Способ определения электрической прочности коллекторной изоляции термоэмиссионной сборки при реакторных испытаниях

 

Изобретение относится к термоэмиссионному методу преобразования тепловой энергии непосредственно в электрическую и может быть использовано при создании термоэмиссионного реактора-преобразователя с расположенными внутри активной зоны термоэмиссионными электрогенерирующими сборками (ЭГС). Во время реакторных испытаний ЭГС с одним изолированным токовыводом производят в два цикла съем вольтамперных характеристик (ВАХ) с измерением сбрасываемой каждым электрогенерирующим элементам (ЭГЭ) тепловой мощности, регистрируют в первом цикле съема ВАХ напряжение пробоя U_пр, номер элемента, где произошел пробой, относят к элементу, где разность сбрасываемых тепловых мощностей максимальна, а определение электрической прочности коллекторной изоляции проводят по выражению V_эп=(k-n_кз)U_пр/n_р, где n_кз - количество короткозамкнутых элементов между изолированным токовыводом и элементом, где произошел пробой, n_р - число работоспособных элементов. Техническим результатом является повышение точности и обеспечение безопасности. 1 ил.

Изобретение относится к термоэмиссионному методу преобразования тепловой энергии непосредственно в электрическую и может быть использовано при создании термоэмиссионного реактора - преобразователя (ТРП) с расположенными внутри активной зоны термоэмиссионными электрогенерирующими сборками (ЭГС).

Важнейшим этапом создания ТРП является отработка ЭГС при петлевых реакторных испытаниях.

Известен способ контроля характеристик пробоя коллекторной изоляции (коллекторного пакета - КП) ЭГС с помощью формул теории возмущений [1]. Он основан на измерении потенциала шин (токовыводов) на краях ЭГС относительно ее чехла (корпуса). При появлении пробоя КП произойдет резкое измерение (уменьшение) сопротивления КП и перераспределение потенциалов шин на краях ЭГС. Из анализа изменения этих потенциалов можно определить проводимость утечек тока и примерно место пробоя КП.

Однако этот способ может быть реализован лишь при наличии двух изолированных токовыводов (шин) ЭГС, хотя очень часто для упрощения конструкции петлевого канала (ПК) и испытаний используют ЭГС с одним изолированным токовыводом.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ определения электрической прочности коллекторной изоляции (коллекторного пакета - КП) ЭГС с одним изолированным токовыводом при петлевых реакторных испытаниях, описанный в [2]. Он включает съем во время реакторных испытаний вольтамперных характеристик (ВАХ) в два цикла, регистрации во время съема ВАХ первого цикла напряжения пробоя V_пр, определение при съеме ВАХ во втором цикле номера к ЭГЭ, где произошел пробой, оценку количества n_кз короткозамкнутых ЭГЭ между изолированным токовыводом, оценку числа n_р работоспособных (некороткозамкнутых) ЭГЭ и определение электрической прочности КП по формуле V_эп = (k - n_кз) V_пр/n_р.

Однако этот способ не всегда позволяет обнаружить место пробоя и соответственно определить координату k ЭГЭ, где произошел пробой. Поэтому часто приходится специально дать гореть обратному разряду в течение 20 - 60 с с тем, чтобы произошел тепловой пробой с соответствующим резким возрастанием температуры чехла напротив ЭГЭ, где произошел пробой. Однако это может привести к аварийной ситуации в виде разгерметизации сборки.

Техническим результатом, достигаемым при использовании изобретения, является повышение точности и обеспечение безаварийности.

Указанный технический результат достигается в способе определения электрической прочности коллекторной изоляции (коллекторного пакета - КП) ЭГС с одним изолированным токовыводом при петлевых реакторных испытаниях, включающем съем во время реакторных испытаний вольтамперных характеристик (ВАХ) в два цикла, регистрации во время съема ВАХ первого цикла напряжения пробоя V_пр, определение при съеме ВАХ во втором цикле номера k ЭГЭ, где произошел пробой, оценку количества n_кз короткозамкнутых ЭГЭ между изолированным токовыводом, оценку числа n_р работоспособных (некороткозамкнутых) ЭГЭ и определение электрической прочности КП по формуле V_эп = (k - n_кз) V_пр/n_р, в котором во время съема ВАХ в обеих циклах измеряют сбрасываемую каждым ЭГЭ тепловую мощность, при этом во втором цикле сравнивают значения сбрасываемой каждым ЭГЭ тепловой мощности, регистрируя разность сбрасываемых тепловых мощностей во втором и первом циклах, а номер k ЭГЭ, где произошел пробой, относят к ЭГЭ, где эта разность максимальна.

