Brevet FR2305826A1 — publié le 19761022

Par le brevet allemand 2 007 564, on connaît un réacteur à eau pressurisée pour des puissances relativement grandes, qui comporte un coeur de réacteur et des barres de contrôle, dont la position peut être réglée, par groupes de barres, sur la hauteur du coeur de réacteur, en vue de la régulation de puissance un groupe (batterie L) présentant la plus grande réactivité de commande n' étant introduit que sur une petite fraction de la hauteur du coeur et un groupe de plus grande étendue (batterie D), avec une plus faible réactivité de commande, étant actif sur toute la hauteur du coeur, les barres étant interchangeables.Dans le cas du réacteur à eau pressurisée connu, cette interchangeabilité consiste en un échange à peu près hebdomaciaire entre les barres de contrôle de l'un et de l'autre groupa.En procédant ainsi, l'on veut éviter que certaines barres de contrôle appartenant au groupe plongeant pleinement dans le coeur ne subissent une plus faible consommation ou combustion nucléaire du fait de leur immersion fréquente ou constante. Or, c'est précisément danr ies zones de faible consommation du coeur que les barres de cont dle pré- sentent l'efficacité maximale. Qn peut donc dire que la présente invention part d'un problème totalement différent. le point de départ de la présente invention est le fait que l'on a constaté que l'efficacité des barres de contrôle peut se trouver diminuée par un empoisonnement local du coeur du réacteur par le xénon, La présente invention se propose de supprimer cet abaissement de la réactivité des barres de contrôle. Elle vise ainsi, en outre et cala ost son objectif principaX à améliorer et surtout A rendre plus rapide la régulation du réacteur d eau pressurisée. Belon la présente invention, une horloge (ou générateur de rythme) est affectée aux barres du groupe le plus large, et provoque automatiquement l'inter-échange de ces barres. Pendant cette opération, il se produit donc automatiquement, et de façon indépendante du nombre total de barres de contrôle du groupe le plue large introduites, un échange de barres en fonction du temps, qui a comme résultat de supprimer, dans une large mesure, l'dvolu- tion des phénomènes d'empoisonnement local par le xénon, qui nuisent à l'efficacité des barres de contrôle.Cet échange mécanisé n'est donc pas comparable à I'in-t;er-échangr, précédemment décrit, des barres de contrôle d'un groupe avec celles de l'autre groupe, lequel est déterminé par la consommation et a, de ce fait, lieu à longue échéance intégralement en fonction de la puissance. L'horloge ou le générateur de rythme est de préférence un mécanisme de commande temporisé à rythme constant. L'intervalle entre deux pzocessus d'échange peut être avantageusement compris entre une demi-heure et deux heures, l'intervalle le plus court se soldant par un échange plus fréquent accompagné d'une influence plus forte correspondante sur l'empoisonnement par le xénon, mais aussi par une plus grande sollicitation des commandes des barres de contrôle. L'horloge ou générateur de rythme peut être avantageusement interconnecté avec un circuit réalisé par une technique de oB- blage fixe ou avec des calculateurs, que l'on utilise pour le programme de fonctionnement des barres de contrôle, lequel programme de fonctionnement est indispensable pour tenir compte, d'une part, de la puissance du moment et, d'autre part, de la consommation ou combustion à longue échéance. Dans certains cas, on peut aussi, à l'aide d'un calculateur, déduire, à partir du flux de neutrons déterminé localement par mesure directe, les puis- sances spécifiques maximales admissibles ou même la consommation ou combustion nucléaire.Nais l'essentiel est que lthorloge selon la présente invention permet, en outre, d'échanger à des intervalles de temps bien définis , les barres de contrôle ainsi déterminées. Dans le cas d'un mode de réalisation important de la présente invention, horloge (ou le générateur de rythme) n'est mise en circuit que temporairement, avant les prises de charge, conformément à la courbe de charge Journalière d'un réseau électrique. Ce mode de réalisation est applicable à des réacteurs à eau pres- surinée produisant une puissance constante pendant de périodes prolongées, qui fonctionnent donc, pour ainsi dire, "à la charge de basez, et dont la puissance ne subit que des variations occa sionnelles destinées à l'adapter aux fortes variations de la charge de pointe du matin ou du soir, ou du service de nuit du réseau électrique. Â ltoccasion de ces variations, l'horloge est mise en circuit suffisamment