Ввод герметичный силовых электрических проводников через защитную оболочку
SEALED INPUT OF POWER ELECTRICAL CONDUCTORS THROUGH A PROTECTIVE SHELL

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 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.
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 их проводниками с гибкой вставкой, проходные изоляторы герметично соединяемые с фланцами, приваренными герметично по торцам корпуса, и герметичные кожуха. Некоторые улучшения электромеханических характеристик гермоввода достигаются за счет:
Заполнение под избыточным давлением внутреннего свободного пространства корпуса сухим азотом, элегазом и их смесью
Недостатками рассмотренного аналога является следующее:
- недостаточно эффективно используется внутренний объем металлического корпуса герметичного ввода при пропускании электропроводников.
- использование цементно-песчанной 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.
Наиболее близким аналогом, технической базой для заявляемой по данной заявке изобретению является патент №2572824 RU Блочный герметичный ввод по данному патенту предусматривает блочность конструкции с числом блоков п=1, 2, … Узел герметизации также состоит из герметизирующих обойм, располагаемых как перпендикулярно, так и параллельно оси ввода. Но при этом в самой формуле нет ограничений на рассматриваемый угол в блочном вводе и этот угол может находиться в диапазоне 0÷90 градусов. Кроме этого в рассматриваемом патенте №2572824 нет также и ограничений по расстоянию между обоймами блока в сторону его уменьшения до минимально возможной величины, определяемой только необходимостью проведения технологических операций герметизации мест сочленения металлической арматуры изоляторов (колпачки) с проходящим внутри изоляторов жесткими тоководами.
В существующих конструкциях силовых герметичных вводов электрических проводников через защитную оболочку (патент № RU 2322717) температурную компенсацию появляющихся при эксплуатации температурных расширений тоководов осуществляют применением составных тоководов. Составные тоководы представляют собой гибкую стреньгу заданной длины (многопроволочный проводник), на концах которой пайкой, сваркой присоединяются отрезки жесткого токовода с которыми герметично соединяется металлическая арматура проходных изоляторов ввода. В рассматриваемом патенте расстояние между фланцами (обоймами) ввода определяется толщиной защитной оболочки, достигающей 1500 см и определяющей тем самым длину самого составного токовода. Электрическая изоляция токовода осуществляется его размещением внутри керамической трубы,, закрепляемой цементным раствором внутри герметичного объема металлического корпуса ввода. При эксплуатации указанных вводов проходит досушивание цементной смеси и ее дегидратация, внутри герметичного объема повышается влажность воздуха, появляются пылевидные включения, осаждающиеся на изоляционных поверхностях изоляторов и снижающих электроизоляционные характеристики силовых герметичных вводов.
Таким образом целью заявленного изобретения является улучшение электроизоляционных характеристик герметичного ввода, увеличение его функциональных возможностей, повышение надежности конструкции. Заявленное изобретение позволит повысить количество проводимых электрических проводников в блоке герметичного ввода, при этом количество блоков может быть равным п=1, 2, … Полезная модель позволяет повысить надежность работы гермовводов, повысить их радиационную (биологическую) защиту и огнестойкость.
Указанные технические результаты достигаются тем, что может быть технически реализовано изобретение, представляющее собой герметичный ввод силовых электрических проводников рис. 1 через защитную оболочку, содержащий внутренний герметизирующий узел, образуемый объединением двух герметизирующих обойм 2 в вводе посредством центральной металлической трубы 21 корпуса ввода с проходящим внутри ее линейным или специального профиля жестким тоководом 5, герметично проходящим внутри одной или более центрирующих муфт 9, с последующим его герметичным пропусканием через боковые диэлектрические трубы 20a и составные проходные изоляторы 1, охваченные центральной диэлектрической трубой 20, являющейся контуром ограждения для основной биологической защиты 15 во внутреннем узле герметизации, армированные общими обоймами 2 гермоввода, закреплением в поддерживающих фланцах 8, устанавливаемых в боковых металлических трубах 22, герметично соединяемых на обоймах 2 ввода с центральной металлической трубой 21 и механически 13 закрепляемых с защитными кожухами 12, внутри которого со стороны «чистой зоны « находится штуцер дистанционного контроля 18 с трубкой проверки герметичности 17, проходящей через дополнительную биологическую защиту 15 во внутренний узел герметизации ввода.
