Електроинсталации в ядрени централи

Електрическите инсталации, захранващи важни за сигурността на ядрените централи системи, са от ключово значение. Тези системи могат да се класифицират като такива на (вътрешни) и извън (външни) площадката. Двата вида системи работят съвместно, предоставяйки необходимата електроенергия във всякакви условия, гарантирайки поддържането на централата в безопасно състояние. Захранващите системи извън площадката не се считат за оборудване на централата. Те обаче са от изключително голямо значение за сигурността на ядрените централи и са важни за концепцията за защита в дълбочина. Предпочитаното електрозахранване в повечето случаи е това от снабдителната мрежа, състоящо се от преносна система, подстанция с комутационна апаратура, главен генератор и разпределителна система. Проектирането на електроинсталациите за ядрени централи се определя от снабдителната мрежа, дизайна на системите в конкретното съоръжение и други специфични за всяка отделна централа инженерни съображения.

Външни енергийни системи

Външната електроинсталация се състои от преносната система и подстанцията, свързваща централата със снабдителната мрежа. Външната енергийна система обикновено предоставя променлив ток във всички експлоатационни режими и състояния на централата. Тя предлага също и преносни линии за изходящата електроенергия. Границата между вътрешната и външната електроинсталация е в точката, в която компонентите, управлявани от електроразпределителното дружество, се свързват с оборудването, контролирано от оператора на ядрената централа. Тази граница обикновено е при проходните изолатори от страната откъм мрежата на трансформатора, свързан към преносното напрежение, или страната откъм мрежата на прекъсвач високо напрежение, който е в най-голяма близост до централата.

Външната енергийна система играе съществена роля по отношение на безопасността, доставяйки надеждна електроенергия на вътрешните инсталации от няколко източника: главен генератор посредством спомагателни трансформатори; захранване от електроснабдителната мрежа чрез резервен трансформатор. Външната енергийна система не е част от предпочитаната захранваща инсталация.

Снабдителната система осигурява високонадеждно външно захранване, като бързо смекчава ефектите от смущенията в нормалното функциониране на мрежата и свежда до минимум отклоненията на напрежението и честотата в свързаната електроинсталация на ядрената централа. Аналогично, големите ядрени агрегати с бързи системи за управление и възбуждане на турбините могат да придадат значителна надеждност на електроснабдителната мрежа. Поради тази взаимозависимост добрата функционална интеграция по проект и добрата оперативна координация между операторите на мрежата и на ядрената централа по време на мащабни изменения в някоя от двете страни са важни изисквания за безопасната и надеждна експлоатация както на снабдителната мрежа, така и на централата.

Вътрешни енергийни системи

Тези инсталации се състоят от разпределителни системи и захранвания, разположени в рамките на централата. Те включват променливотокови и постояннотокови захранвания, необходими за поддържането на контролирано състояние на централата след очаквани оперативни събития или в аварийни условия, докато бъде възстановено външното захранване. Вътрешните енергийни системи се разделят спрямо значимостта им по отношение на безопасността.

Основните компоненти на вътрешните електроинсталации включват главен генератор, повишаващ трансформатор, спомагателен трансформатор, резервен трансформатор и разпределителна система, комутационна апаратура, батерии, токоизправители, преобразуватели и/или непрекъсваеми захранвания, кабели и променливотокови енергийни източници в готовност. Част от вътрешните енергийни системи се причисляват към предпочитаното електрозахранване.
Вътрешните електроинсталации принципно се поделят на три вида в зависимост от енергийните изисквания на товарите:

Променливотокова система – функциите на свързаните променливотокови товари позволяват известни прекъсвания на захранването. Обикновено променливотоковата енергийна система включва AC източник в готовност и резервен AC източник. Релейни защити засичат загубата на предпочитаното променливотоково захранване към електроинсталациите и автоматично стартират електрозахранването в готовност. В повечето случаи в анализите за безопасност на централите се допуска, че AC източникът в готовност ще се използва за изключване на системите след възникване на аварийни ситуации, а резервният AC източник – за удължаване на проектните условия.

Постояннотокова система – захранва DC товари без прекъсване, от батерии. Включва устройства за зареждане на батерии, свързани към променливотоковата енергийна система. Понякога има няколко отделни постояннотокови инсталации, предназначени да захранват товари с различна класификация по отношение на безопасността.

Непрекъсваема променливотокова система – тя подава електроенергия от преобразуватели или двигател-генераторни агрегати, които, от своя страна, се захранват от постояннотоков източник или специално предназначени за целта батерии с токоизправители. Тази система включва байпасна верига, което позволява захранването на товари, свързани с безопасността, директно от променливотокови системи за поддръжка и аварийни случаи.

