RU2514736C2

RU2514736C2 - Medium and high voltage sealed cable penetration and its protection

Info

Publication number: RU2514736C2
Application number: RU2010111192/07A
Authority: RU
Inventors: Вацлав МЕНТЛИК; Роман ГАМАР; Петр МАРТИНЕК; Йозеф ПИГЕРА; Павел КУПИЛИК; Лукаш ТОМАН; Михаль КЛАУБЕР; Павел ВАЦЛАВИК; Павел КААС; Вит КУСТ
Original assignee: КАБЕЛОВНА КАБЕКС а.с.
Priority date: 2009-07-31
Filing date: 2010-03-24
Publication date: 2014-05-10
Also published as: UA99504C2; SK500472010U1; SK5938Y1; UA57672U; CZ20728U1; RU2010111192A

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: invention is related to the field of electric engineering and namely to a sealed cable penetration used in cable systems. Medium and high voltage sealed cable penetration for containment of nuclear reactors contains at least one electric wire, wherein gaps between separate electric wires and/or other conducting materials in the penetration are filled with hardening insulating mix of homogenous structure. Protection of the sealed cable penetration contains an inner element formed by a layer of lead and an inner element formed by a layer of the homogenous mix.

EFFECT: invention ensures reducing of partial insulation failure and protection from penetration of harmful ionising radiation.

6 cl, 4 dwg

Description

До настоящего времени вопрос о снижении уровня частичных пробоев герметичных кабельных проходок среднего напряжения решен не был. Для уменьшения уровня частичных пробоев у этой группы проходок (если это требовалось) обычно заполняют пространства между элементами с электрическим полем подходящим маслом, например трансформаторным маслом. Однако такой вариант, как правило, не отвечает другим требованиям, например наличию противопожарных зон, между которыми герметическая проходка установлена. С ростом требований пожарной безопасности и эксплуатационной надежности даже в экстремальных условиях (например, при пожаре в одной из зон) безусловно необходимо, чтобы не нарушалась герметичность противопожарных зон и чтобы высокие температуры при пожаре не привели к воспламенению компонентов герметичной кабельной проходки. Следующим недостатком решений, не использующих снижение уровня частичных пробоев в герметичных кабельных проходках, является более короткий срок службы, приводящий к снижению показателей сопротивления изоляции, и существенно более высокая частота выхода из строя подобных герметичных кабельных проходок среднего и высокого напряжения.To date, the question of reducing the level of partial breakdowns of sealed cable penetrations of medium voltage has not been resolved. To reduce the level of partial breakdowns in this group of penetrations (if required), the spaces between the elements with the electric field are usually filled with suitable oil, for example transformer oil. However, this option, as a rule, does not meet other requirements, for example, the presence of fire zones between which a hermetic penetration is installed. With the growing requirements of fire safety and operational reliability even in extreme conditions (for example, in case of fire in one of the zones), it is absolutely necessary that the tightness of the fire zones is not broken and that high temperatures in case of fire do not ignite the components of the airtight cable penetration. The next drawback of solutions that do not use a decrease in the level of partial breakdowns in sealed cable penetrations is a shorter service life, which leads to a decrease in the insulation resistance and a significantly higher failure rate of such sealed cable penetrations of medium and high voltage.

Требование к снижению частичных пробоев в конструкции герметичных кабельных проходок не предъявлялось. Не было достаточно хорошей возможности сымитировать и смоделировать распределение электрического разряда и электрического поля внутри конструкции проходки. Как показывал опыт, уровень напряжения около 10 кВ, с точки зрения частичных пробоев, не является опасным. Долговременное использование подобных проходок в производственных блоках атомных электростанций показало, однако, необходимость снижения значения частичных пробоев до значения, которое бы не вызывало постепенную деструкцию изоляционных материалов проходки, а также не создавало электромагнитный шум, который увеличивает уровень помех в работе другого оборудованияThe requirement to reduce partial breakdowns in the design of sealed cable penetrations was not presented. There was not a good enough opportunity to simulate and simulate the distribution of the electric discharge and the electric field inside the tunnel construction. As experience has shown, a voltage level of about 10 kV, in terms of partial breakdowns, is not dangerous. The long-term use of such penetrations in the production blocks of nuclear power plants showed, however, the need to reduce the value of partial breakdowns to a value that would not cause a gradual destruction of the insulating materials of the penetration, and also would not create electromagnetic noise, which increases the level of interference in the operation of other equipment

