Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Анализ конструкций и методов герметизации кабельных проходок
1.1 Изучение и анализ конструкций герметичных кабельных проходок. 10
1.2. Герметизация металлокерамическими элементами . 29
1.3. Радиационная стойкость электроизоляционных материалов и металлов.
1.4. Способы соединения металлов с керамикой. 41
1.4.1. Пайка металла к керамике по классической технологии. 43
1.5 Выводы по первой главе. 46
ГЛАВА 2 Методика исследования
2.1 Характеристика объекта исследования 47
2.2 Установка для металлизации керамики 22ХС. 53
2.3 Подготовка образцов для исследования . 54
2.3.1 Изготовление изоляторов из керамики 22ХС. 54
2.4. Методика исследования газопроницаемости кабелей с минеральной изоляцией без керамических изоляторов.
2.5. Метод растровой электронной микроскопии 59
2.5.1 Сканирование 60
2.5.2. Построение изображения 62
2.6. Методика испытания кабельных модулей на герметичность. 64
2.7. Методика испытания изоляции герметичных модулей . 65
2.8. Метод температурно-программируемой десорбции. 66
2.9. Выводы к главе 2 69
Глава 3 Технология изготовления и исследование эксплуатационных характеристик кабельных модулей с керамическими изоляторами
3.1. Технология изготовления и пайки герметичных модулей 70
3.1.1 Предварительный обжиг изоляторов из оксидной керамики 73
3.1.2 Окончательный обжиг изоляторов 73
4 3.1,3 Металлизация керамических изоляторов в зоне пайки активным металлом 77
3.2 Изучение процесса газовыделения и выбор температуры отжига кабелей перед вакуумной пайкой
3.3 Пайка изоляторов из оксидной керамики 22ХС к кабелям с минеральной изоляции в металлической оболочке
3.4 Испытания кабельных модулей 82
3.4.1 Испытания на газопроницаемость и контроль электрического сопротивления изоляции кабельных модулей
3.4.2 Измерение газопроницаемости кабелей с магнезиальной изоляцией для гермовводов ВГКК
3.4.3 Исследование электрического сопротивления изоляции кабельных модулей с керамическими изоляторами в зависимости от температуры
3.4.4 Испытание кабельных модулей повышенным напряжением загерметизированных по различной технологии
3.4.5 Испытание кабельных модулей на воздействие термических циклов 91
3.5 Эксплуатационные и климатические испытания кабельных модулей с металлокерамическими изоляторами
3.6 Выводы к третьей главе 95
Общие выводы к диссертационной работе 97
Список литературы.
- Герметизация металлокерамическими элементами
- Подготовка образцов для исследования
- Методика испытания изоляции герметичных модулей
- Пайка изоляторов из оксидной керамики 22ХС к кабелям с минеральной изоляции в металлической оболочке
Введение к работе
Актуальность темы
Проблема надежности и безопасности атомных электростанций возникла с самого зарождения атомной энергетики, и по сей день является актуальной. В разных странах ведутся разработки герметичных вводов в герметичную зону первого контура АЭС, представляющую собой купол из железобетона или стали расположенного над атомным реактором и первым контуром теплоносителя. Герметичные кабельные вводы защищают "чистую" зону от вредных выбросов при нормальной работе реактора, и при разных аварийных ситуациях таких, как "малая" или "большая" авария, сейсмические воздействия, пожар и.т.д. Существует множество конструкторских разработок герметичных кабельных вводов, в основе которых лежат кабели с полимерной изоляцией, которые удобны при изготовлении изделия, обладают достаточно большой эластичностью, но имеют ряд существенных недостатков. Кабели с полимерной изоляцией не имеют продольной герметичности, что повышает требования к концевым заделкам, и не стойки к воздействиям радиации и высоких температур. Под действием радиации в полимерной изоляции происходит выделение газов, что приводит к разрушению герметичного ввода. Для герметичных проходок ВГКК-194-1-144-4.0-1500-04 мы используем кабели КНМС с минеральной изоляцией обладающие продольной герметичностью. Концевую заделку осуществляем изоляторами из высокоглиноземистой керамики 22ХС, которая обладает рядом положительных свойств. Таких свойств, как коррозионная, радиационная, химическая и фрикционная стойкость. Керамика с высоким содержанием А1203 имеет высокие диэлектрические и механические характеристики, устойчива к высокотемпературному окислению и т.д.
