БЛОЧНЫЙ ГЕРМЕТИЧНЫЙ ВВОД ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПРОВОДНИКОВ ЧЕРЕЗ ЗАЩИТНУЮ ОБОЛОЧКУ Российский патент 2016 года по МПК H02G3/22 

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 (изобретение по заявке 2656406/24-07 класса H01B 17/26) в герметичную зону атомных электростанций, 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 и при этом наблюдается снижение электрических параметров, сложность монтажа и демонтажа.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному в данной заявке устройству является герметичный ввод электрических проводников через защитную оболочку (RU 2322717 C1).

Герметичный ввод по данному патенту содержит металлический корпус, внутри которого в цементной смеси заармированы керамические трубки с проходящими внутри них проводниками с гибкой вставкой, проходные изоляторы, герметично соединяемые с фланцами, приваренными герметично по торцам корпуса, и герметичные кожухи.

Некоторые улучшения электромеханических характеристик гермоввода достигается за счет:

- заполнения под избыточным давлением внутреннего свободного пространства корпуса сухим азотом, элегазом и их смесью;

- внутреннее пространство корпуса вокруг проводников заполняется порошком из керамического изоляционного материала;

- нанесения на электрические проводники из токоведущих жил внутри гермоввода изоляции из высокотемпературной органики или применяется керамическая изоляция жил;

- развития (уширение) торцов проходных изоляторов внутри гермоввода.

Недостатками наиболее близкого аналога является следующее:

- недостаточно эффективно используется внутренний объем металлического корпуса герметичного ввода при пропускании электропроводников;

- использование цементно-песчаной смеси в качестве армирующего элемента керамических трубок и в качестве радиационной защиты внутри герметичного объема вводов снижает электроизоляционные свойства керамических проходных изоляторов в процессе эксплуатации и снижает надежность вводов в целом;

- нарушение целостности собственной заводской изоляции жил электропроводников в процессе монтажа также снижает электрические характеристики вводов.

Таким образом, целью заявленного изобретения являются повышение надежности и увеличение функциональных возможностей герметичных вводов (гермовводов).

Заявленное изобретение позволяет резко повысить количество проводимых электрических проводников в блоках герметичных вводов. Применение блочного конструктивного решения вводов позволяет обеспечить автономное использование каждого из блоков, снабженного индивидуальной системой контроля герметичности, при появлении неисправности в одном из блоков появляется возможность переключения электрических проводников с неисправного блока на резервный блок с сохранением работоспособности всего блочного герметичного ввода в целом. Изобретение позволяет повысить надежность работы гермовводов, повысить их радиационную (биологическую) защиту и огнестойкость, повысить электрическую и механическую прочность в силу того, что электрические проводники внутри блоков по всей длине гермоввода не имеют разрывов и нарушений собственной заводской электрической изоляции жил.

Кроме того, в заявленном устройстве возникает возможность значительно увеличить количество электропроводников без увеличения габаритных размеров существующих конструкций, устройств для пропускания электрических цепей в герметичные помещения или объемы с нормальным атмосферным давлением.

Указанные технические результаты достигаются тем, что может быть технически реализован блочный герметичный ввод электрических проводников через защитную оболочку, содержащий набор полых металлических трубчатых секций, объединенных по две секции в блок посредством внутренней центральной металлической трубы (центральный трубопровод) с проходящим внутри нее одним или более кабелями, прошедшими монтажную разделку внутри секций блока с герметичным пропусканием электрических проводников в собственной изоляции жил через проходные изоляторы, армированные общей обоймой секции блока в виде круга или прямоугольника, устанавливаемых перпендикулярно, параллельно или под любым углом оси блока ввода соответственно, с отверстием для дистанционной проверки герметичности внутриблочного объема с последующим прохождением электрических проводников и трубки проверки герметичности, охваченных термоусаживаемой трубкой, из секции блоков внутри боковых трубопроводов, которые через промежуточные втулки герметично проходят внутри отверстий фланцев ввода, герметично соединенных с охватывающей металлической трубой ввода, заполненной элементом биологической защиты и защитных кожухов, внутри которого со стороны «чистой зоны» находятся штуцеры дистанционного контроля герметичности в каждом из блоков герметичного ввода.

Секции являются основными элементами конструкции блока и образуются при проведении сборочных работ при механическом соединении (сварка) обоймы блока с центральным и боковым трубопроводами блока. При соединении обойм блока с центральным трубопроводом образуется герметичный объем блока, герметичность которого контролируется в процессе эксплуатации.

В зависимости от назначения, определяемого пропусканием через гермоввод контрольных силовых электропроводников, обоймы блоков могут иметь в сечении круг, прямоугольник и другую фигуру.