Еще одна задача - защита людей вблизи герметичной кабельной проходки от ионизирующего излучения - обычно не решается за счет герметичной кабельной проходки. Как правило, применялось дополнительное покрытие внешних торцов проходок, которое своим составом и используемыми материалами обеспечивало снижение излучения. В некоторых случаях использовались свинцовые дробь и вата. Защитное покрытие, однако, усложняет доступ при проверках оборудования, а использование свинцовых ваты и дроби не отвечает требованиям по предотвращению частичных пробоев (коронарного эффекта) в электрическом поле.Another task - protecting people near a sealed cable penetration from ionizing radiation - is usually not solved by a sealed cable penetration. As a rule, an additional coating of the external ends of the penetrations was used, which, by its composition and materials used, ensured a decrease in radiation. In some cases, lead shot and cotton wool were used. The protective coating, however, complicates access during equipment inspections, and the use of lead wool and shot does not meet the requirements to prevent partial breakdowns (coronary effect) in the electric field.

Перечисленные недостатки устраняются техническим решением герметичной кабельной проходки, которое обеспечивает снижение значений частичных пробоев в электрическом поле между электрическим проводом и металлическими элементами конструкции. Система биологической защиты герметичной кабельной проходки обеспечивает защиту от проникновения вредного ионизирующего излучения сквозь герметичную кабельную проходку.These shortcomings are eliminated by the technical solution of sealed cable penetration, which provides a reduction in the values of partial breakdowns in the electric field between the electric wire and the metal structural elements. The hermetic cable penetration biological protection system provides protection against the penetration of harmful ionizing radiation through the hermetic cable penetration.

Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION

Приведенные недостатки существующего состояния техники устраняются упорядочением внутренних изоляционных слоев герметичной кабельной проходки среднего и высокого напряжения. Биологическая защита против проникновения ионизирующего излучения сквозь проходку формируется сочетанием (наслоением) наиболее подходящих материалов. Такими материалами являются обычно свинец и смесь полиэтилена и бора. Эти материалы в форме, как правило, пластинчатых тел монтируются прямо в модуль проходки. Некоторые тела из смеси полиэтилена с бором снабжены вкладышами, которые служат изоляцией между отдельными токопроводящими элементами внутри проходки. Вкладыш с внешней стороны электрического провода смонтирован так, что остальные части нанизаны на него. Вкладыш, прилегающий к внутренней стороне корпуса проходки, смонтирован так, что остальные части размещены внутри этого вкладыша. Внутренние части проходки выполнены в соответствии с формой и размером внутреннего сечения проходки и в них сделано как минимум одно отверстие для проведения как минимум одного электрического провода. Внутренние части максимально заполняют площадь сечения внутренней области герметичной кабельной проходки. Между внутренними частями, одним или несколькими электрическими проводами, корпусом проходки и иными необходимыми частями конструкции внутри проходки остаются лишь незначительные монтажные промежутки. Все токопроводящие элементы в проходке одновременно имеют такой радиус округления кромок и обработки поверхности, чтобы обладать антикоронарным поведением при номинальном эксплуатационном напряжении. Радиус скругления кромок лежит в диапазоне г = 3 - 15 мм. Максимальное значение обработки поверхности токопроводящих элементов - 8 по норме CSN ISO 468, основанной на CSN EN ISO 4287, CSN 013144.The above disadvantages of the existing state of the art are eliminated by streamlining the internal insulating layers of the sealed cable penetration medium and high voltage. Biological protection against the penetration of ionizing radiation through a penetration is formed by a combination (layering) of the most suitable materials. Such materials are usually lead and a mixture of polyethylene and boron. These materials, in the form of usually plate bodies, are mounted directly into the penetration module. Some bodies of a mixture of polyethylene with boron are provided with inserts that serve as insulation between the individual conductive elements inside the tunnel. The liner on the outside of the electrical wire is mounted so that the remaining parts are strung on it. The insert adjacent to the inner side of the penetration housing is mounted so that the remaining parts are placed inside this insert. The internal parts of the penetration are made in accordance with the shape and size of the internal section of the penetration and at least one hole is made in them for conducting at least one electric wire. The internal parts maximize the cross-sectional area of the inner area of the sealed cable penetration. Between the internal parts, one or more electrical wires, the housing of the penetration and other necessary parts of the structure inside the penetration, only insignificant mounting gaps remain. All conductive elements in the sinking at the same time have such a radius of rounding of the edges and surface treatment, so as to have anti-corona behavior at rated operational voltage. The radius of the rounding of the edges lies in the range r = 3 - 15 mm. The maximum surface finish of conductive elements is 8 according to CSN ISO 468, based on CSN EN ISO 4287, CSN 013144.