Однако высокоглиноземистая керамика обладает рядом недостатков, таких, как неустойчивость к тепловым ударам, плохая обрабатываемость и низкая смачиваем ость припоями, поэтому при практическом применении керамических изоляторов в качестве концевых заделок кабелей возникают определенные трудности. Технология соединения керамических изоляторов с металлической оболочкой кабелей является ключевой технологией обеспечивающей возможность применения керамических элементов при изготовлении кабельных модулей используемых в качестве токоведущих элементов в герметичных кабельных проходках.
Одним из сдерживающих факторов в использовании керамических изделий является сложность получения металлокерамических соединений ввиду отсутствия смачиваемости припоями поверхности керамики. Существующие на данный момент способы соединения металлов с керамикой трудоемки и многоступенчаты. Поэтому существует необходимость разработки и усовершенствования технологии изготовления и пайки керамических изоляторов.
Цель диссертационной работы Целью диссертационной работы является разработка конструкции, технологии изготовления и пайки керамического изолятора для кабельного модуля, а также исследование эксплуатационных характеристик полученных изделий.
Для достижения поставленной перед нами цели требовалось решить следующие научные и практические задачи:
1. Разработать конструкцию и технологию изготовления керамических изоляторов для концевой заделки кабельных модулей.
2. Экспериментально установить температуру десорбции газов в кабелях с минеральной изоляцией необходимую для подбора режима сушки кабелей перед процессом пайки
3. Разработать технологию пайки керамических изоляторов в вакуумной печи.
4. Провести экспериментальное исследование степени натекания (газопроницаемости) кабельных модулей в случае разгерметизации концевых заделок в условиях аварийной ситуации необходимое для прогноза развития аварийной ситуации.
5. Провести ряд испытаний и исследований: испытание на герметичность концевых заделок, измерение электрического сопротивления изоляции кабелей, испытание повышенным напряжением, испытание термическим циклированием, испытание однократным воздействием повышенной температуры и.т.д. для контроля изготовленных кабельных модулей Научная новизна работы:
а) Разработана конструкция и технология активной пайки кабельных модулей
с керамическими изоляторами без стальных обечаек.
б) исследованы эксплуатационные свойства полученных изделий.
в) полученные кабельные модули устойчивы к температурным воздействиям и выдерживают испытания при параметрах завышенных в 2 раза чем это требуется по ТУ 7434-4740909-001-92Э "Вводы герметичные контрольных кабелей типа ВГКК для АЭС"
Защищаемые положения:
1. Разработаны конструкция, технология изготовления и пайки керамических изоляторов к кабелям с минеральной изоляцией путем металлизации керамики титаном с последующей пайкой в вакуумной печи твердым припоем ПСр-72.
2. На основании полученных экспериментальных данных показано: Для расчета газопроницаемости кабелей с минеральной изоляцией применим закон Дарси, что подтверждено экспериментально, это позволило дать прогноз газопроницаемости гермовводов ВГКК для случая полной разгерметизации концевых заделок кабельных модулей.
3. Модули с керамическими изоляторами загерметизированные методом вакуумной пайки имеют герметичность 1-Ю"11 м3Па/с и соответствуют требованиям ТУ по основным параметрам: электрическое сопротивление изоляции, испытания повышенным напряжением, воздействие 300 температурных циклов в диапазоне температур от 20 до 60 С.
Апробация
Основные результаты исследований были представлены на: 1. Стринадко Е.Н., Калиниченко Б.Б., Демчук В.А. "Климатические испытания герметичных модулей для АЭС". Третья региональная научная конфе s ренция "Физика: Фундаментальные и прикладные исследования, образование", 27-29 мая 2002 года, г. Благовещенск, АмГУ (стр.142).