Из представленной конструкции ввода рис. 1 видно, что узел герметизации поз 2, 21 располагается непосредственно внутри ввода, на значительном удалении от ограждающих наружных поверхностей защитной оболочки, что в случае пожарной ситуации на объекте исключает воздействие высоких температур на рассматриваемый узел. Другим важным элементом для всех высоковольтных вводов является способ компенсации температурного расширения тоководов при пропускании токов нагрузки. В представляемом нами изобретении герметичного силового блока эта задача решается установкой специальных муфт (9) совместно с сильфонной температурной компенсацией 4a на составных проходных изоляторах, использованием гнутого жесткого токовода специальной конфигурации в средней части узла герметизации между центрирующими муфтами (рис 1а).
При разработке высоконадежных герметичных вводов, по-видимому, следует руководствоваться следующими положениями:
узлы герметизации, как наиболее уязвимые при пожаре элементы ввода, должны располагаться внутри конструкции ввода, то есть внутри самой защитной оболочки, выполненной из бетона.
жесткие тоководы, являющиеся сплошными металлическими стержнями, должны иметь компенсаторы термических расширений оптимальной конфигурации.
в качестве электрической изоляции вводов должна выбираться высоконадежная изоляция из проходных составных изоляторов, используемых, как самостоятельно, на примере вводов рис. 1, так и совместно с другой диэлектрической средой при формировании в конструкциях вводов участков литых тоководов, образуемых методом вакуумной заливки диэлектрическим радиационностойким компаундом на основе кремний-органических материалов с минеральным наполнителем.
Наиболее сложным элементом в конструкции ввода рис 1 «Герметичный ввод силовых электропроводников через защитную оболочку» является проходной составной изолятор. Проходной составной изолятор 1 обеспечивает электрическую изоляцию токовода 5 от металлической обоймы 2 ввода. Конструкция составного проходного изолятора 1 включает трубчатое изоляционное тело, которое герметично соединяется по специальной технологии с металлической арматурой 3, 4. С помощью арматуры проходной составной изолятор герметично соединяется одним концом с металлической центрирующей муфтой 9, а арматура проходного изолятора с другой стороны также герметично соединяется с обоймой 2 ввода. При этом в конструкции герметичного ввода используются составные армированные проходные изоляторы, когда типовые армированные проходные изоляторы последовательно соединяются друг с другом, а торцевая арматура 4 предыдущего изолятора  с торцевой арматурой 4 следующего изолятора, образуя заданное количество секций изолятора, определяемое необходимой величиной разрядных напряжений. При этом реализуется принцип конструирования составных проходных изоляторов по типу «подвесной изоляции», широко используемой в энергетике на линиях электропередачи.
В герметичном вводе рис. 1 в внутреннем узле герметизации предусмотрена температурная компенсация линейных перемещений жесткого токопровода.
В составном проходном изоляторе арматура двух соседних секций имеет определенную конфигурацию, позволяющую при монтаже секций лазерной сваркой(сварочный шов поз. 4a) получить в составном изоляторе сильфонный компенсатор линейных перемещений жесткого токопровода.
Расстояние AB, равное длине центрирующей муфты, на тоководе между торцевой арматурой 3 двух соседних составных изоляторов ввода рис. 1 заранее выбирается минимально возможным, в данном случае равным 0,1 м. Известно соотношение между удлинением металлического стержня и температурой его нагрева:  Где;  - коэф. термического расширения,
- длина токовода, °С
t - температура токовода, °C
При минимально возможном расстояние  будем иметь минимальное удлинение токовода на участке AB и минимально возможные механические нагрузки в местах герметичного соединения арматуры составного изолятора с центрирующей муфтой 9. Влияние указанной компенсации может быть усилено за счет введения на участке AB токовода рис. 1 специальных типов компенсаторов:
- зигзагообразного, - спиралеобразного, - пилообразного и других, формируемых путем механической деформации металлического стержня токовода. При использовании указанных исполнений компенсаторов конструкция центрирующей муфты распадается на две подобные полумуфты 9, в разрыве между которыми на участке АВ из жесткого токопровода формируются компенсирующие устройства.
