ГЕРМЕТИЧЕСКАЯ КАБЕЛЬНАЯ ПРОХОДКА СРЕДНЕГО И ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ И ЕЕ ЗАЩИТА
MEDIUM AND HIGH VOLTAGE SEALED CABLE PENETRATION AND ITS PROTECTION

До настоящего времени вопрос о снижении уровня частичных пробоев герметичных кабельных проходок среднего напряжения решен не был. Для уменьшения уровня частичных пробоев у этой группы проходок (если это требовалось) обычно заполняют пространства между элементами с электрическим полем подходящим маслом, например трансформаторным маслом. Однако такой вариант, как правило, не отвечает другим требованиям, например наличию противопожарных зон, между которыми герметическая проходка установлена. С ростом требований пожарной безопасности и эксплуатационной надежности даже в экстремальных условиях (например, при пожаре в одной из зон) безусловно необходимо, чтобы не нарушалась герметичность противопожарных зон и чтобы высокие температуры при пожаре не привели к воспламенению компонентов герметичной кабельной проходки. Следующим недостатком решений, не использующих снижение уровня частичных пробоев в герметичных кабельных проходках, является более короткий срок службы, приводящий к снижению показателей сопротивления изоляции, и существенно более высокая частота выхода из строя подобных герметичных кабельных проходок среднего и высокого напряжения.
Требование к снижению частичных пробоев в конструкции герметичных кабельных проходок не предъявлялось. Не было достаточно хорошей возможности сымитировать и смоделировать распределение электрического разряда и электрического поля внутри конструкции проходки. Как показывал опыт, уровень напряжения около 10 кВ, с точки зрения частичных пробоев, не является опасным. Долговременное использование  подобных  проходок  в  производственных  блоках  атомных электростанций показало, однако, необходимость снижения значения частичных пробоев до значения, которое бы не вызывало постепенную деструкцию изоляционных материалов проходки, а также не создавало электромагнитный шум, который увеличивает уровень помех в работе другого оборудования
Еще одна задача - защита людей вблизи герметичной кабельной проходки от ионизирующего излучения - обычно не решается за счет герметичной кабельной проходки. Как правило, применялось дополнительное покрытие внешних торцов проходок, которое своим составом и используемыми материалами обеспечивало снижение излучения. В некоторых случаях использовались свинцовые дробь и вата. Защитное покрытие, однако, усложняет доступ при проверках оборудования, а использование свинцовых ваты и дроби не отвечает требованиям по предотвращению частичных пробоев (коронарного эффекта) в электрическом поле.
Перечисленные недостатки устраняются техническим решением герметичной кабельной проходки, которое обеспечивает снижение значений частичных пробоев в электрическом поле между электрическим проводом и металлическими элементами конструкции. Система биологической защиты герметичной кабельной проходки обеспечивает защиту от проникновения вредного ионизирующего излучения сквозь герметичную кабельную проходку.
Сущность изобретения
Приведенные недостатки существующего состояния техники устраняются упорядочением внутренних изоляционных слоев герметичной кабельной проходки среднего и высокого напряжения. Биологическая защита против проникновения ионизирующего излучения сквозь проходку формируется сочетанием (наслоением) наиболее подходящих материалов. Такими материалами являются обычно свинец и смесь полиэтилена и бора. Эти материалы в форме, как правило, пластинчатых тел монтируются прямо в модуль проходки. Некоторые тела из смеси полиэтилена с бором снабжены     вкладышами,  которые служат изоляцией  между отдельными токопроводящими элементами внутри проходки. Вкладыш с внешней стороны электрического провода смонтирован так, что остальные части нанизаны на него. Вкладыш, прилегающий к внутренней стороне корпуса проходки, смонтирован так, что остальные части размещены внутри этого вкладыша. Внутренние части проходки выполнены в соответствии с формой и размером внутреннего сечения проходки и в них сделано как минимум одно отверстие для проведения как минимум одного электрического провода. Внутренние части максимально заполняют площадь сечения внутренней области герметичной кабельной проходки. Между внутренними частями, одним или несколькими электрическими проводами, корпусом проходки и иными необходимыми частями конструкции внутри проходки остаются лишь незначительные монтажные промежутки. Все токопроводящие элементы в проходке одновременно имеют такой радиус округления кромок и обработки поверхности, чтобы обладать антикоронарным поведением при номинальном эксплуатационном напряжении. Радиус скругления кромок лежит в диапазоне г = 3 - 15 мм. Максимальное значение обработки поверхности токопроводящих элементов - 8 по норме CSN ISO 468, основанной на CSN EN ISO 4287, CSN 013144.