2. Стрииадко Е.Н., Калиниченко Б.Б. "Испытания кабелей на натекание". Всероссийской научно-технической конференции "Новые материалы и технологии" в МАТИ 22-23 октября 2002 года, г. Москва.
3. Калиниченко Б.Б., Стринадко Е.Н. "Исследование герметичности кабелей с минеральной изоляцией". Шестая региональная научная конференция студентов, аспирантов и молодых учёных по "Физике полупроводниковых, диэлектрических и магнитных материалов", 2-3 декабря 2002 года, г. Владивосток, ИАПУ ДВО РАН (стр. 11).
4. Стринадко Е.Н., Калиниченко Б.Б., Костюков Н.С. "Исследование герметичности кабелей с минеральной изоляцией". Региональная школа-симпозиум "Физика и химия твёрдого тела", 15-16 сентября 2003 года, г. Благовещенск, АмурКНИИ (стр.10).
5. Стринадко Е.Н., Калиниченко Б.Б., Костюков Н.С. "Исследование герметичности кабелей с минеральной изоляцией". Четвёртая региональная научная конференция "Физика: Фундаментальные и прикладные исследования, образование", 2-4 октября 2003 года, г. Владивосток, ИАПУ ДВО РАН (стр.90).
6. Стринадко Е.Н., Калиниченко Б.Б., Костюков Н.С, Демчук В.А. "Герметичные вводы для АЭС". Региональной конференции студентов, аспирантов и молодых учёных по физике, 3-5 декабря 2003 года, г. Владивосток, ДВГУ
7. Б.Б. Калиниченко, В.А. Демчук, "Структура зоны спая при активной пайке алюмооксидной керамики". ДВГУ ИГиП Региональной конференции студентов, аспирантов и молодых учёных по физике, 13-15 декабря 2005 года, г. Владивосток
8. Костюков Н.С, Холодный С.Д., Еранская Т.Ю., Калиниченко Б.Б., Стринадко Е,Н. Патент «ГЕРМЕТИЧНЫЙ КАБЕЛЬНЫЙ ВВОД» Регистрационный номер № 2259608 Приоритет изобретения 27 ноября 2003 г. Зарегистрировано в Гос. реестре изобретений РФ 27 августа 2005 г. 9. Калиниченко Б.Б., Демчук В.А., Костюков Н.С., Стринадко Е.Н. «Измерение газопроницаемости кабелей с минеральной изоляцией для гермовводов ВГКК» // Атомная энергия. Том 100 Выпуск №2 2006 г. (стр. 159-160)
10. Демчук В.А., Калиниченко Б.Б., Костюков Н.С. "Активная пайка ме-таллокерамических модулей для АЭС. Эксплуатационные свойства". Международный симпозиум (III Самсоновские чтения) "Принципы и процессы создания неорганических материалов" 12-15 апреля г. Хабаровск 2006.
Описание диссертации
Во введении приведена общая характеристика работы, обоснована актуальность темы, сформулирована цель и отражены научная новизна и практическая ценность полученных результатов.
В первой главе приведен литературный обзор существующих конструкций, рассмотрены способы герметизации кабельных проходок и методы создания металлокерамических соединений.
Во второй главе приведены методики проведения экспериментов. В третьей главе Представлена технология изготовления и пайки герметичных модулей, экспериментально подобран режим отжига кабелей перед вакуумной пайкой. Представлены результаты испытаний герметичных кабельных модулей проведенных в соответствии с ТУ 7434-4740909-001-92Э "Вводы герметичные контрольных кабелей типа ВГКК для АЭС", испытания кабельных модулей на газопроницаемость при разгерметизации концевых заделок, представлены результаты климатических испытаний модулей с металлокерамическими изоляторами.