Содержание бора в полиэтилене обратно пропорционально толщине слоя (внутренней части), состоящего из смеси полиэтилена с бором. Чем меньше бора в полиэтилене, тем толще должен быть слой для обеспечения достаточного снижения уровня ионизирующего излучения.The boron content in polyethylene is inversely proportional to the thickness of the layer (inner part), consisting of a mixture of polyethylene with boron. The less boron in the polyethylene, the thicker the layer should be to ensure a sufficient reduction in the level of ionizing radiation.

Внутренние части могут быть закреплены внутри модуля проходки как минимум одним монтажным болтом из непроводящего материала. Материал должен иметь хорошие электроизоляционные свойства и должен быть вязким. Этот монтажный болт скрепляет внутренние части между собой и/или прикрепляет их к торцам проходки.The internal parts can be secured inside the penetration module with at least one mounting bolt of non-conductive material. The material must have good electrical insulating properties and must be viscous. This mounting bolt fastens the internal parts together and / or attaches them to the ends of the penetration.

Определенная часть вредного ионизирующего излучения, однако, может проникать через отверстия во внутренних частях по электрическому проводу. Решением является смещение относительно друг друга отверстий, в которых проходят электрические провода, в отдельных телах, составляющих внутреннюю часть, и в торцах проходки так, что на протяжении проходки эти отверстия смещены относительно друга друг по меньшей мере на диаметр такого отверстия. Таким образом, отверстия сместятся с одной оси, по которой прямолинейно распространяется излучение. Если излучение проникает сквозь отверстия в каких-то телах, составляющих внутреннюю часть, и/или через отверстие в торце проходки, оно задерживается элементом, образующим внутреннюю часть, и/или торцом проходки со смещенным отверстием. Смещение отверстий на практике решено за счет небольшого поворота торцов проходки с отверстием, размещенным не на оси, и внутренних частей с отверстием, размещенным по оси и/или вне оси, во время изготовления проходки.A certain part of harmful ionizing radiation, however, can penetrate through holes in the internal parts through an electric wire. The solution is to offset relative to each other the holes in which the electric wires pass, in the separate bodies that make up the inner part, and at the ends of the penetration so that during the penetration these openings are offset from each other by at least the diameter of such an opening. Thus, the holes will shift from one axis along which the radiation propagates linearly. If the radiation penetrates through the holes in some of the bodies that make up the inner part, and / or through the hole in the end of the penetration, it is delayed by the element forming the inner part, and / or the end of the penetration with a displaced hole. The displacement of the holes in practice is solved due to a slight rotation of the ends of the sinking with a hole not located on the axis, and the internal parts with a hole placed on the axis and / or off-axis, during the manufacture of sinking.

Существенное снижение проникающего ионизирующего излучения достигается благодаря монтажу внутренних частей подходящих форм и размеров из материалов, которые эффективно защищают от проникновения ионизирующего излучения через проводку. Таким образом создана эффективная биологическая защита, которая способна ликвидировать в помещении за проходкой вредное ионизирующее излучение до практически неизмеримых показателей.A significant reduction in penetrating ionizing radiation is achieved through the installation of internal parts of suitable shapes and sizes from materials that effectively protect against penetration of ionizing radiation through the wiring. Thus, an effective biological protection was created, which is capable of eliminating harmful ionizing radiation in a room behind a penetration to practically immeasurable indicators.