В зависимости от поставленных задач обоймы блоков могут быть составными, т.е. при конструктивном решении одновременно могут включать в себя элементы обоймы, имеющие поперечное сечение из вышеуказанного ряда.

Ориентировка обоймы в конструкции ввода может быть разнообразной:

- перпендикулярно оси ввода,

- параллельно оси ввода,

- под произвольным углом к оси ввода.

Все пожароопасные зоны герметизации ввода находятся при эксплуатации внутри защитной оболочки, а кольцевой зазор между трубопроводом и находящимся в нем кабелем жгутом на выходе из фланца ввода герметизируется на расчетную длину герметиком холодного отвердевания.

Далее заявленное изобретение поясняется чертежами, на которых:

На фиг. 1 изображен общий вид блочного герметичного ввода электрических проводников (БГВЭП) через защитную оболочку.

На фиг. 2 изображена конструкция типового блока и схема размещения блоков внутри блочного герметичного ввода.

На фиг. 3 изображена конструкция отдельного типового блока.

На фиг. 4 изображен вид А-А фиг. 1.

На фиг. 5 изображена конструкция отдельного блока ввода БГВЭП с монтажной площадкой для изоляторов, расположенной параллельно оси ввода.

На фиг. 6 изображена конструкция двухблочного герметичного ввода БГВЭП с монтажной площадкой для изоляторов, расположенной параллельно оси ввода (2 вариант).

Основная спецификация элементов блочного герметичного ввода содержит следующие элементы:

1 - закладная труба ввода,

2 - металлический корпус ввода,

3 - кожух ввода,

4 - штуцер контроля герметичности отдельного блока ввода,

5 - фланец ввода,

6 - монтажное кольцо ввода,

7 - биологическая защита (свинец) отдельного блока ввода,

8 - биологическая защита (цемент),

9 - электропроводники в секции блока,

10 - обойма блока,

11 - проходной изолятор блока,

12 - крепление кожуха ввода,

13 - секции блоков ввода,

14 - место соединения электропроводников ввода с кабелями потребителей в кожухах,

15 - промежуточная втулка герметичного крепления трубопроводов с электропроводками к фланцу ввода,

16 - отрезки металлических труб, внутри которых проходит кабель заводского исполнения (центральный трубопровод),

17 - отрезки металлических труб, внутри которых проходят электропроводники после прохождения и герметизации в проходных изоляторах, герметично закрепленных в обоймах блоков (боковые трубопроводы),

18 - место герметизации электропроводников с колпачком проходного изолятора,

19 - место закрепления штуцеров для нагнетания цементно-песчаного раствора во внутренний объем ввода (литники),

20 - воздушный зазор,

21 - воздухоотводящие отверстия при заливке внутреннего объема ввода цементно-песчаной смесью.

Блочный герметичный ввод электрических проводников через защитную оболочку (фиг. 1) содержит для примера пакет из 6-ти металлических блоков (фиг. 2), соединенных соосно и с поворотом между собой в определенной последовательности и заключенных внутри трубы (2)) с армировкой элементом биологической защиты (8).

Конструкция отдельного блока №1 ввода представлена на фиг. 2. Блок состоит из двух секций, внутри которых размещены обоймы (10) с проходными изоляторами (11) с герметично проходящими внутри них электропроводниками (9) в первичной заводской изоляции жил.

Внутренние объемы секций ввода герметично соединены между собой центральным трубопроводом (отрезок металлический трубы, внутри которых проходит кабель заводского исполнения (16)) с расположенными внутри одним или более кабелями с их монтажными разделками на входе секции, электропроводники (9) после их герметизации на проходных изоляторах, армированных обоймой (10) блока, находятся в боковых трубопроводах (17), герметично соединенных с секцией блока.

В боковом трубопроводе (17) со стороны чистой зоны вместе с электропроводниками располагается трубка проверки герметичности в секций блока.

На фиг. 3 представлена конструкция отдельного типового блока, где секция состоит из двух симметричных частей (полусекции), объединяемых в одно целое при проведении сборочных работ.

Сборка ввода осуществляется в следующей последовательности.

Центральный трубопровод (16) герметично соединяется с полусекциями блока №1 ввода, при этом внутри центрального трубопровода (16) уже пропущен кабель или более, концы которых на входе в полусекции проходят монтажную разделку, до изоляции жил электропроводников. Концы электропроводников пропускаются через проходные изоляторы (11) обоймы (10) блока. Обоймы сближаются до соприкосновения с полусекциями центрального трубопровода с обеих сторон блока и проводится герметизация соединения лазерной сваркой по линии контакта.

На выходе из проходных изоляторов (11) жилы электропроводников в месте герметизации освобождают от изоляции и герметично соединяют пайкой, лазерной сваркой с колпачком проходного изолятора (11), другая арматура которого также герметично соединена с обоймой секции.