Оборудване

Електрооборудването в ядрени централи включва комутационна апаратура, центрове за управление на двигатели, трансформатори и кабелни системи. Всички тези компоненти трябва да бъдат избрани спрямо условията на експлоатация и условията на околната среда. Електрооборудването трябва да бъде и пожарозащитено в достатъчна степен.

Апаратурата трябва да бъде с номинално напрежение, по-голямо от системното (обикновено 110%) и номинален импулс, по-голям от което и да е преходно напрежение, на което може да бъде подложено оборудването. Електрическото оборудване е добре да бъде оразмерено така, че: да пренася изискваните токове на основните вериги и разклоненията им при допустими вариации на напрежението; да отговаря на нуждите на товарите, без да се превишава номиналната температура; да издържа на къси съединения; да издържа на пикови токове, без да се надхвърля механичната якост.

Сред факторите, които трябва да се имат предвид при изчисляване на температурите на проводниците, са: максималните температури на околната среда; нормалните токове и тези на късо съединение; характеристиките на товара; пространствената конфигурация на други кабели в същите или разположени наблизо кабелоносещи системи; влиянието на кабелните опори, преминаванията през стени и подове, огнеупорните покрития на кабелите. Инсталираните в ядрени централи шини и кабелоносещи системи (скари и канали) и техните опори трябва да са проектирани така, че да издържат с подходящ толеранс механичните товари, свързани с кабелите и съответните им фитинги. Шините и кабелите в рамките на системата за безопасност трябва да бъдат адекватно защитени от опасности, свързани с пожар, отказ или малфункция на флуидни системи и механични и структурни компоненти. Кабелните трасета следва да бъдат маркирани в двата им края, както и на равни интервали в междината им част, като изключение от това правило са затворените кабелоносещи системи. Идентификацията обикновено включва и класа на напрежение на кабелите.

Физично разделяне посредством подходящи методи (спазване на отстояние или физическа преграда) трябва да се осигури между кабели с и без класификация по отношение на безопасността, кабели, принадлежащи към различни класове на безопасност, и кабели с различен клас на напрежение, например кабели на контролно-измервателна апаратура, кабели ниско напрежение (1 kV и надолу), кабели средно напрежение (над 1 kV до 35 kV) и кабели високо напрежение (над 35 kV). Само кабели от един и същ клас напрежение трябва да се полагат в една кабелоносеща система (стълба, скара или канал). За приемлива разделяща преграда може да се счита заземен метален канал.

Заземяване

Заземяването служи за гарантиране както на електрическата безопасност, така и на функционалността на енергийните и контролно-измервателните системи. Подробни насоки за заземяването в ядрени централи са налични в национални и международни стандарти.
Във всяка електроцентрала обикновено има четири концептуално различаващи се, но не задължително физически разпознаваеми заземителни системи – за безопасност на персонала, за защита от мълнии, предпазване на енергийни системи и на контролно-измервателни системи. Всички заземителни системи трябва да бъдат свързани в една мрежа.

Заземителното съпротивление трябва да отразява капацитета на оборудването за късо съединение и електрическата безопасност. Международни технически стандарти описват редица решения за заземяване на контролно-измервателни системи. Обикновено в ядрените централи се прилагат един от следните два подхода – заземяване в една-единствена точка или заземяване в няколко точки. Избраният подход за заземяване трябва да бъде оправдан и координиран с общите проектни условия за електромагнитна съвместимост.

Цялостното заземяване в ядрените централи трябва да бъде проектирано, инсталирано и поддържано по такъв начин, че да се осигури ефективна защита на персонала от опасности и на сградите и оборудването от повреди. Металните рамки на всички видове апаратура трябва да бъдат заземени с изключение на случаите, в които свързването би повлияло на функционалността на оборудването.

Мълниезащита

Необходимо е да се гарантира, че падането на мълния няма да възпрепятства енергийните и контролно-измервателните системи в ядрените централи. Системите за постигане на това могат да се основават на външна или вътрешна защита, като обикновено е необходима комбинация от двата метода. Външната защита включва мълниеотводи или Фарадеев кафез, а вътрешната – специфична електромагнитна облицовка на помещенията с цел създаване на защитена от електромагнитни опасности среда. Инсталират се и защити за пренапрежение, които предпазват както от високото напрежение, причинено от тока на мълнията, така и от високото напрежение вследствие на напреженовите разлики между заземяването и части от външната мълниезащитна система.