Герметизация металлокерамическими элементами
Здесь в корпусе 5 гермоввода установлены проводники, проходящие через стеклянные изоляторы 6, корпус 5 крепится на опорном фланце 2 с помощью болтового соединения, герметичность стыка обеспечивается уплотнением 3 из алюминия. Фланец 2 герметично приваривается к оболочке 1. К концам проводников присоединены кабели. Места стыковки подходящих кабелей с гермовводом закрыты защитными колпаками 4, стеклянный изолятор выполнен из напряженного стекла.
Применение стеклянного диэлектрика ограничивает использование ввода в силовых цепях номинальной токовой нагрузкой не более 100 ампер в связи с нагревом жилы. А также стекло накладывает ограничения на использование ввода в условиях "большой" аварии.
Для получения качественного стеклянного изолятора необходимо при расчете изоляционной конструкции из стекла учитывать, что механическая прочность стекла при напряжении сжатия весьма значительна (порядка 80 даН/мм), а при напряжении растяжения очень мала (порядка 8 даН/мм ).
Благодаря соответствующему подбору материалов по коэффициентам теплового расширения можно обеспечить такое состояние, при котором в стекле при рабочих температурах возникают только напряжения сжатия. Теоретически возможно сопряжение в узле без возникновения напряжений - при температуре трансформации стекла (около 400С). Однако при охлаждении такого устройства каждая часть будет стремиться сжаться пропорционально своему коэффициенту теплового расширения. При этом стеклянный изолятор будет работать на сжатие, если коэффициент расширения стекла (2) будет меньше, чем коэффициент расширения наружной арматуры (3). Дополнительное повышение давления на стеклянный изолятор может быть достигнуто в случае, если коэффициент расширения токоввода (1) будет меньше, чем коэффициент расширения наружной арматуры (3). Наиболее идеальный случай: а3 а2 а.
Для наружной арматуры металл должен обладать высоким коэффициентом теплового расширения (порядка 130x10 1/град) в сочетании с высокой механической прочностью. Для токоведущей жилы может быть использована хромистая сталь с содержанием хрома 18%, которая имеет ТКР порядка 105х10"71/град.
При прохождении переменных токов будет происходить дополнительный нагрев наружного кольца арматуры изолятора вихревыми токами, что приводит к некоторому расширению кольца относительно стеклянного элемента и уменьшению напряжении сжатия в стекле.
Из сказанного можно сделать вывод, что на основе стеклянных изоляторов возможно создание гермовводов для слаботочных линий АЭС при условии правильного определения размеров арматуры изоляторов на основе расчетов и оптических исследований.
Однако температуростойкость этих вводов ограничивается точкой трансформации стекла - 400С. При рабочих температурах свыше 200С резко снижается срок службы ввода. Допустимые значения нагрузочного тока были определены опытным путем. Величина сопротивлений изоляции составляет порядка 1013 Ом.
Фирма "Сименс" для изготовления вводов используют стекло марки "Ос-рам М123А", которое обладает высокой изолирующей способностью, хими ческой стойкостью, вакуумной плотностью в диапазоне температур от 0 до 300С, хорошей соединяемостью с железом и хромистой сталью и имеет КТР порядка 95х10"71/град.
Кроме ограничений, связанных с применением стекла, недостатками данной конструкции является также то, что герметичный ввод собирается в процессе монтажа на станции и не обеспечивает биологическую защиту в местах расположения стеклянного изолятора, равную стальной стенке оболочки, не предусмотрен контроль герметичности соединений, использование металлической (алюминиевой) прокладки требует высокой точности и чистоты обработки сопрягаемых поверхностей.
Еще один пример ввода кабелей: вводная сборка кабелей помещена в герметичную перегородку и имеет вид насадки. Внутри насадки имеется корпусная сборка 1 (рис. 1.13) [3, 33, 42] в виде трубчатого элемента, который проходит сквозь герметичную перегородку.