tôt avant la variation de puissance rapide escomptée pour que l'augzentation de l'efficacité des barres de contrôle qu'elle permet soit garantie au moment où l'on veut réaliser des variations rapides de la charge.La mise en circuit de l'horloge ou du générateur de rythme devrait avoir lieu au moins plusieurs heures avant la forte variation de la charge escomptée. Pour expliquer plus en détail-la présente invention, un exemple de réalisation est décrit à l'aide des dessins ciannexés. La figure 1 est une représentation schématique d'un réacteur à eau pressurisée avec ses barres de contrôle faisant fonction d'organes de régulation et les dispositifs de régulation essentiels, la figure 2 représente un mode de réalisation possible de horloge ou du générateur de rythme selon la présente -invention, et la figure 3 représente, par quelques courbes, lté- volution en fonction du temps de certaines caractéristiques du réacteur. Le réacteur à eau pressurisés comporte une cuve de réacteur 1, qui contient le coeur de réacteur 2. La hauteur du coeur H est supérieure à 3,5 m, par exemple 3,9 m, car le réacteur à eau pressurisée est conçu pour une puissance de 1200 MWe. La cuve de réacteur 1 est reliée à un circuit de fluide de refroidissement extérieur 3. Celui-ci comprend au moins un générateur de vapeur 4, à travers lequel une pompe de fluide de refroidissement principal 5 refoule 1' eau légère servant de fluide réfrigérant primaire. Le générateur de vapeur 4 reçoit son eau d'alimentation par une conduite d'eau d'alimentation 6. La vapeur est envoyé dans une turbine non représentée par l'intermédiaire d'une conduite 7. les barres de contrôle, qui sont réalisées avec un matériau absorbant les neutrons et dont on peut régler la position sur toute la hauteur du coeur H, servent à la régulation de la puissance thermique d'environ 4000 MW, qui est produite dans le coeur 2 du réacteur à eau pressurisée. Ctest au total environ cinquante barres de contrôle qui sont réparties, dans une large mesure uniformément, s sur la section transversale à peu près circulaire du coeur 2. Elles sont d'une conception pratiquement identique, car leur longueur active, c'est-à-dire absorbant les neutrons, est, de manière concordante, à peu près identique à la hauteur du coeur H. Les barres de contrôle sont divisées en trois groupes. Un premier groupe, représenté par la barre 10 et désigné par la lettre L, sert à maintenir le fluide de refroidissement à une température déterminée. Sa position n'est pratiquement réglée que dans la zone supérieure du coeur de réacteur, comme il est esquissé en 11, et, une fois acquise, la position du groupe reste, dans la mesure du possible, inchangée. Ce premier groupe X comprend envi ron 2/3 à 3/4 de la totalité des barres de contrôle. Un second groupe est représenté par la barre 14. I1 est désigné par la lettre D et est destiné à compenser les répercus- sions de la température du combustible sur la réactivité. À cet effet, sa position est pratiquement réglable sur toute la hau- teur du coeur H, comme il est esquissé en 15. Le nombre de ses barres est égal à environ 1/3 à 1/4 de la totalité des barres de contrôle. Deux prises de mesure 20 et 21, prévues au circuit de fluide de refroidissement estérieur 3, déterminent la température du fluide de refroidissement à la sortie de la cuve de réacteur 1, et sa température après passage dans le générateur de vapeur 4. À partir de ces valeuretune moyenne ,st formée en 22, moyenne qui sert à la régulation de la température dn fluide de refroidissement. Â cet effet, la valeur effective de la température du fluide de refroidissement est comparée à la valeur de consigne d'un afficheur ou transmetteur de consigne 23 et transmise à un régulateur à action proportionnelle et dérivée (régulateur PD) 25. Celui-ci agit, par l'intermédiaire d'un élément de transfert à action proportionnelle 26 comportant une "bande morte" d'une largeur de + 10 C, sur un mécanisme d'avanc pas à pas 28 qui règle la position des barres 10 de la batterie ou du groupe de puissance X, comme il est esquissé par la ligne de commande 29, et qui, à l'aide d'un répétiteur (ou afficheur) de position 27, indique la profondeur d'immersion du groupe de puissance L au moment considéré. Un afficheur ou transmetteur de valeur de consigne 40, prévu pour la position du second groupe de contrôle p, met en marche un mécanisme d'avance pas à pas 42, par l'intermédiaire d'un élément de transfert à action proportionnelle comportant un l'élément de bande morte" 41 de + 5 cm, de sorte que la position des barres de contrôle 14 est modifiée lorsqu'il