Выходящие из камеры секций электропроводники после герметизации группируются, охватываются термоусадочной трубкой и вместе с трубкой проверки герметичности блока пропускаются далее в боковой трубопровод (17) со стороны чистой зоны. Аналогично проводится монтаж с другой стороны блока. Далее механически закрепляются элементы биологической защиты (7) на наружных торцевых поверхностях секций блока.

На объектах атомной энергетики при распространенной толщине стены оболочки 1500 мм для ввода диаметров 194 мм и состоящих из 6 блоков расстояние между секциями блока №1 составляет ориентировочно 920 мм.

Аналогично проводится сборка последующих блоков №№2, 3, 4, 5, 6, но при этом расстояние между секциями блоков (13) изменяется, при этом соответственно будут изменяться длины центральных и боковых трубопроводов блоков с проходящими внутри них кабелями и жгутами электропроводников.

Далее производится оформление и центрирование пакета из 6-ти блоков ввода, контроль их соосности, размещение блоков по принципу один в другом, то есть блок №2 размещен соосно в блоке №1, блок №3 размещен соосно в блоке №2 и т.д., но при этом для ввода из 6-ти блоков угол между трубопроводами с кабелями соседних блоков составит 60° (фиг. 4), далее производится механическое закрепление сформированного пакета блоков методом точечной лазерной сварки.

На выступающие концы боковых трубопроводов устанавливаются фланцы ввода и через промежуточные втулки (15) проводится герметичное соединение фланцев с боковыми трубопроводами (17) кабелей.

Затем производится установка металлической трубы (металлический корпус ввода (2)) корпуса ввода на центрированный пакет из 6 блоков и производится герметичное соединение лазерной сваркой корпуса (2) с фланцем (5) ввода с обеих сторон ввода.

Через литники (19) с использованием воздухоотводящих выпускных отверстий в металлическом корпусе (2) ввода производится инжекция мелкодисперсного цементного раствора или герметика холодного отвердевания во внутренний межтрубный объем ввода до его полного заполнения с последующей герметизацией технологических отверстий в корпусе ввода.

На выступающих из фланцев ввода участках трубопроводов с обеих сторон ввода производится герметизация кольцевого зазора между промежуточной втулкой (15) и трубой и кабелем путем инжекции на определенную глубину негорючего герметика холодного отвердевания.

После этого на креплениях (12) устанавливают герметичные кожухи ввода с двух сторон и сборка ввода заканчивается.

На фиг. 5 представлена конструкция отдельного блока БГВЭП с монтажной площадкой (обойма (10)) прямоугольной формы для изоляторов, изоляторных модулей, расположенной параллельно оси ввода.

На фиг. 6 отображена конструкция двухблочного герметичного ввода БГВЭП с монтажной площадкой (обойма (10)) прямоугольной формы для изоляторов, изоляционных модулей, также расположенной параллельно оси ввода.

Основные преимущества вновь разработанного блочного герметичного ввода электрических проводников через защитную оболочку (заявленного изобретения):

- разработан блочный вариант герметичного электроэнергетического устройства, позволяющий максимально полно использовать его внутренний герметичный объем для прохождения электропроводников. В известных герметичных вводах возможность проведения максимального количества электропроводников в конструкции ограничивается диаметром фланца ввода, его полезной монтажной площадью. Так, для вводов с диаметром фланцев 194 см максимальное количество проводимых электропроводников контрольных кабелей составляет 144 единицы, при этом полезная монтажная площадь фланца составляет порядка 200 см²;

- в разрабатываемых вводах, содержащих для примера 6 блоков, монтажная площадь обойм блоков составляет 600 см², при этом обойма блока в сечении является кругом и конструктивно устанавливается в блоке перпендикулярно осевой линии герметичного ввода. При использовании обоймы блока в виде сечения прямоугольной формы и конструктивно устанавливаемой в блоке параллельно оси герметичного ввода полезная монтажная поверхность блочного герметичного ввода увеличивается до 900 см². Превышение по монтажным площадям составляет 4,5 раза, что и позволяет технологически обеспечить прохождение во вновь разработанных вводах порядка 700 электропроводников. Появляется возможность планирования и создания резервных блоков в вводах;

- в каждом блоке герметичного ввода обеспечивается контроль герметичности. При потере герметичности, нарушении электрической изоляции, обрыве проводника в каком-либо блоке герметичного ввода этот блок заглушается, производят необходимые переключения на резервный блок и герметичный ввод остается работоспособным, то есть в оценке надежности работы герметичных вводов можно допускать запланированные отказы в количестве 1, 2 и т.д. в зависимости от степени резервирования герметичного ввода. В настоящее время при появлении подобных нарушений герметичности, нарушений электроизоляции и т.п. у эксплуатируемых сейчас герметичных вводов он становится неработоспособным, требуется трудоемкий и сложный демонтаж ввода и установка нового гермоввода при увеличенных эксплуатационных расходах;

