Герметичный ввод электрических проводников через защитную оболочку

Классификация по МПК: H01B

Патентная информация
Патент на изобретение №: 
2322717
Дата публикации: 
Воскресенье, Апрель 20, 2008
Начало действия патента: 
Среда, Октябрь 4, 2006

Изобретение относится к электроэнергетическим устройствам и может быть использовано для передачи электрической энергии посредством кабелей, проводов, жгутов различной конструкции в герметичных системах. Изобретение позволяет повысить надежность работы электрических проводников в гермовводах, увеличить срок службы гермовводов, повысить их радиационную (биологическую) защиту и огнестойкость. Указанные технические результаты достигаются тем, что в герметичном вводе электрических проводников через защитную оболочку, содержащем металлический корпус с расположенными внутри элементами биологической защиты с отверстиями по числу проводников и с закрепленными по обе стороны фланцами, на которых установлены изоляционные проходные модули с металлической арматурой, внутреннее свободное пространство корпуса заполнено газом под избыточным давлением и соединено с датчиком давления, изоляционные проходные модули (изоляторы) выполнены из керамических материалов, герметично соединенных посредством металлической арматуры с проводниками, при этом модули и проводники соединяются с металлической арматурой с помощью высокотемпературной лазерной сварки, а корпус заполняется сухим азотом, элегазом и др. газами под избыточным давлением до 2 ати. 8 з.п. ф-лы, 1 ил.


Изобретение относится к электроэнергетическим устройствам и может быть использовано для передачи электрической энергии посредством кабелей, проводов, жгутов различной конструкции в герметичных системах с обеспечением огнестойкости, сейсмостойкости и радиационной защиты, например, в атомных энергетических установках, химических реакторах, испытательных стендах и других аналогичных объектах и строительных сооружениях.

Известно устройство для пропускания электрических проводников в герметичную зону атомных станций, содержащее изолирующий многоканальный элемент, расположенный в закладной трубе соосно с электрическими проводниками, проходными изоляторами, закрепленными на фланцах по обе стороны закладной трубы.

Недостатком данного устройства является поэлементная сборка в защитной оболочке, отсутствие постоянного контроля герметичности, возможность попадания влаги внутрь устройства, снижение электрических параметров, сложность монтажа и демонтажа.

Наиболее близким по технической сущности к данному предложенному устройству является герметичный ввод (гермоввод) электрических проводников через защитную оболочку, содержащий металлический корпус с закрепленными по обе стороны фланцами и с расположенным внутри элементами биологической защиты с отверстиями по числу проводников, при этом на фланцах установлены изоляционные проходные модули (изоляторы) с металлической арматурой, размещенные по торцам корпуса и герметично соединенные с фланцами, причем модули выступают за торцы корпуса внутри и снаружи фланца на расчетное расстояние.

Недостатком этой конструкции является отсутствие надежной биологической защиты и постоянного контроля герметичности внутрикорпусного пространства гермоввода, отсутствие решения по защите модулей гермовводов от пожара и замене отдельных модулей. В результате не обеспечивается надежная и долговечная работа гермоввода электрических проводников.

Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение надежности работы электрических проводников, увеличение срока службы гермоввода, повышение радиационной (биологической) защиты и огнестойкости.

При осуществлении изобретения могут быть получены следующие технические результаты:

- обеспечение стабильности и качества электромеханических характеристик при сейсмических, термических и др. аварийных воздействиях и токах короткого замыкания;

- обеспечение постоянного контроля герметичности в процессе эксплуатации гермоввода.