В торце трубчатого элемента располагается герметичный ввод 2 с клеммами, герметизированный стеклом. На другом конце ввода проводники 3 также имеют клеммы для подсоединения, которые могут быть заделаны в другой герметичный ввод 6, также герметизированный стеклом. В сборке имеется приспособление для закрепления проводников внутри трубчатого элемента. Подсоединение к электрическим контактам ввода выполняется с помощью индивидуальных контактов. Для определения разгерметизации сборки имеется приспособление 4. К фланцевому элементу 7 присоединяется кожух 5 для механической защиты вводов. Кроме того кожух 5 обеспечивает поддержание специальной окружающей среды в области вводов.
Это конструктивное решение рассчитано на использование в низковольтных слаботочных системах с допустимой окружающей температурой не более 400С (точка трансформации стекла) и при незначительных дозах радиации.
Подготовка образцов для исследования
Развитие техники и возрастание требований к атомной энергетике требует внедрения в промышленность новых более эффективных технологических процессов, обеспечивающих повышение надежности, работоспособности, сокращения числа технологических операций при изготовлении изделий с вакуумплотными соединениями металла с керамикой. В атомной энергетике металлокерамические изделия используются в различных приборах и оборудовании, в том числе и при изготовлении герметичных кабельных вводов.
В данной работе рассматривается возможность пайки керамических изоляторов из оксидной керамики 22ХС к кабелям с минеральной изоляцией в металлической оболочке. Так как расплавленные припои имеют более высокую поверхностную энергию, чем у керамических окислов, в связи с этим, энергия поверхности раздела расплавленный металл - окисел обычно велика. Поэтому смачивание и растекание паяющего металла по поверхности керамики не наблюдается.
Краевые углы жидких припоев на поверхности окиси алюминия составляют 110-130 [44]. Для улучшения смачиваемости поверхности необходимо довести угол смачиваемости до 10-20 это можно сделать добавкой в припой нескольких процентов активного металла (титана, циркония). Эти металлы вместе с припоем образуют расплавы при повышенных температурах, которые обладают высокой реакционной способностью и хорошо растекаются по поверхности керамики и металла, взаимодействуя с ними тем самым обеспечивая образование прочного спая [45-48,80, 86-90].
При создании металлокерамических спаев используются активные паяющие системы на основе титана и циркония, имеющие температуру плавления обычных припоев.
Для каждого конкретного сочетания припой - активный металл необходимо оптимальное соотношение. При недостатке в паяющей системе активного металла керамика плохо смачивается [44,49], а при избытке активного металла сплав, образующийся во время пайки, обладает высокой жесткостью, что приводит возникновению дополнительных напряжений в зоне спая припой - керамика и возникновению микротрещин.
В случае пайки твердыми припоями (ПСр72, AgCuNi и.т.д.) титан растворяется в припое и способствует растеканию паяющей системы, по поверхности керамики взаимодействуя при этом с окислами керамики. Расплав заполняет все имеющиеся зазоры между металлом и керамикой, обогащает титаном зоны на границе с керамикой, ускоряет процесс диффузии на границе расплав - керамика, в результате чего скорость реакции титана с окислами керамики возрастает. Припой частично отвлекает на себя титан от реакции с окислами керамики, образуя при этом интерметаллические соединения [44,82]. Спаи металла с керамикой образуются за счет взаимодействия титана с окислами. При этом угол смачивания и степень развития переходной зоны зависят от состава активной системы [44, 49]. Согласно работ [44, 50, 51,81] установлено, что при нанесении титановых паст на поверхность керамики возникает возможность образования паяных соединений металла с керамикой при температуре около 500С.
При пайке по активной технологии можно использовать кроме титана и циркония такие тугоплавкие металлы, как тантал и ниобий.
Как уже выше сказано, основную часть паяющей системы должен составлять сплав, имеющий относительно низкую точку плавления, содержащий в себе медь, серебро, никель и.т.д. Например, для пайки с алюмооксид-ной керамикой металлов могут быть использованы такие паяющие системы, как Ti-V-Cr (температура соединения 1550 - 1650С), Ti-Zra (температура соединения составляет 1650 - 2100С) и другие [60,83].