y a une répartition indésira- ble de la puissance ou lorsqu'il faut s'y attendre. Ce transmetteur de valeur de consigne comporte une horloge ou un générateur de rythme 44, qui sera décrit ultérieurement à l'aide de la figure 2. Pour compenser l'empoisonnement par le xénon et la consommation ou combustion, on peut injecter de l'eau déminéralisée ou de l'acide borique dans le coeur du réacteur 2. A cet effet, une conduite d'acide borique 48 et une conduite de déionat (eau pure) 49 sont raccordée au circuit de fluide de refroidissement 3 par l'intermédiaire d'une pompe de fluide de refroidissement 50. Un mécanisme de commande régulateur 53 ouvre les vannes de réglage correspondantes 51 et 52. Ce mécanisme de commende reçoit ses signaux de commande, d'une part, directement en fonction d'une comparaison entre la valeur de consigne de la position du groupe D, qui est en premier lieu fonction de la puissance thermique du réacteur, et la valeur effective de la position, que fournit un transmetteur 54 affecté au mécanisme d'avance pas à pas 42. L'autre grandeur est une valeur de consigne qui peut être préréglée ou préalablement transmise par un transmetteur ou afficheur 60. la figure 2 représente les détails de l'horloge ou du géné- rateur de rythme 44 affecté à la batterie D, repère 14. Cette horloge comporte un moteur synchrone 63, par exemple, faisant fonction d'élément de temporisation ou de rythmeur, qui, par l'intermédiaire d'un mécanisme de transmission non représenté mais esquissé sur la figure par la tringle d'attaque ou de manoeuvre 64, actionne trois ponts de contact 65, 66 et 67 couplés les uns aux autres aux ponts de contact 65 à 67 correspondent deux de contacts 69 et 70, que les ponts permettent de relier l'une à l'autre en trois points.Le dispositif peut être réalisé sous forme de tambour, de sorte que les ponts de contact exécutent un mouvement de rotation ou de révolution, au cours duquel ils avancent d'un contact, par intervalles d'une heure environ, et toujours dans le même sens. Les contacts de la série de contacts 69 sont affectés, en trois groupes,, à trois valeurs de consigne différentes pour la position des barres de contrôle. A cet effet, les contacts d'un groupe sont reliées entre eux. Par l'intermédiaire du branchement 75, un potentiomètre 72 affiche, comme valeur de consigne des barres de contrôle, la profondeur d'immersion "zéro" pour le premier groupe 73 de la série de contacts 69. Le deuxième groupe 76 des contacts de la série 69 est raccordé à un potentiomètre 78, à l'aide du branchement 77, de manière telle que la valeur de consigne "30" des barres de contrôle, c'est-à-dire environ un tiers de la hauteur du coeur, soit préréglée comme profondeur dtimmersion des barres de contrôle 14. Pour le dernier groupe 80 des contacts de la série 69, le potentiomètre 81 établit, par l'intermédiaire du branchement 82, un préréglage de la valeur de consigne de 90%, par exemple. Les contacts de la série de contacts 70 sont disposés en trois groupes, reliés entre eux comme l'indiquent les "ponts" 85, disposition qui correspond au regroupement des nombres minima de barres de contrôle 14 de la batterie D qui se déplacent simulta nément. Dans cet exemple de réalisation, on s'est basé sur l'hypo thèse de onze dispositions groupées de oe type, qui pourraient aussi parfaitement ne oomprendre qu'une seule barre de contrôle. L'horloge 44 règle donc à tour de rôle, dans l'ordre ehronologi- que souhaité, avec des pauses ou intervalles compris entre 10 mi nutes et une heure, la position de chaque unité minimale des bar res de contrôle 14, à une valeur de consigne correspondant à l'une des trois valeurs de consignes possibles (0, 30 ou 90%). Ce régla ge s'effectue plus vite que ne peut intervenir un empoisonnement par le xénon, nuisible à l'efficacité dea barres de contrôle. Il faut noter que l'horloge 44 n'agit pas sur la position "globale" des barres de contrôle 14 de ce qu'on appelle la batte rie D, mais qu'elle transmet simplement, en tant que préréglage, une valeur de consigne bien déterminée, variable en fonction du temps, de la profondeur dtimmersion de "sous-groupes", que traite ensuite unicirúit de rajustage ou de repoaltiounement"(régulation de a position, ou déjà même réalisé sous forme de circuit de rappel"). De ce fait, la régulation n'est par ailleurs pas modi fiée.Seule la répartition dans l'espace sur le coeur du réacteur 2 est donc transmise au préalable pour celles des barres de contrôle 14 qui sont déterminées, selon le nombre et la profondeur d'immer- sion, par la régulation principale de la position des barres