Указанные технические результаты достигаются тем, что герметичный ввод электрических проводников через защитную оболочку, содержащий полый металлический корпус с закрепленными на его торцах фланцами с отверстиями, внутри которого расположены элементы радиационной защиты с каналами из электроизоляционных трубок по числу проводников, а также закрепленные в отверстиях фланцев и выступающие снаружи и изнутри корпуса изоляционные проходные модули с металлической арматурой, отличается тем, что фланцы корпуса имеют посадочные места для модулей в виде наружных цилиндрических выступов или внутренних цилиндрических расточек в отверстиях, внутреннее свободное пространство корпуса заполнено газом под избыточным давлением и соединено через кран-манометр с блоком автоматического регулирования давления, изоляционные проходные модули выполнены из керамических материалов и имеют фигурную внешнюю цилиндрическую поверхность: гладкую, в месте посадки в отверстии фланцев и гладкую утолщенную на конце, изнутри фланца, в месте контакта с электроизоляционной трубкой, и волнистую свободную, снаружи фланца и изнутри, причем изоляционные модули крепятся в отверстиях фланцев посредством металлической арматуры в форме цилиндрической втулки, а с проводниками модули соединяются посредством металлической арматуры в форме концевых колпачков, при этом участок каждого проводника внутри корпуса, между утолщенными концами модулей, имеет гибкий отрезок провода, концы которого соединены с концами проводников с помощью обжимных гильз и в центре которого размещен дополнительный элемент радиационной защиты в виде центрующей опорной втулки, а выступающие за торцы корпуса части модулей закрыты защитным кожухом, который крепится к концам корпуса снаружи и изнутри защитной оболочки.

Кроме того, изоляционные модули и проводники соединяются с металлической арматурой, а также между собой с помощью высокотемпературной лазерной сварки (пайки).

Металлическая арматура модулей и керамические материалы выбираются с учетом коэффициентов теплового расширения (КТР), причем должно соблюдаться соотношение: КТР наружной арматуры (α3), керамики (α2) и токоведущей жилы (α1): (α321).

Внутреннее пространство корпуса при эксплуатации заполняется сухим азотом, элегазом, инертным газом и их смесью под избыточным давлением до 2 ати.

Внутреннее свободное пространство корпуса вокруг проводников заполняется порошком из керамического изоляционного материала.

Защитный кожух выполнен из металла с теплоизоляцией или полностью изготовлен из огнестойкого материала, например термопластика.

На электрические проводники из токоведущих жил внутри гермоввода наносится изоляция из высокотемпературной органики или применяется керамическая изоляция жил, в т.ч. в металлической оболочке (например, кабели типа КМЖ и др.).

Фланцы могут быть изготовлены из огнестойкого, изоляционного материала, например из стекла или керамики.

На защитном кожухе герметично крепится клапан для слива конденсата.

Возможны различные конструктивные решения с однопроходными модулями. Крепление модулей на фланце герметичного ввода может производиться с помощью сварки или болтовым соединением.

Например, конструкция контрольного ввода отличается от силового ввода (ток более 500 ампер) тем, что проводники внутри ввода собираются в отдельные группы (жгуты) и пропускаются через отверстия радиационной защиты. Радиационная защита выполнена в виде двух металлических дисков, закрепленных внутри корпуса ввода и сдвинутых на определенный угол относительно друг друга от прямого радиационного прострела. Гибкий отрезок провода при этом отсутствует.

Снаружи ввода проводники также собираются в отдельные жгуты, по количеству проводников подсоединяемых кабелей, и через специальные герметичные уплотнения, закрепляемые на защитном кожухе, выводятся для соединения с кабелями.

Керамические модули, расположенные на фланце, могут быть как однопроходными, так и группироваться в одном модуле по количеству жил подводящего кабеля. При необходимости предусмотрено экранирование как отдельных проводников, так и групп проводников.

Изобретение поясняется чертежом, где изображен общий вид силового герметичного ввода.

Герметичный силовой ввод электрических проводников, установленный в стене защитной оболочки 1 с металлической облицовкой 2 с одной или с двух сторон, с закладной трубой 3 или без нее, содержит металлический корпус 4, расположенные по торцам корпуса 4 и герметично соединенные с ним фланцы 5. Внутри корпуса установлен элемент радиационной (биологической) защиты 6, изготовленный, например, из бетона, являющийся одновременно и изоляционным элементом.