Известно также использование активных металлов в качестве металлической арматуры при соединении с оксидной керамикой. При нагреве паяе мой детали в вакууме атомы титана сосредотачиваются на границе раздела с керамикой, при этом часть титана окисляется с образованием Ті02, ТіО, Ті203 и вступает в реакцию с А120з, а другая часть ионов титана диффундирует в кристалл А120з и по границам зерен образуется промежуточный слой твердого раствора Ti-O-Al. В результате всего процесса получается прочное ваку-умплотное металлокерамическое соединение [65].
В работах [63,84] рассматривается использование титановой или циркониевой детали как конструкционного элемента металлокерамического узла. Титан и цирконий служат поставщиками активного металла в припой, растворяющий его в процессе соединения металла с керамикой. В работе [84] указано, что максимальную механическую прочность имеют спаи металла с керамикой с применением медно-никелевого припоя полученные в вакууме при температуре 980С, а при соединении керамики с металлами паяющей системой Ag-Cu максимальная прочность металлокерамического соединения достигается при температуре 820С.
Одной из особенностей характера взаимодействия титана с медью является образование эвтектики в результате контактно-реактивного плавления. При эвтектической температуре максимальная растворимость титана в меди составляет 7,8 % [65,85,86].
Коэффициент растекаемости припоя (отношение площади занимаемой припоем до расплавления и после), в котором содержится 80% Си и 20% Ті, по молибдену и керамике составляет 0,2-0,3, при этом краевой угол смачивания составляет от 80 до 20 [65]. После выдержки паяемой детали в вакуумной печи при температуре 1050С краевой угол не изменяется и составляет 40 [91].
Медно-титановый припой представляет собой двухслойную фольгу, состоящую из слоя меди толщиной 0,1 мм и слоя титана толщиной 0,05 мм. Для получения вакуум-плотных спаев оптимальный зазор между паяемыми деталями необходимо выдерживать в пределах 0,05 - 0,08 мм. При пайке в вакууме давление во время пайки не должно превышать 2,7-10 Па [65,92,93,94].
Преимуществом способа активной пайки является то, что при пайке ме-таллокерамического узла в вакууме или атмосфере нейтральных газов, нет необходимости нагружать паяемую деталь для обеспечения вакуумной плотности соединения.
Известен также способ пайки металла с алюмооксидной керамикой имеющей различное содержание Si02, паяющей системой Ti-Fe. Температура пайки с применением этой системы составляет 1100 - 1200С. Пайка осуществляется в атмосфере аргона с различным содержанием кислорода, от концентрации которого зависит прочность паяного соединения на срез. В работе [95] представлена зависимость прочности металлокерамического соединения от содержания Si02 в керамике с точки зрения термодинамики взаимодействия между Ті и S1O2 и образования соединения РегАїгСи вследствие наличия в аргоне кислорода, вступающего в реакцию с Fe и Si02.
Существуют технологии пайки, использующие соединения активных металлов. Примером такой технологии является пайки металла с керамикой с использованием гидридов Ті или Zr [65,82]. Пасту, состоящую из порошка гидрида титана (TiH4) наносят на керамику. После высыхания пасты, собирают металлокерамический узел, при сборке в место спая помещают припой. Пайка производится в вакуумной печи при рабочем давлении 2-Ю"3 Па и температуре 850С. При температуре 450 - 500 С гидриды титана разлагаются, и титан образует с жидким припоем активный сплав, обеспечивающий образование вакуумплотного спая.
Методика испытания изоляции герметичных модулей
Для испытания кабельных модулей применяется метод "гелиевой камеры" [57]. Этот метод предназначен для проверки на герметичность элементов и окончательно собранных изделий.
На одну сторону модуля подается пробный газ гелий заданным давлением, а другая сторона модуля соединяется с гелиевым течеискателем.