de contrôle, par exemple en correspondance avec la position des bar res de contrôle 10 de la batterie L. Les barres de contrôle 14 à intervertir peuvent aussi être déterminées par dtautres critères, par exemple par des puissances locales élevées ou par la consom- mation, qui est définie par un oalculateur non représenté sur la figure. Sur la figure 3 sont représentées, en fonction du temps, sur une échelle horaire de douze heures (12 à 24 h), non seulement la puissance du réacteur 86 et la puissance du générateur 87, mais aussi la valeur maximale du flux de neutrons 88, selon les instru ments du coeur et la capacité des barreaux combustibles 89 que dd- termine le système de mesure i sphère du réacteur. La courbe 90 indique la position de la batterie L comprenant les barres de contrôle 10. Les courbes 92, 93 et 94 ne représen tent, dans un but de simplification, que les positions des barres de contrôle pour quatre groupes partiels de la batterie D, qui fonctionnent sans l'horloge selon la présente invention. La courbe 95 représente l'addition correspondante d'eau déminéralisée ou diacide borique. On peut en conclure ce qui suit: Pour abaisser rapidement les puissances du réacteur et du générateur 86, 87, ce qui entrain une réduction correspondante du flux de neutrons 88 et de la capacité des barreaux combustibles 89, il faut, pendant une brève période, augmenter la profon- deur d'immersion des barres de contrôle 10 de la batterie L selon la courbe 90 (pointe ou crête 98).On introduit en même temps les quatre groupes partiels de la batterie D. Mais on les retire ensuite après environ une heure, ce qui est un délai court pour les phénomènes dus au xénon, afin de ne pas provoquer une excessive oscil- lation axiale de la puissance. Pour compenser ce mouvement des barres et l'empoisonnement par le xénon, on injecte de leeau déminéralisée selon la courbe 95, c'est-à-dire que l'on réduit la teneur en acide borique de l'eau de refroidissement. Dans la période suivante, les groupes partiels de la batterie D, introduits en vue de réduire la puissance, perdent déjà beaucoup de leur efficacité après un bréf laps de temps. Cependant, horloge 44, selon la présente invention permet d'éviter ce manque d'efficacité, car, par son intermédiaire, les barres de contrôle 14 de la batterie D sont interverties, en continu, à des intervalles égaux ou inférieurs à une heure, intervalles courts en ce qui concerne ltempoi- sonnement par le xénon, de sorte que l'affaiblisement de leur efficacité par un empoisonnement local dA au xénon se trouve évité ou du moins sensiblement réduit. REVENDICATIONS 1 - Réacteur à eau pressurisée pour grandes puissances, qui comporte un coeur de réacteur et des barres de contrôle, dont la position peut être réglée, par groupes de barres, sur la hauteur du coeur de réacteur, en vue de la régulation de la puissance, un groupe (batterie B) présentant la plus grande réactivité de commande n'étant introduit que sur une petite fraction de la hauteur du coeur et un groupe de plus grande étendue (batterie D), avec une plus faible réactivité de commande, étant actif sur toute la hauteur du coeur, les barres étant interchangeables, caractérisé en ce qu'une horloge (ou générateur de rythme (44) est affectée aux barres (14) du groupe le plus large (batterie D), et provoque automatiquement l'inter-échange de ces barres (14). 2 - Réacteur à eau pressurisée selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'horloge ou le générateur de rythme (44) provoque l'inter-échange de différentes barres du groupe le plus large ou de plus grande étendue (batterie D.) 3 - Réacteur à eau pressurisée selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'horloge ou le générateur de rythme (44) présente un mécanisme de commande temporisé (63) à rythme constant, de préférence avec des intervalles de temps compris entre 10 minutes et deux heures. à eau 4 - Réacteur/pressurisée selon l'une quelconque des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que l'horloge ou le générateur de rythme (44) est interconnectée avec un calculateur déterminant les barres (14) à intervertir, selon la combustion nucléaire ou consommation locale. 5 - Réacteur à eau pressurisée selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que horloge ou le générateur de rythme (44) peut être mise en circuit temporairement, conformément à la courbe de charge journalière d'un réseau électrique. 6 - Réacteur à eau préssurisé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la mise en circuit a lieu au moins quelques heures avant les fortes variations de charge escomptées.