Внутри проходки, по крайней мере в месте наименьшего расстояния между электрическим проводом и каким-либо проводящим (металлическим) элементом, свободное пространство монтажных промежутков полностью заполнено затвердевающей изолирующей заливкой, гомогенной по своему составу. На практике, однако, гомогенной затвердевающей заливкой заполняются все свободные монтажные промежутки между электрическим проводом, всеми материалами биологической защиты и корпусом проходки. Такая заливка обычно сделана из смеси на базе полиуретана с наполнителями, дополненными, в случае необходимости, замедлителями горения. Замена газа в монтажных промежутках на затвердевающую изолирующую заливку предотвращает образование частичных пробоев между проводящими элементами внутри проходки.Inside the penetration, at least at the smallest distance between the electric wire and any conductive (metal) element, the free space of the mounting gaps is completely filled with a hardening insulating fill, homogeneous in composition. In practice, however, a homogeneous hardening fill fills all the free mounting gaps between the electrical wire, all biological protection materials and the penetration case. Such filling is usually made of a mixture based on polyurethane with fillers, supplemented, if necessary, with flame retardants. Replacing the gas in the mounting spaces with a hardening insulating fill prevents the formation of partial breakdowns between the conductive elements inside the tunnel.

Преимущество заявляемого изобретения заключается в том, что малейшие промежутки между проводящими компонентами заполнены изолирующей гомогенной заливкой, которая обладает соответствующей устойчивостью к электрическому напряжению, во время эксплуатации не меняет свой объем и обладает механической устойчивостью во всех проектных режимах эксплуатации. Выбор очень малых промежутков между находящимися под напряжением компонентами внутри герметической кабельной проходки основан на требовании, предъявляемом к проходке среднего и высокого напряжения, а именно на требовании снизить ионизирующее излучение, исходящее от контаймента атомной электростанции. Проходка помещена в отверстии ограниченного размера в проходной стене контайнмента ядерного реактора. Затвердевающая изолирующая заливка одновременно фиксирует отдельные внутренние части конструкции герметичной кабельной проходки и предохраняет их от толчков и вибрации.An advantage of the claimed invention lies in the fact that the smallest gaps between the conductive components are filled with an insulating homogeneous filling, which has the corresponding resistance to electrical voltage, does not change its volume during operation and has mechanical stability in all design operation modes. The choice of very small gaps between the energized components inside the hermetic cable penetration is based on the requirement for medium and high voltage penetration, namely the requirement to reduce ionizing radiation from the contour of a nuclear power plant. A penetration is placed in a hole of a limited size in the passage wall of the containment of a nuclear reactor. The hardening insulating casting simultaneously fixes the separate internal parts of the design of the hermetic cable penetration and protects them from shocks and vibration.

Перечень рисунков на чертежахThe list of drawings in the drawings

Рис. 1 - боковая и фронтальная схемы комплекса биологической защиты с обкладками.Fig. 1 - side and frontal diagrams of a complex of biological protection with plates.

Рис. 2 - боковая и фронтальная схемы комплекса биологической защиты в варианте исполнения для трех проводов.Fig. 2 is a side and frontal diagram of a biological protection complex in an embodiment for three wires.

Рис. 3 - вид герметичной проходки без корпуса и провода.Fig. 3 is a view of a sealed penetration without a housing and wire.

Рис. 4 - боковая и фронтальная схемы проходки с повернутыми отверстиями на торцах.Fig. 4 - lateral and frontal driving patterns with turned holes at the ends.