Сущность метода заключается в том, что изделие, подсоединенное с одной стороны к герметичной камере, с другой стороны подсоединяется к от-качной системе с течеискателем. В откачанную камеру подается пробный газ гелий под заданным давлением с концентрацией, близкой к 100%, или его смесь с контрольными газами, но не менее 50%, и в случае негерметичности гелий через имеющиеся течи попадает во внутренний объем изделия, затем в МСК течеискателя, и по отклонению стрелки фиксируется наличие общего натекания.
Метод "гелиевой камеры" позволяет дать количественную оценку общего натекания в пределах чувствительности течеискателя, т.е. натекания (1,3-10" 1 -2,6-10" м3-Па/с) и более как при комнатной температуре, так и при повышенных температурах, заданных в ТТ (технических требованиях чертежа).
В диссертационной работе для измерения сопротивления изоляции герметичных модулей применяется мегаомметр Ф 4102/2.
Испытания проводятся в соответствии со стандартной методикой регламентируемой ГОСТом 2933-83 [53] в котором указывается порядок и условия испытаний кабелей с номинальным напряжением 0,4 кВ.
Измерение сопротивления изоляции проводят между жилами и корпусом герметичных модулей при комнатной температуре, 75% влажности, напряжением 1 кВ с промышленной частотой 50Гц в течение 1 минуты [54,58]. Минимально допустимое сопротивление изоляции каждого модуля в соответствии с ТУ 7434-4740909-001-92Э "Вводы герметичные контрольных кабелей типа ВГКК для АЭС" должно составлять 100 МОм.
Испытание изоляции кабельных модулей повышенным напряжением производится с целью выявления местных сосредоточенных дефектов, которые невозможно обнаружить при измерении сопротивления изоляции мега-омметром, путем доведения их в процессе испытания до пробоя. Это испытание повышенным напряжением выпрямленного тока производится на специальной испытательной установке УПУ-10 Рис. 2.7. Напряжение от установки прикладывается к изолированному центральному проводнику герметичного модуля, а внешняя оболочка модуля заземляется. Испытательное напряжение для кабелей с номинальным напряжением 0,4 кВ составляет 2 кВ [54,59]. Во время испытаний напряжение плавно поднимается до испытательной вели -@-i VD
SF - автоматический выключатель установки; TV - высоковольтный трансформатор; VD - выпрямляющий диод; R - дополнительное сопротивление чины и поддерживается неизменным в течение всего периода испытания. Отсчет времени выдержки под напряжением производится с момента приложения полной величины испытательного напряжения. Контроль времени производится по часам с секундной стрелкой.
Модуль считается выдержавшим испытание, если не произошло пробоя, не было скользящих разрядов по поверхности изоляторов и толчков тока или его нарастания, после того, как он достиг установившегося значения. Время испытания герметичного модуля повышенным напряжением составляет 2 минуты. После завершения испытаний повышенным напряжением сопротивление изоляции модулей измеряется повторно.
Для изучения процесса газовыделения и выбора оптимальной температуры отжига были проведены эксперименты в основу которых был положен метод температурно-программируемой десорбции. Суть метода заключается в следующем. Уравнение для скорости десорбции имеет вид: E„ где J a - равновесная концентрация адсорбата, o - период тепловых колебаний молекулы (атома) адсорбата (для молекулы воды 7о = ) R универсальная газовая постоянная, Т - абсолютная температура и Е d -энергия десорбции. Это уравнение имеет решение в том случае, если известна зависимость температуры от времени
Пайка изоляторов из оксидной керамики 22ХС к кабелям с минеральной изоляции в металлической оболочке
На атомных электростанциях с реакторами ВВЭР для защиты окружающей среды от вредных выбросов сооружается защитная железобетонная или стальная оболочка над энергетической установкой. В зоне локализации аварии расположены атомный реактор, оборудование первого контура и системы управления и защиты реактора. В эту зону для электроснабжения и для вывода контрольных сигналов различного назначения не нарушая герметичности, возникает необходимость прокладки кабельных линий. Для их ввода в зону локализации разрабатываются герметичные проходки (герметичные вводы). Современный герметичный кабельный ввод в общем виде представляет собой трубу с закрытыми торцами, через которые пропущены токопро-водящие кабели. Испытания на герметичность предшествуют большинству квалификационных испытаний и являются основным контрольным параметром, определяющим пригодность изделия.