На рисунке приведен график, поясняющий суть предложенного способа.

Способ реализуется следующим образом.

В процессе предыдущих этапов петлевых испытаний, как правило, уже известно (например, из анализа энергетических характеристик и сравнения их с расчетными) количество короткозамкнутых n_кз и соответственно работоспособных n_р ЭГЭ. Поэтому для определения электрической прочности по (1) в конце петлевых испытаний осуществляют санкционированный пробой КП с целью определения электрической прочности КП в рабочих условиях (температуры, тепловые потоки, наличие радиационного облечения и пара и плазмы цезия). Для ЭГС с одним изолированным токовыводом измерение U_пр совмещают с медленным съемом статической ВАХ в сторону увеличения напряжения, с одновременным измерением сбрасываемым каждым ЭГЭ тепловой мощности Q_i. Измерение тепловой мощности производят или с помощью встроенных в петлевой канал секционированных калориметров или по измеряемой разности температур на гелиевом зазоре системы теплосброса петлевого канала. Величину U_пр регистрируют по максимально достигнутому напряжению U_макс, при котором произошло резкое увеличение обратного тока с соответствующим снижением напряжения. Типичная статическая "пробойная" ВАХ приведена на рисунке. Сразу же после скачка напряжения и тока для уменьшения вероятности теплового пробоя и разгерметизации КП рабочее напряжение уменьшают примерно до нуля, чтобы погасить разряд. После этого повторяют съем статической ВАХ, возможно даже небольшой ее участок, с измерением, сбрасываемым каждым ЭГЭ тепловой мощности Q^*_i. В ЭГЭ, где произошел пробой КП, будет зарегистрировано повышенное значение Q^*_i относительно Q^*_i, измеренной в первом цикле, так как к сбрасываемой ЭГЭ тепловой мощности (отбросной теплоты термодинамического цикла) добавится тепловая мощность электрических утечек через место пробоя в коллекторной изоляции. В остальных ЭГЭ значения Q_i и Q^*_i будут примерно равны. После четкой регистрации номера ЭГЭ, где произошел пробой, съем ВАХ второго цикла может быть прекращен, тем самым будет исключен тепловой пробой и возможность разгерметизации КП с попаданием пара цезия в страховочную полость петлевого канала. Таким образом известны все параметры, необходимые для определения электрической прочности КП по (1) в рабочих условиях.

Таким образом, предложенный способ определения электрической прочности коллекторной изоляции (коллекторного пакета) ЭГС с одним изолированным токовыводом при петлевых реакторных испытаниях позволяет повысить точность с одновременным обеспечением безаварийности проведения санкционированного пробоя коллекторной изоляции.

Источники информации: 1. Синявский В.В. Методы определения характеристик термоэмиссионных твэлов. - М.: Энергоатомиздат, 1990, с.124-125.

2. Там же, с.126-127.

Формула изобретения

Способ определения электрической прочности коллекторной изоляции термоэмиссионной сборки при реакторных испытаниях, включающий съем во время реакторных испытаний термоэмиссионной электрогенерирующей сборки с одним изолированным токовыводом вольтамперных характеристик в два цикла, регистрацию во время съема вольтамперных характеристик первого цикла напряжения пробоя, определение при съеме вольтамперных характеристик во втором цикле номера электрогенерирующего элемента, где произошел пробой, оценку количества короткозамкнутых элементов между изолированным токовыводом и элементом, где произошел пробой, оценку числа работоспособных элементов и определение электрической прочности коллекторной изоляции по выражению V_эп = (k - n_кз)U_пр/n_р, где V_эп - электрическая прочность коллекторной изоляции, В; U_пр - напряжение пробоя, В; k - номер электрогенерирующего элемента, где произошел пробой; n_кз - количество короткозамкнутых элементов между изолированным токовыводом и элементом, где произошел пробой, шт;
n_р - число работоспособных элементов, шт;
отличающийся тем, что во время съема вольтамперных характеристик в обоих циклах измеряют сбрасываемую каждым элементом тепловую мощность, при этом во втором цикле сравнивают значения сбрасываемой каждым элементом тепловой мощности, полученные в первом и во втором циклах, регистрируя разность сбрасываемых тепловых мощностей во втором и первом циклах, а номер элемента, где произошел пробой, относят к элементу, где эта разность максимальна.

РИСУНКИ

Рисунок 1