Герметичная кабельная проходка среднего и высокого напряжения в данном примере представлена в решении для одного провода, снабжена одним электрическим проводом 1. На обоих торцах 6 проходки провод снабжен изоляторами 2. Проходка изготовлена из трубок из нержавеющей стали и оснащена комплексом биологической защиты 4. Биологическая защита 4 в этом примере состоит из двух дисков из смеси полиэтилена с бором 4а, снабженных вкладышами, между которыми размещен один диск из свинца 4b. Биологическая защита 4 установлена на электрическом проводе 1. Все свободные пространства, или монтажные промежутки 5, между элементами 4а, 4b биологической защиты 4, электрическим проводом 1 и корпусом 3 проходки заполнены затвердевающей изолирующей заливкой 7. Затвердевающая изолирующая заливка 7 в этом примере сделана из смеси, сдерживающей распространение огня. Все проводящие электричество элементы, содержащиеся в проходке, имеют диаметр и/или радиус округления кромок, обеспечивающие их антикоронарное поведение при номинальном эксплуатационном напряжении, которое для данного примера равно 8 кВ. В данном примере радиус всех проводящих электричество элементов, содержащихся в проходке, равен r=3 и r=15, значение обработки поверхности равно 3,2 и 0,8. Описанное решение представлено на рисунке 1.Sealed cable penetration of medium and high voltage in this example is presented in the solution for one wire, equipped with one electric wire 1. At both ends of 6 penetrations, the wire is equipped with insulators 2. The penetration is made of stainless steel tubes and equipped with a biological protection complex 4. Biological protection 4 in this example, it consists of two disks made of a mixture of polyethylene with boron 4a, equipped with liners, between which there is one disk of lead 4b. Biological protection 4 is installed on the electric wire 1. All the free spaces, or mounting spaces 5, between the elements 4a, 4b of the biological protection 4, the electric wire 1 and the body 3 of the penetrations are filled with a hardening insulating fill 7. The hardening insulating fill 7 in this example is made of a mixture containing the spread of fire. All electricity-conducting elements contained in the sinking have a diameter and / or a radius of rounding of the edges, ensuring their anticoronary behavior at a rated operational voltage, which for this example is 8 kV. In this example, the radius of all the electrically conductive elements contained in the sinking is r = 3 and r = 15, the surface treatment value is 3.2 and 0.8. The described solution is presented in Figure 1.

Пример 2Example 2

Герметичная кабельная проходка среднего и высокого напряжения в данном примере представлена в решении для трех проводов, снабжена тремя электрическими проводами 1. Каждый электрический провод 1 снабжен изоляторами 2 в месте прохождения через торцевые части 6 проходки. Базовый вариант конструкции, описанный в Примере 1, здесь изменен следующим образом: электрические провода 1 равномерно смещены на 120° относительно друг друга в поперечном сечении. Биологическая защита 4 и торцевые части 6 проходки в данном случае оснащены тремя отверстиями для электрических проводов 1. Все свободные пространства, или монтажные промежутки между элементами 4а, 4b биологической защиты 4, электрическими проводами 1 и корпусом 3 проходки заполнены затвердевающей изолирующей заливкой 7. Затвердевающая изолирующая заливка 7 в этом примере сделана из смеси, сдерживающей распространение огня. Все проводящие электричество элементы, содержащиеся в проходке, имеют диаметр и/или радиус округления кромок, обеспечивающие их антикоронарное поведение при номинальном эксплуатационном напряжении, которое для данного примера равно 8/12 кB. В данном примере радиус всех проводящих электричество элементов, содержащихся в проходке, равен r=3 и r=15, значение обработки поверхности равно 3,2 и 0,8.Sealed cable penetration of medium and high voltage in this example is presented in the solution for three wires, equipped with three electrical wires 1. Each electrical wire 1 is equipped with insulators 2 at the point of passage through the end parts 6 of the penetration. The basic design, described in Example 1, is modified as follows: electrical wires 1 are uniformly offset by 120 ° relative to each other in cross section. The biological protection 4 and the end parts 6 of the penetration in this case are equipped with three holes for the electrical wires 1. All free spaces, or mounting spaces between the elements 4a, 4b of the biological protection 4, the electrical wires 1 and the housing 3 of the penetration are filled with a hardening insulating filling 7. Hardening insulating fill 7 in this example is made from a mixture that inhibits the spread of fire. All electricity-conducting elements contained in the sinking have a diameter and / or a radius of rounding of the edges, ensuring their anti-corona behavior at the rated operational voltage, which for this example is 8/12 kB. In this example, the radius of all the electrically conductive elements contained in the sinking is r = 3 and r = 15, the surface treatment value is 3.2 and 0.8.

Преимуществом варианта проходки для трех проводов является снижение потерь тока в непосредственной близости от фазовых проводов в системе трехфазного распределения.The advantage of the three-wire sinking option is to reduce current losses in the immediate vicinity of the phase wires in a three-phase distribution system.

Описанное решение представлено на рисунке 2.The described solution is presented in Figure 2.