Содержание бора в полиэтилене обратно пропорционально толщине слоя (внутренней части), состоящего из смеси полиэтилена с бором. Чем меньше бора в полиэтилене, тем толще должен быть слой для обеспечения достаточного снижения уровня ионизирующего излучения.
Внутренние части могут быть закреплены внутри модуля проходки как минимум одним монтажным болтом из непроводящего материала. Материал должен иметь хорошие электроизоляционные свойства и должен быть вязким. Этот монтажный болт скрепляет внутренние части между собой и/или прикрепляет их к торцам проходки.
Определенная часть вредного ионизирующего излучения, однако, может проникать через отверстия во внутренних частях по электрическому проводу. Решением является смещение относительно друг друга отверстий, в которых проходят электрические провода, в отдельных телах, составляющих внутреннюю часть, и в торцах проходки так, что на протяжении проходки эти отверстия смещены относительно друга друг по меньшей мере на диаметр такого отверстия. Таким образом, отверстия сместятся с одной оси, по которой прямолинейно распространяется излучение. Если излучение проникает сквозь отверстия в каких-то телах, составляющих внутреннюю часть, и/или через отверстие в торце проходки, оно задерживается элементом, образующим внутреннюю часть, и/или торцом проходки со смещенным отверстием. Смещение отверстий на практике решено за счет небольшого поворота торцов проходки с отверстием, размещенным не на оси, и внутренних частей с отверстием, размещенным по оси и/или вне оси, во время изготовления проходки.
Существенное снижение проникающего ионизирующего излучения достигается благодаря монтажу внутренних частей подходящих форм и размеров из материалов, которые эффективно защищают от проникновения ионизирующего излучения через проводку. Таким образом создана эффективная биологическая защита, которая способна ликвидировать в помещении за проходкой вредное ионизирующее излучение до практически неизмеримых показателей.
Внутри проходки, по крайней мере в месте наименьшего расстояния между электрическим проводом и каким-либо проводящим (металлическим) элементом, свободное   пространство   монтажных   промежутков   полностью   заполнено затвердевающей изолирующей заливкой, гомогенной по своему составу. На практике, однако, гомогенной затвердевающей заливкой заполняются все свободные монтажные промежутки между электрическим проводом, всеми материалами биологической защиты и корпусом проходки. Такая заливка обычно сделана из смеси на базе полиуретана с наполнителями, дополненными, в случае необходимости, замедлителями горения. Замена газа в монтажных промежутках на затвердевающую изолирующую заливку предотвращает образование частичных пробоев между проводящими элементами внутри проходки.
Преимущество заявляемого изобретения заключается в том, что малейшие промежутки между проводящими компонентами заполнены изолирующей гомогенной заливкой, которая обладает соответствующей устойчивостью к электрическому напряжению, во время эксплуатации не меняет свой объем и обладает механической устойчивостью во всех проектных режимах эксплуатации. Выбор очень малых промежутков между находящимися под напряжением компонентами внутри герметической кабельной проходки основан на требовании, предъявляемом к проходке среднего и высокого напряжения, а именно на требовании снизить ионизирующее излучение, исходящее от контаймента атомной электростанции. Проходка помещена в отверстии ограниченного размера в проходной стене контайнмента ядерного реактора. Затвердевающая изолирующая заливка одновременно фиксирует отдельные внутренние части конструкции герметичной кабельной проходки и предохраняет их от толчков и вибрации.
Перечень рисунков на чертежах
Рис. 1 - боковая и фронтальная схемы комплекса биологической защиты с обкладками.
Рис. 2 - боковая и фронтальная схемы комплекса биологической защиты в варианте исполнения для трех проводов.
Рис. 3 - вид герметичной проходки без корпуса и провода.