На основании приведенной выше информации, рис. 1, конструкция предлагаемого изобретения «Ввод герметичный силовых электрических проводников через защитную оболочку« расширяется за счет дополнительных типоисполнений указанной модели, предлагаемых на рис. 1а, рис. 1б, рис. 1в, рис. 1г.
На рис. 1а представлен «Герметичный ввод силовых литых токопроводов с спиралеобразным компенсатором температурного расширения« Узел температурной компенсации (24) и внутренний узел герметизации находятся внутри ввода. В отличие от основной конструкции герметичного ввода рис. 4 спиралеобразный компенсатор располагается между двумя подобными полумуфтами 9, а биологическая защита (бетон) непосредственно во внутреннем узле герметизации заменяется по технологии вакуумной заливки компаундов материалом 19 на основе известных радиационностойких кремнийорганических соединений. Представляемая схема позволяет реализовать блочный вариант конструкции герметичного силового ввода.
Конструкция рис. 1б «Герметичный ввод силовых литых токопроводов с Г--образным компенсатором температурного расширения« отличается от схем герметичных вводов рис. 1, рис. 1а использованием Г-образного компенсатора теплового расширения, позволяет создать блочный вариант гермоввода.
На рис. 1в реализован« Герметичный ввод силовых литых токопроводов, кабелей с минеральной изоляцией с зигзаго образным компенсатором температурного расширения«. В этом варианте герметичного ввода непосредственно сам литой токопровод (26) является компенсатором температурного расширения, узел герметизации (1) вынесен в кожух ввода,
Информация на рис. 1г «Блочный многоканальный герметичный ввод силовых литых токопроводов с П-образным компенсатором температурного расширения электропроводников « характеризует конструкцию с числом каналов п=1, 2, …
Основные преимущества вновь разработанного изобретения - герметичного ввода силовых элктрических проводников через защитную оболочку:
разработан вариант силового электроэнергетического устройства, в том числе и в блочном исполнении, позволяющий максимально полно использовать полезный внутренний объем закладной трубы ввода для увеличения в 1,5÷2 раза количества пропускаемых через герметичный ввод силовых электропроводников класса напряжений 0,4÷10 КВ в сравнении с аналогом.
исключение непосредственно из внутреннего герметизирующего узла ввода цементных растворов значительно улучшает электроизоляционные характеристики вводов
Обозначение позиций гермоввода:
уменьшение расстояния между обоймами блока до достаточной величины порядка 0,1 м. с надежной дополнительной изоляцией рассматриваемого промежутка позволяет создать герметичные вводы со стабильным и надежным уровнем изоляции внутри герметичного объема ввода
использование в конструкции ввода температурной компенсации на составных проходных изоляторах, на различных схемах: спиралеобразных, зигзаго образных, пилообразных и других видах компенсаций позволяет надежно и эффективно решить проблему компенсирования механических нагрузок, возникающих в процессе эксплуатации в тоководах и проходных изоляторах в результате воздействия термических расширений, прохождения токов короткого замыкания
все пожароопасные зоны герметизации вводов находятся внутри блоков вводов, а торцевые выступы боковых металлических труб вводов с выходящими из них кабелями дополнительно герметизируются на расчетную длину бетоном, герметиком холодного отвердевания и др.
использование различных схем температурной компенсации позволяет увеличить количество типоисполнений герметичных вводов по предлагаемому изобретению.
использование в конструкции герметичных вводов литых токопроводников, образуемых при вакуумной пропитке, заливке элементов ввода кремний-органическими радиационностойкими компаундами с минеральными наполнителями позволит усилить уровень электрической изоляции и герметичности изделий данной полезной разработки
применение силовых герметичных вводов позволяет получить значительный экономический эффект на объектах атомной энергетики.