В элементе защиты 6 выполнено одно или несколько отверстий, в каждое из которых вставлена и жестко закреплена электроизоляционная трубка 7, внутри которой размещены центрующие опорные втулки 8, обеспечивающие радиационную защиту от прямого радиационного прострела и центровку проводников. Через трубку 7 пропущен электрический проводник, состоящий из гибкого отрезка провода 9, размещенного в середине трубки 7, и двух стержней 10 и 11, соединенных с гибким проводом 9 с помощью обжимных гильз 12 или пайки.

Внутри корпуса, на концах трубки 7 и на фланцах 5 установлены проходные модули (изоляторы) 13. Модули снабжены арматурой в виде колпачка 14 и втулки 15.

Для контроля герметичности гермоввода используется блок автоматического регулирования давления 16, в состав которого могут входить, например, электрический датчик давления, кран-манометр, а также насосы для предварительного вакуумирования и подачи газа заданного состава и давления во время эксплуатации.

Выступающие за корпус 4 части модулей 13 закрыты защитным кожухом 17, который крепится к концам корпуса 4 снаружи и изнутри защитной оболочки 1.

Сборку всего гермоввода осуществляют в заводских условиях с применением специальных приспособлений, предназначенных для центровки и жесткой фиксации элементов корпуса в процессе нагнетания в него бетона с высоким коэффициентом поглощения гамма-излучения и с плотностью не менее 2,5 г/см3. После отвердения бетонного элемента радиационной защиты 6 в корпусе 4 герметично закрепляются, например, с помощью лазерной сварки фланцы 5 с герметично закрепленными в них проходными модулями 13, через которые проходят герметично соединенные с ними, например, посредством пайки проводники 10 и 11. Во фланцах 5 и в элементе радиационной защиты 6 может быть выполнено от 1 до 20 соосных отверстий, через которые проходят проводники 10 и 11, сцентрованные внутри с помощью втулки 8. После сборки корпус гермоввода через штуцер заполняется газом под избыточным давлением до 2 ати, например азотом или элегазом (SF6), после чего штуцер соединяется через кран-манометр с блоком контроля герметичности и регулирования давления 16 в процессе эксплуатации.

Гермоввод крепится к закладной трубе 3 защитной оболочки 1, например, АЭС с помощью сварки или болтового соединения.

К преимуществам работы предложенного гермоввода относятся следующие.

За счет заполнения внутренней полости корпуса газом и постоянного контроля избыточного давления и герметичности корпуса повышается надежность работы гермоввода и его долгочвечность, т.к. используемый газ под избыточным давлением уменьшает старение изоляции электрических проводников, проходящих внутри корпуса. Высокотемпературная лазерная сварка керамических проходных модулей с металлической арматурой и арматуры с проводниками позволяет повысить надежность работы гермоввода при сейсмических воздействиях и токах короткого замыкания, при этом электромеханические характеристики гермоввода повышаются или остаются на высоком уровне. Термическое воздействие (например, в результате пожара) на элементы гермоввода в процессе эксплуатации снижается за счет использования гибкого отрезка проводников внутри корпуса и наличия огнестойких защитных кожухов с теплоизоляцией, а также за счет правильного подбора материалов модулей (арматуры, керамики и проводников) по соотношению величин коэффициентов теплового расширения. Выполнение проходных модулей из вакуумплотных керамических материалов с заданной конфигурацией поверхности позволяет повысить разрядные, термические и механические характеристики гермоввода при высокой влажности окружающей атмосферы. Применение внутри корпуса центрующей опорной втулки дополнительно повышает радиационную защиту гермоввода. При изменении конструкции фланца, в частности при применении во фланцах вварных обечаек разного диаметра, модули вместе с проходящими через них проводниками могут, при необходимости, извлекаться и заменяться на аналогичные проходные модули.