- конструктивное решение блочного герметичного ввода позволяет для различных целей создавать блочные вводы с количеством блоков от 1 до 10 и более в зависимости от толщины защитной оболочки, типа пропускаемых электропроводников, типа используемой обоймы: блока в виде монтажной поверхности круга или прямоугольной формы;

- при количестве блоков 1-3 единиц технически реализуется конструкция блочного герметичного ввода для пропускания электропроводников на класс напряжений 0,4-10 кВ;

- при количестве блоков от 1 до 10 и более с использованием обойм ввода в виде круга или прямоугольника обеспечивается прохождение через герметичный ввод электропроводников цепей контроля, управления, сигнализации, при этом количество пропускаемых электропроводников в цепях контрольных кабелей может достигать 900 единиц;

- исключение из внутреннего объема герметичного ввода армирующей цементно-песчаной смеси позволяет повысить электромеханические характеристики электроизоляционных элементов ввода;

- армирование цементно-песчаной смесью наружных поверхностей трубопроводов с кабелями, блоков, элементов радиационной защиты (свинцовых дисков), внутреннего объема герметичных вводов повышает их механическую прочность и сейсмостойкость;

- заделка негорючим герметиком холодного отвердевания кольцевого просвета у выходящих из фланцев ввода концов трубопроводов с кабелями повышает огнебезопасность изделий;

- при строительстве новых блоков атомной энергетики появляется возможность уменьшения диаметра закладных элементов в оболочке блоков, а также возможного уменьшения в несколько раз количества закладных элементов, тем самым резко повышается надежность работы всего блока АЭС в целом;

- применение блочного герметичного ввода электропроводников через защитную оболочку позволяет получить значительный экономический эффект на объектах атомной энергетики.

Изобретение относится к области электрики и электроэнергетики и, в частности, к конструкциям герметичных электровводов и может быть использовано в различных электротехнических и энерготехнологических установках и аппаратах, например на атомных электростанциях. Блочный герметичный многолинейный ввод содержит набор полых металлических секций A, объединенных по две секции в блок посредством металлической трубы с проходящим внутри ее одним или более кабелями, прошедшими монтажную разделку внутри секции блока с герметичным пропусканием токовводов через проходные изоляторы, армированные общей обоймой кассеты блока, с отверстием для дистанционной проверки герметичности внуриблочного объема с последующим прохождением токовводов, охваченных термоусаживающей трубкой, из кассеты блоков внутри боковых трубопроводов, которые через промежуточные втулки герметично проходят внутри отверстий фланцев ввода, герметично соединенных с охватывающей трубой ввода, заполненной элементом биологической защиты, и защитных кожухов, внутри которого со стороны «чистой зоны» находятся штуцеры дистанционного контроля герметичности в каждом из блоков ввода. Изобретение обеспечивает повышение надежности и увеличение функциональных возможностей. 5 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Блочный герметичный ввод электрических проводников через защитную оболочку, характеризующийся тем, что он содержит набор секций блока, объединенных по две секции в блок посредством центрального трубопровода с проходящими внутри него кабелями с герметичным пропусканием жил электрических проводников через проходные изоляторы, армированные общей обоймой, устанавливаемой с отверстием для дистанционного контроля герметичности внутреннего объема с последующим прохождением электрических проводников и трубок штуцеров контроля герметичности, из секций блока внутри боковых трубопроводов, которые через промежуточные втулки герметично проходят внутри отверстий фланцев ввода, герметично соединенных с охватывающим металлическим корпусом ввода, заполненным элементом биологической защиты, и защитных кожухов, внутри которого со стороны «чистой зоны» находятся штуцеры дистанционного контроля герметичности каждого из блоков герметичного ввода.

2. Ввод по п. 1, отличающийся тем, что общая обойма имеет форму круга.

3. Ввод по п. 1, отличающийся тем, что обойма имеет форму прямоугольника.

4. Ввод по п. 1, отличающийся тем, что обойма установлена перпендикулярно оси ввода.

5. Ввод по п. 1, отличающийся тем, что обойма установлена параллельно оси ввода.

6. Ввод по п. 1, отличающийся тем, что все пожароопасные зоны герметизации ввода находятся при эксплуатации внутри защитной оболочки, а кольцевой зазор между трубопроводом и находящимся в нем кабелем, жгутом на выходе из фланца ввода герметизируется на расчетную длину герметиком холодного отвердевания.