Исполнительные органы СУЗ

Исполнительный механизм СУЗ - устройство, состоящее из привода СУЗ, рабочего органа СУЗ и соединительных элементов, предназначенное для изменения реактивности ядерного реактора.

Исполнительные органы СУЗ делятся на:

- аварийные (АЗ), уменьшающие реактивность (вводящие в ЯР отрицательную реактивность) при появлении аварийных сигналов;

- регулирующие (АР, РР), поддерживающие постоянным нейтронный поток Ф (а значит — и мощность);

- компенсирующие (КО, КР) – для компенсации отравления, выгорания, температурных эффектов) – для компенсации долговременных эффектов реактивности.

В большинстве случаев это стержни, вводимые в активную зону ЯР (сверху или снизу) из веществ, сильно поглощающих нейтроны (Cd, В, Dy и др.).

Их движение управляется механизмами (ШЭМ), срабатывающими по сигналу приборов.

Для компенсации выгорания могут использоваться выгорающие поглотители (B, Er, Gd и другие редкоземельные элементы), эффективность которых убывает при захвате ими нейтронов, или растворы поглощающего вещества в замедлителе.

Стабильности работы ЯР способствует отрицательный температурный коэффициент реактивности.

Если этот коэффициент положителен, то работа органов СУЗ существенно усложняется.

К исполнительным органам СУЗ предъявляется ряд требований, которые определяют особенности их конструктивного исполнения и их характеристики.

В соответствии с требованиями нормативной документации предусмотрены по меньшей мере две системы остановки реактора, каждая из которых способна независимо одна от другой обеспечивать перевод активной зоны реактора в подкритическое состояние и поддержание ее в этом состоянии с учетом принципа еденичного отказа или ошибки персонала.

Исполнительные механизмы (ИМ) СУЗ должны исключать самопроизвольное перемещение рабочих органов в сторону увеличения положительной реактивности при неисправности и исчезновении электропитания ИМ, а также при внешних и внутренних воздействиях.

ИМ СУЗ должны иметь измерительные преобразователи положения рабочих органов и концевые выключатели, срабатывающие непосредственно от рабочих органов.

При невозможности непосредственного контакта должна быть гарантирована правильность функционирования с возможностью эпизодической проверки.

Применяемые в ИМ СУЗ измерительные преобразователи положения рабочих органов СУЗ после отключения электропитания и его последующего включения должны обеспечивать получение достоверного указания положения рабочих органов СУЗ.

В ТУ на конкретный тип ИМ СУЗ должны быть установлены количественные значения следующих показателей:

- рабочей скорости перемещения рабочих органов с допустимыми отклонениями;

- времени введения рабочих органов системы AЗ в активную зону в аварийных ситуациях, либо скорости перемещения органов в режиме AЗ и времени разгона до этой скорости;

- времени от выдачи сигнала AЗ до начала движения рабочих органов (должно быть не более 0,5 с);

- погрешности измерения положения рабочих органов;

- рабочего хода рабочего органа.

Эти системы проектируются с соблюдением принципов разнообразия, независимости и резервирования.

По крайней мере одна из предусмотренных систем остановки реактора должна выполнять функцию аварийной защиты. Эта система обладает очень высоким быстродействием - около 3-4 с, чтобы перевести реактор в подкритическое состояние без нарушения пределов безопасной эксплуатации.

Системы должны быть достаточно эффективны, чтобы остановить цепную реакцию и гарантировать невозможность ее возобновления.

При срабатывании АЗ должны быть скомпенсированы положительные величины как оперативного запаса реактивности, так и эффектов реактивности при расхолаживании установки.

Система аварийной защиты относится к системам безопасности, поэтому предусматривается соответствующее резервирование.

Она не должна участвовать в оперативном управлении реактором.

Эффективость аварийной защиты должна быть очень высока. Она зависит от характеристик топливной загрузки (обогащение топлива) и глубины выгорания, изменяясь в ходе кампании.

В реакторе ВВЭР-1000 типового проекта
с 61 кластером ОР СУЗ она изменяется в диапазоне (—8...—10) β_Эф (составляет не менее 6.8% δ к/к),
в реакторах со 121 кластером ОР СУЗ
(-12...-16) β_эф.

Для оперативного регулирования мощностью и реактивностью необходима специальная подсистема с невысокой эффективностью (по требованиям ПБЯ
0.7—1.0 β_Эф) и скоростью введения положительной реактивности не выше 0.070 β_Эф/с.

Эта подсистема, называемая ручным регулятором (РР), при работе в автоматическом режиме она выполняет функции автоматического регулятора (АР).

Поскольку требования к подсистемам аварийной защиты и РР/АР очень сильно отличаются по многим параметрам (быстродействие, эффективность и т.п.), то в разных реакторах они имеют paзное исполнение.