の全てに巻き付けられていることを特徴とする中性子モニタシステム。
請求項１に記載の中性子モニタシステムにおいて、
前記電線管と前記フレキシブル電線管、前記プルボックス、それに前記電気ペネの全てからなるケーブル布設部材が多点接地構成されていることを特徴とする中性子モニタシステム。
請求項１に記載の中性子モニタシステムにおいて、
前記遮蔽材が多点接地構成されていることを特徴とする中性子モニタシステム。