Рис. 4 - боковая и фронтальная схемы проходки с повернутыми отверстиями на торцах.
Герметичная кабельная проходка среднего и высокого напряжения в данном примере представлена в решении для одного провода, снабжена одним электрическим проводом 1. На обоих торцах 6 проходки провод снабжен изоляторами 2. Проходка изготовлена из трубок из нержавеющей стали и оснащена комплексом биологической защиты 4. Биологическая защита 4 в этом примере состоит из двух дисков из смеси полиэтилена с бором 4а, снабженных вкладышами, между которыми размещен один диск из свинца 4b. Биологическая защита 4 установлена на электрическом проводе 1. Все свободные пространства, или монтажные промежутки 5, между элементами 4а, 4b биологической защиты 4, электрическим проводом 1 и корпусом 3 проходки заполнены затвердевающей изолирующей заливкой 7. Затвердевающая изолирующая заливка 7 в этом примере сделана из смеси, сдерживающей распространение огня. Все проводящие электричество элементы, содержащиеся в проходке, имеют диаметр и/или радиус округления кромок, обеспечивающие их антикоронарное поведение при номинальном эксплуатационном напряжении, которое для данного примера равно 8 кВ. В данном примере радиус всех проводящих электричество элементов, содержащихся в проходке, равен r=3 и r=15, значение обработки поверхности равно 3,2 и 0,8. Описанное решение представлено на рисунке 1.
Пример 2
Герметичная кабельная проходка среднего и высокого напряжения в данном примере представлена в решении для трех проводов, снабжена тремя электрическими проводами 1. Каждый электрический провод 1 снабжен изоляторами 2 в месте прохождения через торцевые части 6 проходки. Базовый вариант конструкции, описанный в Примере 1, здесь изменен следующим образом: электрические провода 1 равномерно смещены на 120° относительно друг друга в поперечном сечении. Биологическая защита 4 и торцевые части 6 проходки в данном случае оснащены тремя отверстиями для   электрических проводов 1. Все свободные пространства, или монтажные промежутки между элементами 4а, 4b биологической защиты 4, электрическими проводами 1 и корпусом 3 проходки заполнены затвердевающей изолирующей заливкой 7. Затвердевающая изолирующая заливка 7 в этом примере сделана из смеси, сдерживающей распространение огня. Все проводящие электричество элементы, содержащиеся в проходке, имеют диаметр и/или радиус округления кромок, обеспечивающие их антикоронарное поведение при номинальном эксплуатационном напряжении, которое для данного примера равно 8/12 кB. В данном примере радиус всех проводящих электричество элементов, содержащихся в проходке, равен r=3 и r=15, значение обработки поверхности равно 3,2 и 0,8.
Преимуществом варианта проходки для трех проводов является снижение потерь тока в непосредственной близости от фазовых проводов в системе трехфазного распределения.
Описанное решение представлено на рисунке 2.
Пример 3
Герметичная кабельная проходка среднего и высокого напряжения в данном примере представлена в решении для трех проводов, снабжена тремя электрическими проводами 1. Каждый электрический провод 1 снабжен изоляторами 2 в месте прохождения через торцевые части 6 проходки. Этот вариант отличается от Примера 2 поворотом относительно друг друга торцевых частей 6 проходки и элементов 4а и 4b биологической защиты 4. Поворот торцевых частей 6 должен быть произведен таким образом, что соответствующие отверстия на торцах 6 повернуты или смещены по меньшей мере на диаметр данных отверстий. Этим изменением в конструкции достигается дальнейшее снижение прямолинейного проникновения (сквозного проникновения) распространяющегося ионизирующего излучения от контаймента атомной электростанции во вторичные (биологически незащищенные) помещения.
Описанное решение представлено на рисунке 4.
Описанная выше герметичная кабельная проходка среднего и высокого напряжения подходит главным образом для подачи питания главным циркуляционным насосом ядерных электростанций и отвечает требованиям проектных рабочих и аварийных   режимов. Заявляемая проходка подходит и для отводов высокого напряжения от разного оборудования (трансформаторов, электрических двигателей, распределительных щитов и т.п.), где необходимо низкое значение частичных разрядов.