Пример 3Example 3

Герметичная кабельная проходка среднего и высокого напряжения в данном примере представлена в решении для трех проводов, снабжена тремя электрическими проводами 1. Каждый электрический провод 1 снабжен изоляторами 2 в месте прохождения через торцевые части 6 проходки. Этот вариант отличается от Примера 2 поворотом относительно друг друга торцевых частей 6 проходки и элементов 4а и 4b биологической защиты 4. Поворот торцевых частей 6 должен быть произведен таким образом, что соответствующие отверстия на торцах 6 повернуты или смещены по меньшей мере на диаметр данных отверстий. Этим изменением в конструкции достигается дальнейшее снижение прямолинейного проникновения (сквозного проникновения) распространяющегося ионизирующего излучения от контаймента атомной электростанции во вторичные (биологически незащищенные) помещения.Sealed cable penetration of medium and high voltage in this example is presented in the solution for three wires, equipped with three electrical wires 1. Each electrical wire 1 is equipped with insulators 2 at the point of passage through the end parts 6 of the penetration. This option differs from Example 2 by rotating the end faces 6 of the penetration and the biological protection elements 4a and 4b relative to each other 4. The turning of the end parts 6 should be performed in such a way that the corresponding holes on the ends 6 are rotated or offset by at least the diameter of these holes. This change in design allows a further reduction in the direct penetration (through penetration) of the propagating ionizing radiation from the containment of a nuclear power plant into secondary (biologically unprotected) rooms.

Описанное решение представлено на рисунке 4.The described solution is presented in Figure 4.

Описанная выше герметичная кабельная проходка среднего и высокого напряжения подходит главным образом для подачи питания главным циркуляционным насосом ядерных электростанций и отвечает требованиям проектных рабочих и аварийных режимов. Заявляемая проходка подходит и для отводов высокого напряжения от разного оборудования (трансформаторов, электрических двигателей, распределительных щитов и т.п.), где необходимо низкое значение частичных разрядов.The medium and high voltage hermetic cable penetration described above is mainly suitable for supplying power to the main circulation pump of nuclear power plants and meets the requirements of design operating and emergency conditions. The claimed penetration is also suitable for high voltage taps from various equipment (transformers, electric motors, switchboards, etc.), where a low value of partial discharges is required.

Claims

1. Sealed cable penetration of medium and high voltage, which is an integral part of the passage walls of nuclear reactors containing all the inputs of electrical, measuring, output and supply wires, in the cross section of which the insulating properties of the passage concrete wall of the containment against the penetration of ionizing radiation, consisting of a housing, are reduced in which at least one electric wire is placed, which is equipped with insulators at the ends of the penetration housing at its ends, the distance between the electrical wires and / or other electrically conductive materials in the penetration are variable, and the mounting gaps between the electric wires and / or other electrically conductive and / or non-conductive materials are filled with a hardening insulating fill that has a homogeneous structure.

2. The hermetic cable penetration according to claim 1, characterized in that the homogeneous hardening insulating casting is made of a mixture that inhibits the spread of fire.

3. Protection of the hermetic cable penetration, which is an integral part of the passage walls of nuclear reactors, containing all the inputs of electrical, measuring, output and supply wires, inside of which the insulating properties of the concrete passage wall of the containment against the penetration of ionizing radiation are reduced in the section of the hermetic cable penetration, and the longitudinal axis of the penetration is at least one inner element formed by a layer of lead, and at least one inner element formed th layer of a homogeneous mixture of polyethylene with boron, with at least one hole for an electric wire and at least one internal element of a mixture of polyethylene with boron on the inside of the penetration case and / or on the outside of the electric wire provided with an insert in each inner element moreover, all the elements conducting electricity contained in a sealed penetration have a radius of rounding of the edges r = 3 - 15 mm, as well as the maximum value of the surface treatment of the elements conducting electricity equal to 8, according to CSN ISO 468, based on CSN EN ISO 4287, CSN 013144.

4. Protection under item 3, characterized in that the boron content in the polyethylene is inversely proportional to the thickness of the layer of a mixture of polyethylene with boron.

5. Protection under item 3, characterized in that the internal parts are attached to the ends of the penetration and / or to each other with one mounting bolt of a non-conductive material.

6. Protection according to claim 3, characterized in that the position of each hole in the end of the penetration is offset from the position of the same hole in the opposite end of the penetration by at least the diameter of the hole.