Вся конструкция должна обеспечивать требуемый уровень герметичности в условиях аварийной ситуации. Так как надежность конструкции в целом определяется свойствами кабельных модулей, то наиболее приемлемым в условиях радиационного и температурного воздействия является использование кабеля с минеральной изоляцией. В связи с тем, что в качестве изоляции между токопроводящими жилами используется спрессованный порошок оксида магния, кабели должны эксплуатироваться с концевыми заделками для герметизации торцов кабеля. Концы кабелей в модулях герметизируются вакуумплотными металлокерамическими изоляторами, обладающими абсолютной радиационной стойкостью в гамма-полях и сохраняющими герметичность при облучении в реакторе до флюенсов 1019 нейтр/см2 [42]. Исходя из того, что основными параметрами, характеризующими работоспособность герметичных модулей, является герметичность и электрическое сопротивление изоляции, то кабели, изготовленные по технологии вакуумной пайки, были подвергнуты испытанию на герметичность, замеры производились на гелиевом течеискателе ПТИ-10 и контролю сопротивления изоляции. Испытания на герметичность были проведены соответствии с методикой представленной во второй главе п. 2.4. диссертационной работы, а контроль сопротивления изоляции был проведен в соответствии с Государственным стандартом. "Аппараты электрические низковольтные. Методы испытаний" ГОСТ 2933-83. Результаты испытаний приведены в таблице 3.1
Из результатов приведенных в табл. 3.1 видно, что продольная герметичность большинства кабельных модулей оказалась на уровне чувствитель-ности гелиевого течеискателя 1-Ю" м Па/с, а электрическое сопротивление составило 90-120 ГОм, что оказалось выше требуемых 100 Мом.
Согласно ТУ 7434-4740909-001-92Э [55] скорость утечки газа каждого герметичного узла (кабельного модуля) гермоввода не должен превышать 2,30-Ю"9 м3Па/с (для гермоввода ВГКК-194-1-44-4.0-1500-04), а скорость утечки газа через всю герметичную проходку не должна превышать 1,01325-10" м3Па/с.
Так, как герметичность кабельной проходки является одним из основных параметров, а герметичные кабельные модули с керамическими изоляторами разрабатывались для гермоввода ВГКК-194-1-44-4.0-1500-04, то возникла необ 85 ходимость исследовать газопроницаемость кабельных модулей при разгерметизированных концевых заделках. Исследования проводились на дух видах кабелей КМЖ 1x4 и КМЖ 7x2,5 с различным поперечным сечением.
В данном случае давление рабочего газа, приложенное с одной стороны образца оставалось постоянным и соответствовало режиму стандартной аварии 5 атм. Измерения производились в течение 24ч через определённые промежутки времени. Были исследованы восемь образцов кабелей КНМС 1x4 длинной 0,25 - 0,90 м, и пять образцов кабелей КМЖ 7x2,5 длинной 0,5м [37,38,39].
Процесс газопроницаемости пористой среды, каковой является магнезиальная изоляция кабеля, определяется не только формой и плотностью сквозных пор, но также характером переноса. Проницаемость материала возрастает с увеличением объемной концентрации и размера сквозных пор а также с уменьшением их извилистости.
Характер процессов течения газов через пористые среды определяется соотношением частоты столкновений между молекулами газа по сравнению с частотой их столкновений с поверхностью пор. В нашем случае, когда межмолекулярные столкновения преобладают над столкновением молекул со свободной поверхностью, имеет место вязкое ламинарное течение и в общем случае течение газов в пористой среде описывается уравнением Дарси [100], которое адекватно описывает характер движения газа при относительно малых градиентах давления:
