Для чего нужен реактор: Назначение и область применения

Назначение и принцип действия токоограничивающих реакторов

Реактор – это катушка с неизменной индуктивностью, предназначенная для поддержания напряжения на шинах и ограничения токов короткого замыкания в случае возникновения аварийных режимов работы. Для более детального понимания давайте рассмотрим рисунок ниже:

Сборные шины 2 получают питание от генератора 1. От этих шин идут линии 3 к потребителю. Рассмотрим два случая – за выключателем 4 реактор не установлен, а за выключателем 5 установлен реактор 6.

В случае возникновения трехфазного короткого замыкания за выключателем 4 ток короткого замыкания I_к1 будет определяться в основном индуктивным сопротивлением генератора:

Введем понятие  относительного индуктивного сопротивления генератора, выраженного в процентах:

Где I_н.г – номинальный ток генератора.

Воспользовавшись формулами (1) и (2) получим:

В таком случае напряжение на сборных шинах станет равно нулю и, соответственно, на всех отходящих линиях напряжения тоже не будет.

Стоит также отметить, что выключатель 4 должен быть выбран по току короткого замыкания I_k1.

В случае короткого замыкания на линии с реактором ток короткого замыкания будет определяться суммарным сопротивлением реактора и генератора:

Введем относительное реактивное сопротивление реактора в процентах:

Обычно от одного источника питаются несколько десятков потребителей электрической энергии. Поэтому значение номинального тока линии намного меньше номинального тока генератора. Длительный ток реактора выбирается исходя из длительного тока линии, откуда следует I_н.р << I_н.г.

Предположим, Х%_Г = Х%_Р. Тогда из формул (2) и (5) следует, что Х_р >> Х_г. При этом можно написать:

При сделанных допущениях ток короткого замыкания будет определяться только параметрами реактора.

Реактор довольно надежный аппарат и его повреждение или  выход из строя практически исключены. Поэтому выбор аппаратуры линии производят по току производят исходя из соотношения I_k2 << I_k1. Это значительно удешевляет и облегчает распределительное устройство.

Поскольку Х_р >> X_г, то в случае возникновения короткого замыкания практически все напряжение ложится на индуктивное сопротивление реактора и напряжение на шинах получается близким к номинальному (рисунок ниже а)):

В номинальном режиме работы через реактор проходит ток нагрузки. Потерю напряжения на реакторе можно определить по формуле:

Векторная диаграмма напряжения показана на рисунке выше б). При чисто индуктивной нагрузке φ = 90⁰ потеря напряжения равна падению напряжения на реакторе. В случае работы на активную нагрузку с cosφ = 0,8 потеря напряжения равна 0,6 Х_р%. Отсюда следует, что потеря напряжения на реакторе в длительном режиме невелика.

В настоящее время разработаны и успешно эксплуатируются специальные сдвоенные реакторы, у которых в номинальном режиме работы потеря напряжения еще меньше.

Поскольку выбор электрической аппаратуры распределительного устройства проводится с учетом ограничения тока короткого замыкания реактором, то к его надежности предъявляются особо высокие требования.

В номинальном режима работы обмотка реактора нагревается проходящим через него током. Мощность, которая выделяется в обмотке реактора, составляет несколько киловатт при малых токах, и несколько десятков киловатт при больших токах (I_н.р = 2000 А).

В случае короткого замыкания через реактор проходит ток во много раз превышающий номинальное значение. Данное явление приводит к быстрому повышению температуры реактора.

Поэтому в качестве основных параметров вводят длительный номинальный ток I_н и ток термической стойкости I_н.т, отнесенный к определенному времени t_н.т. Иногда термическая стойкость задается произведением:

Если индуктивное сопротивление реактора превышает 3%, то наибольший ток короткого замыкания, проходящий через реактор, задается соотношением:

Данный ток берется за основу при расчете электродинамической и термической стойкости реактора.

В случае если X_p% < 3%, то при расчете тока короткого замыкания следует учитывать сопротивление источника питания.

При прохождении токов короткого замыкания внутри последнего создаются электродинамические силы, стремящиеся его разрушить. Механическая прочность реактора характеризуется ударным током электродинамической стойкости. При расчете электродинамической стойкости реактора за основу берут ударный ток, рассчитывающийся по формуле:

Основным параметром реактора является его индуктивность L. Так как:

В таком случае индуктивность реактора равна:

Где I_н.р в амперах, а U_н – в киловольтах.

Индуктивность определяется размерами и количеством витков реактора и рассчитывается по формулам 1 и 2.

Для бетонных реакторов, имеющих обмотку n витков в виде катушки с высотой h (м), толщиной b (м) и средним диаметром D (м), достаточно точные расчеты индуктивности по формуле Корндорфера:

Индуктивность пропорциональна магнитной проводимости. Применение ферромагнитных сердечников позволяет резко снизить размеры реактора. Но в наиболее ответственный момент, при коротком замыкании, из-за большого тока происходит насыщение сердечников и, как следствие, уменьшение индуктивности. Это приводит к уменьшению токоограничивающего эффекта, для которого и предназначен реактор. В связи с этим применения сердечников в реакторах не получило широкого распространения. Пропускная способность (кВ·А) трехфазного комплекта реакторов равна:

По существу Q – реактивная мощность трехфазного комплекта.

§70. Реакторы | Электротехника

Реактором назвают статическое электромагнитное устройство, предназначенное для использования его индуктивности в электрической цепи. На э. п. с. переменного и постоянного тока и на тепловозах широко применяют реакторы: сглаживающие — для сглаживания пульсаций выпрямленного тока; переходные — для переключения выводов трансформатора; делительные — для равномерного распределения тока нагрузки между параллельно включенными вентилями; токоограничивающие — для ограничения тока короткого замыкания; помехоподавления — для подавления радиопомех, возникающих при работе электрических машин и аппаратов; индуктивные шунты — для распределения при переходных процессах тока между обмотками возбуждения тяговых двигателей и включенными параллельно им резисторами и пр.

Катушка с ферромагнитным сердечником в цепи переменного тока. При подключении катушки с ферромагнитным сердечником в цепь переменного тока (рис. 231, а) протекающий по ней ток определяется потоком, который необходимо создать, чтобы индуцируемая в катушке э. д. с. e_L была равна и противоположна по фазе приложенному к ней напряжению. Этот ток называют намагничивающим. Он зависит от числа витков катушки, магнитного сопротивления ее магнитопровода (т. е. от площади поперечного сечения, длины и материала магнитопровода), напряжения и частоты его изменения. При увеличении поданного на катушку напряжения u возрастает поток Ф, сердечник ее насыщается, что вызывает резкое увеличение намагничивающего тока. Следовательно, такая катушка представляет собой нелинейное индуктивное сопротивление X_L, значение которого зависит от приложенного к ней напряжения. Вольт-амперная характеристика катушки с ферромагнитным сердечником (рис. 231,б) имеет вид, подобный кривой намагничивания. Как было показано в главе III, магнитное сопротивление магнитопровода определяется также размерами воздушных зазоров, имеющихся в магнитной цепи. Поэтому форма вольт-амперной характеристики катушки зависит от воздушного зазора б в магнитной цепи. Чем больше этот зазор, тем больший ток i проходит через катушку при заданном напряжении и, следовательно, тем меньше индуктивное сопротивление X_L катушки. С другой стороны, чем больше магнитное сопротивление, создаваемое воздушным зазором, по сравнению с магнитным сопротивлением ферромагнитных участков магнитопровода, т. е. чем больше зазор б, тем больше вольт-амперная характеристика катушки приближается к линейной.

Регулировать индуктивное сопротивление X_L катушки с ферромагнитным сердечником можно не только путем изменения воздушного зазора 8, но и путем подмагничивания ее сердечника постоянным током. Чем больше подмагничивающий ток, тем большее насыщение создается в магнитопроводе катушки и тем меньше ее индуктивное сопротивление Х_L. Катушка с ферромагнитным сердечником, подмагничиваемым постоянным током, называется насыщающимся реактором.

Применение реакторов для регулирования и ограничения тока в электрических цепях переменного тока вместо резисторов обеспечивает значительную экономию электрической энергии, так как в реакторе в отличие от резистора потери мощности незначительны (они определяются малым активным сопротивлением проводов реактора).

При включении катушки с ферромагнитным сердечником в цепь переменного тока протекающий по ней ток не будет синусоидальным. Из-за насыщения сердечника катушки в кривой тока i получаются «пики» тем больше, чем больше насыщение магнитопровода (рис. 231, в).

Сглаживающие реакторы. На электровозах и электропоездах переменного тока с выпрямителями для сглаживания пульсаций выпрямленного тока в цепях тяговых двигателей применяют сглаживающие реакторы, выполненные в виде катушки со стальным сердечником. Активное сопротивление катушки весьма мало, поэтому она практически не влияет на постоянную составляющую выпрямленного тока. Для переменной же составляющей тока катушка создает индуктивное сопротивление X_L = ?_L тем большее, чем выше частота ? соответствующей гармоники. В результате этого амплитуды гармонических составляющих выпрямленного тока резко уменьшаются и, следовательно, снижается пульсация тока. На э. п. с. переменного тока с выпрямителями, работающими от контактной сети с частотой 50 Гц, основной гармоникой выпрям-

Рис. 231. Катушка с ферромагнитным сердечником в цепи переменного тока (а), ее вольт-амперные характеристики (б) и кривые тока и напряжения в цепи катушки (е): 1 — при ? = 0; 2 — при некотором ?1; 3 — при ?2> ?1

ленного тока, которая имеет наибольшую амплитуду, является гармоника с частотой 100 Гц. Для эффективного ее подавления необходимо было бы включить сглаживающий реактор с большой индуктивностью, т. е. довольно значительных размеров. Поэтому практически эти реакторы рассчитывают так, чтобы снизить коэффициент пульсации тока до 25—30%.

Индуктивность реактора, а следовательно, и его габаритные размеры зависят от наличия в нем ферромагнитного сердечника. При отсутствии сердечника для получения требуемой индуктивности реактор должен иметь катушку значительного диаметра и с большим числом витков. Реакторы без сердечника устанавливают на тяговых подстанциях для сглаживания пульсации тока, поступающего в контактную сеть от выпрямителей. Они имеют большие габаритные размеры и массу и требуют значительного расхода меди. На э.п.с. устанавливать подобные устройства не представляется возможным.

Однако выполнять реактор с замкнутым стальным сердечником, как у трансформатора, нецелесообразно, так как протекающая по его катушке постоянная составляющая тока вызвала бы при больших нагрузках сильное насыщение сердечника и снижение индуктивности реактора. Поэтому магнитную систему сглаживающего
реактора должны рассчитывать так, чтобы она не насыщалась от постоянной составляющей тока. Для этой цели магнитопровод 1 реактора выполняют незамкнутым (рис. 232, а) так, чтобы его магнитный поток частично проходил по воздуху, либо замкнутым, но с большими воздушными зазорами (рис. 232, б). Чтобы уменьшить расход меди и снизить массу
и габаритные размеры реактора, его обмотку 2 рассчитывают на повышенную плотность тока и интенсивно охлаждают. На электровозах и электро-

Рис. 232. Магнитная система сглаживающего реактора при разомкнутом (а) и замкнутом (б) магни-топроводах

поездах применяют реакторы с принудительным воздушным охлаждением. Такой реактор заключают в специальный цилиндрический кожух; охлаждающий воздух проходит по каналам между его сердечником и обмоткой. Имеются также конструкции реакторов, в которых сердечник с обмоткой установлен в баке с трансформаторным маслом. Для уменьшения вихревых токов, которые снижают индуктивность реактора, его сердечник собирают из изолированных листов электротехнической стали.

Подобную же конструкцию имеют индуктивные шунты, которые обеспечивают при переходных процессах требуемое распределение токов между обмоткой возбуждения тягового двигателя и шунтирующим резистором (при регулировании частоты вращения двигателей путем уменьшения магнитного потока).

Токоограничивающие реакторы. На э. п. с. переменного тока с полупроводниковыми выпрямителями в некоторых случаях последовательно с выпрямительной установкой включают токоограничивающие реакторы. Полупроводниковые вентили имеют малую перегрузочную способность и при больших токах быстро выходят из строя. Поэтому при использовании их необходимо принимать специальные меры для ограничения тока короткого замыкания и быстрого отключения выпрямительной установки от источника питания до того, как этот ток достигнет значения, опасного для вентилей. При коротком замыкании в цепи нагрузки и пробое вентилей индуктивность реактора ограничивает ток. короткого замыкания (примерно в 4—5 раз по сравнению с током без реактора) и замедляет скорость его нарастания. В результате этого за период времени, необходимый для срабатывания защитной аппаратуры, ток короткого замыкания не успевает возрасти до опасного значения. В токоограничивающих реакторах иногда применяют дополнительную обмотку, выполняющую роль вторичной обмотки трансформатора. При возникновении короткого замыкания резко возрастает ток, проходящий по основной обмотке реактора, и увеличивающийся магнитный поток индуцирует в дополнительной обмотке импульс напряжения. Этот импульс служит сигналом для срабатывания устройства защиты, отключающего выпрямительную установку.

Ядерный (атомный) реактор

Адроны Альфа-распад Альфа-частица Аннигиляция Антивещество Антинейтрон Антипротон Античастицы Атом Атомная единица массы Атомная электростанция Барионное число Барионы Бета-распад Бетатрон Бета-частицы Бозе – Эйнштейна статистика Бозоны Большой адронный коллайдер Большой Взрыв Боттом. Боттомоний Брейта-Вигнера формула Быстрота Векторная доминантность Великое объединение Взаимодействие частиц Вильсона камера Виртуальные частицы Водорода атом Возбуждённые состояния ядер Волновая функция Волновое уравнение Волны де Бройля Встречные пучки Гамильтониан Гамма-излучение Гамма-квант Гамма-спектрометр Гамма-спектроскопия Гаусса распределение Гейгера счётчик Гигантский дипольный резонанс Гиперядра Глюоны Годоскоп Гравитационное взаимодействие Дейтрон Деление атомных ядер Детекторы частиц Дирака уравнение Дифракция частиц Доза излучения Дозиметр Доплера эффект Единая теория поля Зарядовое сопряжение Зеркальные ядра Избыток массы (дефект массы) Изобары Изомерия ядерная Изоспин Изоспиновый мультиплет Изотопов разделение Изотопы Ионизирующее излучение Искровая камера Квантовая механика Квантовая теория поля Квантовые операторы Квантовые числа Квантовый переход Квант света Кварк-глюонная плазма Кварки Коллайдер Комбинированная инверсия Комптона эффект Комптоновская длина волны Конверсия внутренняя Константы связи Конфайнмент Корпускулярно волновой дуализм Космические лучи Критическая масса Лептоны Линейные ускорители Лоренца преобразования Лоренца сила Магические ядра Магнитный дипольный момент ядра Магнитный спектрометр Максвелла уравнения Масса частицы Масс-спектрометр Массовое число Масштабная инвариантность Мезоны Мессбауэра эффект Меченые атомы Микротрон Нейтрино Нейтрон Нейтронная звезда Нейтронная физика Неопределённостей соотношения Нормы радиационной безопасности Нуклеосинтез Нуклид Нуклон Обращение времени Орбитальный момент Осциллятор Отбора правила Пар образование Период полураспада Планка постоянная Планка формула Позитрон Поляризация Поляризация вакуума Потенциальная яма Потенциальный барьер Принцип Паули Принцип суперпозиции Промежуточные W-, Z-бозоны Пропагатор Пропорциональный счётчик Пространственная инверсия Пространственная четность Протон Пуассона распределение Пузырьковая камера Радиационный фон Радиоактивность Радиоактивные семейства Радиометрия Расходимости Резерфорда опыт Резонансы (резонансные частицы) Реликтовое микроволновое излучение Светимость ускорителя Сечение эффективное Сильное взаимодействие Синтеза реакции Синхротрон Синхрофазотрон Синхроциклотрон Система единиц измерений Слабое взаимодействие Солнечные нейтрино Сохранения законы Спаривания эффект Спин Спин-орбитальное взаимодействие Спиральность Стандартная модель Статистика Странные частицы Струи адронные Субатомные частицы Суперсимметрия Сферическая система координат Тёмная материя Термоядерные реакции Термоядерный реактор Тормозное излучение Трансурановые элементы Трек Туннельный эффект Ускорители заряженных частиц Фазотрон Фейнмана диаграммы Фермионы Формфактор Фотон Фотоэффект Фундаментальная длина Хиггса бозон Цвет Цепные ядерные реакции Цикл CNO Циклические ускорители Циклотрон Чарм. Чармоний Черенковский счётчик Черенковсое излучение Черные дыры Шредингера уравнение Электрический квадрупольный момент ядра Электромагнитное взаимодействие Электрон Электрослабое взаимодействие Элементарные частицы Ядерная физика Ядерная энергия Ядерные модели Ядерные реакции Ядерный взрыв Ядерный реактор Ядра энергия связи Ядро атомное Ядерный магнитный резонанс (ЯМР)

Ядерный (атомный) реактор Nuclear reactor Схема ядерного реактора: 1 – ядерное топливо, 2 – замедлитель, 3 – отражатель нейтронов, 4 – защита, 5 – регулирующие стержни.     Ядерный (атомный) реактор – установка, в которой осуществляется самоподдерживающаяся управляемая цепная ядерная реакция деления. Ядерные реакторы используются в атомной энергетике и в исследовательских целях. Основная часть реактора – его активная зона, где происходит деление ядер и выделяется ядерная энергия. Активная зона, имеющая обычно форму цилиндра объёмом от долей литра до многих кубометров, содержит делящееся вещество (ядерное топливо) в количестве, превышающем критическую массу. Ядерное топливо (уран, плутоний) размещается, как правило, внутри тепловыделяющих элементов (ТВЭЛов), количество которых в активной зоне может достигать десятков тысяч. ТВЭЛы сгруппированы в пакеты по несколько десятков или сотен штук. Активная зона в большинстве случаев представляет собой совокупность ТВЭЛов погружённых в замедляющую среду (замедлитель) – вещество, за счёт упругих соударений с атомами которого энергия нейтронов, вызывающих и сопровождающих деление, снижается до энергий теплового равновесия со средой. Такие “тепловые” нейтроны обладают повышенной способностью вызывать деление. В качестве замедлителя обычно используется вода (в том числе и тяжёлая, D2О) и графит. Активную зону реактора окружает отражатель из материалов, способных хорошо рассеивать нейтроны. Этот слой возвращает вылетающие из активной зоны нейтроны обратно в эту зону, повышая скорость протекания цепной реакции и снижая критическую массу. Вокруг отражателя размещают радиационную биологическую защиту из бетона и других материалов для снижения излучения за пределами реактора до допустимого уровня.     В активной зоне в результате деления освобождается в виде тепла огромная энергия. Она выводится из активной зоны с помощью газа, воды или другого вещества (теплоносителя), которое постоянно прокачивается через активную зону, омывая ТВЭЛы. Это тепло может быть использовано для создания горячего пара, вращающего турбину электростанции.     Для управления скоростью протекания цепной реакции деления применяют регулирующие стержни из материалов, сильно поглощающих нейтроны. Введение их в активную зону снижает скорость цепной реакции и при необходимости полностью останавливает её, несмотря на то, что масса ядерного топлива превышает критическую. По мере извлечения регулирующих стержней из активной зоны поглощение нейтронов уменьшается, и цепная реакция может быть доведена до стадии самоподдерживающейся.     Первый реактор был пущен в США в 1942 г. В Европе первый реактор был пущен в 1946 г. в СССР. См. также Атомная энергетика

Для чего нужен реактор на подстанции?

Содержание

• – Для чего реактор на подстанции?
• – Для чего нужен реактор?
• – Что такое Межсекционный реактор?
• – Что делает шунтирующий реактор?
• – Для чего служит бетонный реактор?
• – Что представляет собой реактор?
• – Что происходит в ядерном реакторе?
• – Как работает дугогасящий реактор?
• – Что такое Дгр на подстанции?
• – Какие параметры характеризуют Реактор токоограничивающий?
• – Что такое линейный реактор?
• – Что такое сдвоенный реактор?
• – Для чего нужен Ушр?
• – Как работает Ушр?

реактор электрический — высоковольтный электрический аппарат (в виде катушки индуктивности) для ограничения тока короткого замыкания (КЗ) и поддержания достаточного напряжения на шинах распределительного устройства при кратковременном КЗ в сети.

Для чего реактор на подстанции?

Служит для ограничения токов КЗ в мощных электроустановках, а так же позволяет поддерживать на шинах подстанции определенный уровень напряжения при повреждениях за реактором. Реактор представляет собой индуктивную катушку без сердечника и его индуктивное сопротивление не зависит от протекающего тока.

Для чего нужен реактор?

Реакторы применяются в схемах электрических станций и подстанций с электрическими параметрами в соответствии с паспортными данными. Применение реакторов дает возможность ограничить номинальный ток отключения линейных выключателей и обеспечить термическую стойкость отходящих кабелей.

Что такое Межсекционный реактор?

Межсекционные и фидерные реакторы

Межсекционные реакторы включаются между секциями для ограничения токов и поддержания напряжения в одной из секций, при к. з. в другой секции. Фидерные и фидерные групповые устанавливаются на отходящих фидерах (групповые являются общими для нескольких фидеров).

Что делает шунтирующий реактор?

Шунтирующий реактор – это устройство, обладающее большой индуктивностью и малым активным сопротивлением. … Шунтирующий реактор применяют для повышения пропускной способности линий сверхвысокого напряжения разгружая их по реактивной мощности, а так же для регулирования реактивной мощности и напряжения.

Для чего служит бетонный реактор?

Реактор электрический, высоковольтный электрический аппарат, предназначенный для ограничения тока короткого замыкания (КЗ) и поддержания достаточного напряжения на шинах распределительного устройства при КЗ в сети. Представляет собой катушку индуктивности, на которой происходит основное падение напряжения при КЗ.

Что представляет собой реактор?

Реактор — устройство, действующее на основе различных типов реакций (физических, химических, биологических и т. п.) … Ядерный реактор — устройство, в котором осуществляется управляемая цепная ядерная реакция, сопровождающаяся выделением энергии.

Что происходит в ядерном реакторе?

Все очень просто. В ядерном реакторе распадается Уран-235, при этом выделяется огромное количество тепловой энергии, она кипятит воду, пар под давлением крутит турбину, которая вращает электрогенератор, который вырабатывает электричество. Науке известен по крайней мере один ядерный реактор естественного происхождения.

Как работает дугогасящий реактор?

Принцип действия дугогасящего реактора … Принцип действия реактора основан на компенсации емкостного тока, возникающего при однофазных замыканиях на землю. Каждый изолированный проводник обладает некоторой емкостью относительно земли. При нарушении изоляции, возникает емкостной ток, стекающий в землю.

Что такое Дгр на подстанции?

Плунжерный дугогасящий реактор (ДГР) с плавным регулированием тока серии РЗДПОМ, предназначен для компенсации емкостных токов в электрических сетях 6, 10, 35 кВ с изолированной нейтралью, возникающих при однофазных замыканиях на землю (ОЗЗ). Реактор подключается между нейтралью сети и контуром заземления подстанции.

Какие параметры характеризуют Реактор токоограничивающий?

Токоограничивающего элемента сети дает возможность определить совокупность его основных электрических параметров. Этими параметрами являются: номинальное напряжение реактора, номинальный ток, ток короткого замыкания /кзр, индуктивность Lp (или индуктивное сопротивление Хр).

Что такое линейный реактор?

Линейный реактор представляет собой обычньш трехобмоточный дроссель, включаемый в силовую схему статического преобразователя. Мы уже говорили о том, что этот элемент, будучи установленным на входе преобразователя, выполняет функции снижения влияния на питающую сеть.

Что такое сдвоенный реактор?

Сдвоенные токоограничивающие реакторы 6,10,35 кВ. Для уменьшения потерь напряжения на реакторе в номинальном режиме работы, с целью упрощения и удешевления распределительных устройств. Для работы в цепях генераторов, трансформаторов, на отходящих линиях подстанций.

Для чего нужен Ушр?

Управляемые шунтирующие реакторы (УШР) Применение управляемых шунтирующих реакторов на объектах ЕНЭС позволяет управлять режимами работы сетей таким образом, чтобы снизить потери, повысить пропускную способность линий электропередачи.

Как работает Ушр?

Принцип действия Управляемый шунтирующий реактор – это переменное индуктивное сопротивление, плавно регулируемое подмагничиванием ферромагнитных элементов магнитной цепи. … За счет этого обеспечивается плавное изменение уровней напряжения в точке подключения УШР и величина потребляемой реактором реактивной мощности.

Интересные материалы:

Чем кормить несушек чтобы желток был желтым?
Чем кормить зимой Дроздов?
Чем кусает шмель?
Чем лучше кормить кошку?
Чем лучше крепить напольный плинтус?
Чем лучше Круглая кроватка?
Чем лучше мыть холодильник?
Чем лучше смазать слоеное тесто?
Чем лучше твердые сорта пшеницы?
Чем лучше застелить пол на даче?

Блог инженера теплоэнергетика | Токоограничивающий реактор

      Здравствуйте! Токоограничивающий реактор предназначен для ограничения величины токов, возникающих при коротких замыканиях на линиях или шинах станций и подстанций. По сути, это катушка индуктивности, подчиняющаяся закону коммутации, который гласит, что ток в цепи с индуктивностью не может изменяться скачкообразно.

Характеристики

Реактор характеризуется следующими величинами:

• Номинальное напряжение.

• Номинальный ток.

• Индуктивное сопротивление, выраженное в процентах.

     Увеличение активного сопротивления устройства, приводит к большему ограничению, протекающего через него, тока короткого замыкания.

     Индуктивное сопротивление аппарата выражается в процентном соотношении и показывает, какая часть от номинального напряжения, при протекании заданного тока, рассеивается на индуктивном сопротивлении.

Применение

     Токоограничивающие реакторы устанавливаются последовательно нагрузке, на отходящих линиях электростанций и подстанций, на участках, где требуется уменьшить величину тока короткого замыкания. Ограничение величины протекающего тока, позволяет применять менее сложную аппаратуру релейной защиты и автоматики, а также высоковольтные выключатели, с меньшим максимальным током отключения. Все это позволяет значительно уменьшить стоимость распределительных устройств.

Устройство и принцип действия

     Конструктивно реактор представляет собой катушку индуктивности, обладающую большим индуктивным и малым активным сопротивлением. Катушка состоит и медного или алюминиевого провода, с сечением, допускающим протекание номинального тока электроустановки, намотанного на опору из изоляционного материала.

     При нормальной работе сети, падение напряжения на обмотке реактора составляет 3 – 4%. В момент возникновения в электрической системе токов короткого замыкания, падение напряжения на нем многократно возрастает, что позволяет ограничить величину тока, до приемлемых величин.

     В аппаратах ограничения тока не применяются стальные сердечники, так как при возникновении короткого замыкания на линии, происходит насыщение стали, и реактивное сопротивление катушки резко уменьшается, вследствие чего она теряет свои токоограничивающие свойства.

     При проектировании схем следует помнить, что если на линиях электропередач применяется система высокочастотной связи или высокочастотной защиты от повреждений, установленный реактор может гасить частоты технологии PLC.

Виды реакторов

По типу установки реакторы делятся на:

• Устройства наружной установки. Предназначены для эксплуатации под открытым небом, без дополнительной защиты от непогоды.

• Аппараты внутреннего исполнения. Применяются только в закрытых помещениях (ЗРУ), обеспечивающих защиту от внешней среды.

По классу напряжения:

• Среднего напряжения (3 – 35 кВ).

• Высокого напряжения (110 – 500 кВ).

По назначению:

• Межсекционные. Предназначены для создания электрической связи между секциями распределительного устройства, включаются они последовательно с межсекционным выключателем. В момент возникновения короткого замыкания на одной из секций, токоограничивающий аппарат предотвратит бросок тока на неповрежденной секции и предотвратит ложное срабатывание ее защит.

• Фидерные. Устанавливаются на отходящие фидерные линии и предназначены для дугогашения при коротком замыкании на линии. Дугогасительный реактора ограничит ток и не даст развиться дуге, предотвратив повреждение оборудования. Применяются в сетях с глухозаземленной нейтралью.

• Фидерные групповые. Имеют то же назначение и принцип действия, что и фидерные реакторы, но предназначены для установки на группу отходящих присоединений.

По конструкции:

• Броневые. Для экономии дорогостоящих материалов, при условии точного расчета токов короткого замыкания, способных возникнуть в электрической сети, допускается применять токоограничивающие реакторы с сердечником из броневой конструкции из электротехнической стали. Данные устройства обладают меньшей массой, нежели их аналоги, изготовленные по другим технологиям, размерами и стоимостью. К недостаткам броневого реактора можно отнести возможность потери им токоограничивающих свойств, при прохождении в сети токов короткого замыкании, выше, чем токи, на которые он рассчитан.

• Бетонные. Широко распространены на подстанциях до 35 кВ. Имеют малую стоимость и неприхотливы к условиям эксплуатации. Аппаратам такого рода требуется минимальное техническое обслуживание (осмотр и протяжка соединений), так как они изготавливаются из витков многожильного, изолированного провода, залитого в бетонное основание. При возникновении токов короткого замыкания, все детали устройства испытывают большие механические нагрузки, поэтому бетон для изготовления основания применяется особой прочности (вибрационный замес). При прохождении больших токов, бетонные реакторы могут быть оснащены принудительным охлаждением, в таком случае в маркировку аппарата добавляется буква «Д» — дутье. Катушки реактора располагаются встречно, для уменьшения суммарных магнитных потоков, возникающих при больших токах короткого замыкания.

• Масляные. Применяются в высоковольтных сетях (свыше 35 кВ). На каждую фазу приходится свой герметичный бак с маслом, в котором уложены витки катушки индуктивности. Масло является изолятором и одновременно охлаждает катушку, предотвращая ее перегрев и разрушение реактора. Стенки бака предохраняются от нагрева при помощи специальных магнитных шунтов и электромагнитных экранов.

     Магнитный шунт. Представляет собой пакеты листовой, электротехнической стали, установленные внутри масляного бака реактора. Шунт обладает очень малым магнитным сопротивлением, благодаря чему магнитный поток катушки реактора замыкается через него, а не через стенки бака.

     Электромагнитный экран. Обмотки реактора обкладываются короткозамкнутыми витками из медного или алюминиевого провода, возникающее в этих витках электромагнитное поле, противодействует полю, наводимому катушками устройства. В результате чего, сила действия основного поля значительно ослабевает или исчезает вовсе.

     Во избежание разрыва бака, при перегреве реактора и в результате повышенном газообразовании масла, все аппараты, рассчитанные на напряжение 500 кВ и выше, оснащаются специальными устройствами газовой защиты (газовыми реле). Которые при закипании масла выдают команду на отключение реактора, либо на сигнал обслуживающему персоналу.

• Сдвоенные. Используются для уменьшения падения напряжения на линиях большой протяженностью. Конструктивно представляют две обмотки на каждой фазе, включаемые встречно, в результате чего индуктивность реактора стремиться к нулю, а падение напряжение уменьшается. При возникновении токов короткого замыкания, магнитное поле катушки резко возрастает и реактора работает в обычном режиме токоограничения. К недостаткам устройства можно отнести его большие массу и габариты, а также значительную стоимость (примерно в два раза, по сравнению с реактором другого исполнения).

• Сухие. Являются самой новой разработкой, внедряемой в промышленность. Они широко применяются в сетях с напряжением до 220 кВ. Сухой реактор представляет собой катушку индуктивности из кабелей, намотанную на диэлектрическом каркасе. Аппараты сухого исполнения имеют малую стоимость и хорошие показатели, как по ограничению токов короткого замыкания, так и по охлаждению обмоток.

• Сглаживающие реакторы. Этот электрический аппарат следует отметить отдельно. Сглаживающие реакторы применяются для уменьшения пульсаций выпрямленного тока в цепях питания мощных электродвигателях электровозов и электропоездов. Устройство представляет собой катушку со стальным сердечником, обладающую малым активным сопротивлением, в результате чего, реактор не оказывает влияния на постоянную составляющую выпрямленного тока. Однако переменный ток, присутствующий в цепи, рассеивается на индуктивном сопротивлении катушки.

Заключение

      В статье рассказано о назначении и видах реакторов, применяемых для ограничения тока в цепи. Самым важным в работе этих устройства является снижение тока короткого замыкания, который должен разорвать высоковольтный выключатель и уменьшение возникающей дуги (для дугогасящих реакторов) в сетях с глухозаземленной нейтралью. Дуга не возникает, так как для ее создания не хватит тока в цепи, в результате чего, оборудование останется неповрежденным, и будет снижен риск для жизни и здоровья обслуживающего персонала.

     Однако следует помнить, что применение токоограничивающего реактора, требует проведения более сложных расчетов для устройств релейной защиты и автоматики, а также то, что несоответствие параметров аппарата, значениям сети, не обеспечит необходимого снижения тока.

замыкание топливного цикла в двухкомпонентной ядерной энергетике / Хабр

Мечта современных ядерщиков — энергетика без радиоактивных отходов. Это когда отработанное ядерное топливо перерабатывается и снова становится топливом для реакторов разного типа. Попутно снижается потребность в дорогостоящем обогащении урана, а в итоге получается что-то фантастическое и, условно, вечно работающее.

БН-800 на Белоярской АЭС — один из двух в мире действующих реакторов на быстрых нейтронах. Выведен на номинальную мощность в 2015 году

Под катом — рассказ про устройство классических ядерных реакторов на тепловых нейтронах, принцип работы ядерных реакторов на быстрых нейтронах (в мире их всего два, и оба в России) и замыкание ядерного топливного цикла.

Уверена, это будет интересно тем, кому пришелся по вкусу рассказ про международную стройку 500-мегаваттного термоядерного реактора ITER.

Наш рассказчик — Алексей Германович Горюнов, заведующий кафедрой и руководитель отделения ядерно-топливного цикла инженерной школы ядерных технологий из томского Политеха, который прочитал лекцию про двухкомпонентную энергетику в томской Точке кипения.

Сегодняшний рассказ — о новых технологиях мирного атома: замыкании ядерно-топливного цикла и двухкомпонентной ядерной энергетике.

Но начнем с того, как ядерно-топливный цикл функционирует сейчас.

Классический топливный цикл

MOX (Mixed-Oxide fuel) — ядерное топливо, содержит несколько видов оксидов делящихся материалов (обычно плутония и урана). НАО, САО, ВАО — разные типы радиоактивных отходов. ОЯТ — отработавшее ядерное топливо

Центр современного цикла — ядерный реактор на тепловых нейтронах. Он выделен зеленым. В качестве топлива реактор использует уран, обогащенный по изотопу-235. Чтобы его получить, урановую руду извлекают, перерабатывают, а потом проводят долгое и дорогостоящее обогащение.

В больших реакторах, преобладающих в ядерной энергетике, таких как водо-водяной ВВР-1000 или канальный РБМК-1000, отработанное топливо не перерабатывают. Его хранят в бассейнах выдержки реакторов, а потом перевозят на площадку долговременного хранения на базе горно-химического комбината.

Базовый процесс получения топлива дорогой, а сырье — исчерпаемый ресурс, поэтому человечество напряженно решает задачу по замыканию топливного цикла — это когда из ядерных отходов опять производят топливо. Сейчас эта схема существует лишь в небольшом сегменте ядерной энергетики — в транспортных и исследовательских реакторах.

Давайте теперь посмотрим на устройство современных реакторов.

Ядерные реакторы на тепловых нейтронах

Схематично атомную станцию с ядерным реактором на тепловых нейтронах можно представить так:

Далее мы будем говорить о так называемом ядерном острове, куда входит реакторная часть. Рассмотрим, какие реакторы используются в настоящее время, а какие могут быть запущены в ближайшем будущем.

Условная схема ядерной электростанции

Реактор — это устройство, в активной зоне которого осуществляется контролируемая самоподдерживающаяся цепная реакция деления ядер тяжелых элементов, в частности урана-235. Сегодня наиболее распространены водо-водяные энергетические блоки. На картинке — схема как раз такого реактора.

Условная схема электростанции с водо-водяным реактором

Реактор находится в защищенном корпусе и примыкает к отдельному зданию, где размещают традиционные энергетические узлы — турбинный зал и другие, которые есть в обычных теплоэнергетических станциях.

Обычно в реакторах используют четыре нити охлаждения для повышения надежности. Первый контур охлаждения реактора включает сам реактор, а также главные циркуляционные насосы. Их число соответствует количеству нитей охлаждения — четыре. На каждой из нитей охлаждения установлен парогенератор, который отделяет первый контур реактора от второго, содержащего теплоноситель, поступающий в традиционный остров.

Энергетическая установка с реактором ВВР

Общий вид самого реактора:

Стоит отметить, что это корпусной реактор, такая конструкция позволяет достичь высоких показателей по безопасности.

Ядерные реакторы на быстрых нейтронах

Сначала немного физики. Напомню, изотопы — это элементы, имеющие одинаковые атомные номера, но разный атомный вес. Самое интересное, что они имеют разные свойства. К примеру, уран-238 практически не делится в реакторах на тепловых нейтронах, а уран-235 — делится. Чтобы описать вероятность деления изотопа, в ядерной физике используют понятие «сечение деления».

Сечение реакции деления ядер изотопов урана, плутония и тория в зависимости от энергии нейтронов

Рисунок наглядно показывает, что для урана-235 и плутония-239 мы можем создать цепную реакцию, используя как тепловые, так и быстрые нейтроны. А уран-238 в левой части графика (где находятся тепловые нейтроны) делиться не будет. В природе же распространен в основном изотоп урана-238, который нельзя напрямую использовать в реакторе на тепловых нейтронах. Урана-235 в природе содержится очень мало, а для получения топлива необходимо проводить дорогостоящее обогащение.

Реактор на быстрых нейтронах позволяет уйти от процедуры обогащения по урану-235. Но технически все не так просто.

В реакторе на тепловых нейтронах, как и в целом во всех современных энергетических установках, в качестве теплоносителя используют воду. Именно она переносит тепловую энергию к турбинам. С ней понятно, как работать, какие использовать конструкционные материалы. Однако из ядерной физики мы знаем, что вода замедляет быстрые нейтроны, появляющиеся при делении ядер.

Поэтому в реакторе на быстрых нейтронах в качестве теплоносителя, как правило, используются жидкие металлы, что существенно усложняет конструкцию.

Здесь приходится решать целый пласт научных и опытно-конструкторских задач, в том числе — разрабатывать новые материалы.

Наиболее вероятная реакция в реакторе на быстрых нейтронах — поглощение нейтрона изотопом урана-238 — показана на схеме ниже.

В результате природный уран-238 преобразуется в изотоп плутония-239, который обладает свойствами деления, схожими с ураном-235. И тут появляется возможность преобразовать почти не делящийся в реакторах на тепловых нейтронах уран-238 в новое ядерное топливо.

Уран-235 и плутоний-239 схожи по своим свойствам. На базе этих ядер мы вполне можем получить цепную реакцию: поглощая как быстрые, так и медленные нейтроны, ядра будут делиться, испуская вторичные, третичные нейтроны и т.д.

Исторически сложилось, что наиболее проработанные на сегодняшний день реакторы на быстрых нейтронах — БН-600 и БН-800.

А Россия — единственная страна в мире, имеющая действующие промышленные ядерные реакторы на быстрых нейтронах.

Их устройство намного сложнее, чем у двухконтурного водо-водяного реактора на тепловых нейтронах, поскольку в качестве теплоносителя используют жидкий натрий с температурой плавления ~98℃.

Схема энергоблока с реактором на быстрых нейтронах

В реакторах с натриевым теплоносителем мы не можем использовать двухконтурную схему, где первый контур заполнен натрием, а второй — водой, поскольку случайное взаимодействие облученного натрия с водой приведет к особо тяжелым последствиям. В ходе реакции этих двух веществ выделяется взрывоопасный водород, и в случае взрыва нейтрализовать фонящий натрий будет крайне проблематично. Поэтому используют трехконтурную схему. Первый контур — натриевый (на рисунке он показан красным в центре реактора), потом теплообменник и еще один (промежуточный) натриевый контур (желтый цвет), позволяющий снизить степень облучения натрия, и только в третьем контуре используется вода, установлена турбина, тепловые части и остальное оборудование. Три контура усложняют как эксплуатацию реактора, так и управление им.

Следующий шаг — БРЕСТ

Энергокомплекс БРЕСТ-300 — следующий этап развития. Создается он в рамках росатомовского проекта «Прорыв». Вместо натрия в качестве теплоносителя используют свинец (t_плав. 327℃). Это позволяет, как и в водо-водяных реакторах, использовать всего два контура, упрощает управление и повышает энергоэффективность.

Конструкция этого реактора обеспечивает так называемую естественную безопасность: на этом реакторе невозможна авария из-за неконтролируемого появления нейтронов, приводящего к цепным реакциям (разгона реактора по мощности).

На этот реактор возлагают большие надежды. В нем можно «сжигать» делящиеся элементы и нарабатывать плутоний, а потом использовать его для замыкания ядерно-топливного цикла.

Цель замыкания — постепенно исключить часть цепочки, связанную с добычей урана его обогащением, а также повторно использовать ядерные отходы.

Двухкомпонентная ядерная энергетика

Двухкомпонентная энергетика — это решение задачи по уменьшению количества обогащенного природного урана, необходимого для работы всех этих реакторов. Она еще не достигла пика своего развития — это то, чем будет заниматься поколение сегодняшних школьников.

В настоящее время в реакторах на быстрых нейтронах мы начинаем нарабатывать делящиеся элементы, которые впоследствии позволят загружать сюда топливо, не обогащенное по урану-235.

БН-600 и БН-800 уже работают на так называемом МОКС-топливе (MOX — Mixed-Oxide fuel) — смеси, включающей оксиды плутония-239 и урана. Причем реакторы могут работать как на топливе, обогащенном по урану-235 — и в этом случае нарабатывать плутоний-239, — так и на плутонии.

Частично замкнутый цикл использования ядерного топлива

На базе Опытно-демонстрационного центра в Северске, а в будущем и завода ФТ-2 в Железногорске, есть хранилище отработанного ядерного топлива. Сейчас на финальной стадии разработки находится технология, которая позволит переработать топливо после реактора ВВР и вернуть из него в цикл уран и плутоний. Задачу переработки решают весьма интересно: уран и плутоний не разделяют, а передают на производство в смешанном виде. В итоге мы получаем тепловыделяющие сборки для реакторов, содержащие регенерированный уран и плутоний, а также добавленный туда природный уран, обогащенный по изотопу-235.

Конечно, полного замыкания ядерно-топливного цикла здесь нет, но этот подход позволяет снизить затраты на обогащение.

Кроме того, делящиеся элементы, которые мы будем извлекать из отработанного в реакторах ВВР топлива, пойдут на топливные циклы быстрых реакторов.

Сейчас уже отработана схема загрузки в реактор БН-800 МОКС-топлива, содержащего плутоний-239 и уран-238, его путь на рисунке ниже показан красной линией.

Схема подразумевает использование отработанного ядерного топлива (ОЯТ) из реактора ВВЭР совместно с оксидным топливом с ураном-235 после реакторов БН. В ходе переработки мы выделяем смесь плутония и урана, которая идет на изготовление МОКС-топлива. А отработанное МОКС-топливо перерабатывают вместе с топливом после реактора РБМК.

Получается, что мы начинаем с обычной загрузки реакторов оксидным топливом на базе урана-235 и постепенно, нарабатывая плутоний-239 в быстром реакторе, вытесняем его МОКС-топливом.

Мы не сможем сразу перейти с традиционных реакторов на быстрые, потому что для каждого реактора на быстрых нейтронах придется построить инфраструктуру по переработке топлива, которая в первое время не будет загружена, ведь реакторы должны наработать топливо, которое впоследствии будет перерабатываться. А в схеме выше заложен плавный переход от существующих реакторов к быстрым. Эта схема подразумевает наработку плутония на реакторе БН-800. В перспективе должны появиться более мощные и более рентабельные установки — БН-1200, которые воплотят двухкомпонентность нашей ядерной энергетики на ближайшее десятилетие и стратегию того же Росатома.

Но интереснее то, что происходит в проекте БРЕСТ. Реактор такого типа с электрической мощностью 300 МВт уже начали возводить в Северске. Вокруг него построят комплекс, который позволит решать задачи регенерации топлива, т. е. все процессы в рамках замыкания топливного цикла будут сосредоточены в одном месте.

На начальном этапе будет нужна подпитка природным или обедненным ураном, как отмечено на картинке. Не имея нужного объема плутония, мы можем, как и в предыдущей схеме, стартовать, используя комбинированное топливо, и постепенно нарабатывать плутоний, переходя на замкнутый цикл.

На этот реактор возлагают большие надежды: упомянутый выше естественный контур защиты не позволяет разогнать его до тяжелых аварий. Но здесь придется столкнуться с рядом проблем. Задачи, связанные с наработкой плутония, уже в какой-то степени решали. А вот переработка ядерного топлива после быстрых реакторов — вопрос открытый. Здесь нужно обеспечить короткую выдержку топлива: оно горячее и с высоким радиационным фоном. Нужно создавать новые технологические процессы, отрабатывать их на стендах и внедрять.

Если задача по замыканию ядерного топливного цикла будет решена, то в масштабах жизни человека мы получим практически неисчерпаемый источник энергии.

Параллельно необходимо довести до конца решение задачи по выводу отходов из цикла без нарушения естественного радиационного баланса Земли. Проектируемый топливный цикл должен обеспечить возврат ровно того же количества радиации, которое мы извлекли. Теоретически эта задача просчитана и может быть решена. Дело за практикой.

В отличие от прошлого века, когда необходимо было получить ядерное оружие и заодно ядерную энергетику любой ценой, а экономику никто не просчитывал, сейчас задача состоит в том, чтобы все было энергоэффективно, экономически целесообразно и с обеспечением естественной безопасности. И кто-то это все должен делать. Так что спецы по данному и смежным направлениям без работы не останутся.

Что такое ядерный реактор?

По Доктор Ник Туран, доктор философии, PE, Время чтения: 11 минут

Ядерный реактор — это система, которая содержит и контролирует устойчивые цепные ядерные реакции. Реакторы используются для получения электричество, перемещение авианосцев и подводных лодок, производство медицинских изотопов для визуализации и лечения рака, и для проведения исследований.

Топливо, состоящее из тяжелых атомов, которые расщепляются при поглощении нейтронов, помещается в корпус реактора (в основном большой резервуар) вместе с небольшим источником нейтронов. Нейтроны запускают цепную реакцию, в которой каждый расщепляющийся атом высвобождает больше нейтронов, которые вызывают расщепление других атомов. Каждый раз, когда атом распадается, он высвобождает большое количество энергия в виде тепла. Тепло от реактора отводится теплоносителем, который чаще всего представляет собой простой вода. Охлаждающая жидкость нагревается и уходит в турбину, чтобы раскрутить генератор или приводной вал. Ядерные реакторы – это всего лишь экзотические источники тепла.

На этой странице

• Компоненты ядерных реакторов
• Анимированная реакторная система
• Ядерный сердечник
• Типы ядерных реакторов

Основные компоненты

• Активная зона реактора содержит все ядерное топливо и вырабатывает все тепло. Это содержит низкообогащенный уран (<5% U-235), системы управления и конструкционные материалы. Активная зона может содержать сотни тысяч отдельных твэлов.

• Теплоноситель — это материал, который проходит через активную зону, передавая тепло от топлива к турбине. Это может быть вода, тяжелая вода, жидкий натрий, гелий или что-то еще. в Американский парк энергетических реакторов, вода является стандартом.

• Турбина передает тепло от теплоносителя к электричеству, как на заводе, работающем на ископаемом топливе.

• Защитная оболочка — это конструкция, отделяющая реактор от окружающей среды. Это обычно куполообразные, изготавливаются из железобетона высокой плотности. Чернобыля не было о сдерживании говорить.

• Градирни необходимы некоторым заводам для сброса избыточного тепла, которое не может быть преобразовано энергии в силу законов термодинамики. Это гиперболические символы ядерной энергии. Они выделяют только чистый водяной пар.

Диспетчерская

---

Анимированная реакторная система

На изображении выше (воспроизведенном из NRC) показан ядерный реактор, нагревающий воду и вращающийся генератор для производства электроэнергии. Он хорошо отражает суть системы. Вода поступает в конденсатор а затем вернуться обратно будет вода из реки, озера или океана. Он выходит из градирен. Как ты Видно, эта вода не идет рядом с той радиоактивностью, которая находится в корпусе реактора.

---

Топливные стержни

Наименьшим узлом реактора является твэл. Обычно это оксид урана (UO ₂ ), но может принимать и другие формы, включая торийсодержащий материал. Они часто окружены металлической трубкой (называемой оболочкой), чтобы предотвратить утечку продуктов деления. в охлаждающую жидкость.

Топливная сборка

ТВС представляют собой пучки твэлов. Топливо загружается и вывозится из реактора в сборках. Сборки имеют некоторый конструкционный материал, чтобы штифты располагались близко, но не соприкасались. чтобы оставалось место для охлаждающей жидкости.

Полное ядро ​​

Это полноценное ядро, состоящее из нескольких сотен сборок. Некоторые узлы являются узлами управления. Различные тепловыделяющие сборки вокруг активной зоны содержат разное топливо. Они различаются по обогащению. и возраст, среди других параметров. Сборки также могут различаться по высоте, с различным обогащением наверху ядра от тех, что внизу.

Типы реакторов

Существует множество различных форм ядерного топлива, и в ядерной энергии могут использоваться охлаждающие материалы. реактор. В результате существуют тысячи различных возможных конструкций ядерных реакторов. Здесь, мы обсуждаем несколько проектов, которые были созданы ранее, но не ограничиваем ваши воображение; возможны более миллиона других конструкций реакторов. Придумай свое! Или, для удовольствия вы можете попробовать наш Генератор концепций Random Reactor или просмотреть список из более чем миллиона опции.

Реактор с водой под давлением

Самый распространенный тип реактора. PWR использует обычную старую воду в качестве охлаждающей жидкости. Первичное охлаждение вода находится под очень высоким давлением, поэтому она не кипит. Он проходит через теплообменник, передача тепла вторичному контуру охлаждающей жидкости, который затем вращает турбину. Они используют оксид топливные таблетки, уложенные в циркониевые трубки. Они могли бы сжечь торий или плутониевое топливо.

Плюсы:

• Сильный отрицательный коэффициент пустотности — реактор остывает, если вода начинает пузыриться потому что теплоноситель является замедлителем, который необходим для поддержания цепная реакция

• Вторичный контур защищает турбины от радиоактивных материалов, делает обслуживание легким.

• Был накоплен очень большой опыт эксплуатации, а конструкции и процедуры были в значительной степени оптимизированы.

Минусы:

• Хладагент под давлением быстро вытекает при разрыве трубы, что требует большого количества резервных систем охлаждения.
• Невозможно создать новое топливо — уязвим к «дефициту урана»

Реактор с кипящей водой

Второй по распространенности реактор BWR во многом похож на PWR. Однако охлаждающая жидкость у них только одна. петля. Горячее ядерное топливо кипятит воду, когда она выходит из верхней части реактора, где пар направляется к турбине, чтобы раскрутить ее.

Плюсы:

• Простая сантехника снижает затраты
• Уровни мощности можно увеличить, просто ускорив работу струйных насосов, подав меньше кипяченой воды и больше умеренности. Таким образом, отслеживание нагрузки является простым и легким.
• Накоплен большой опыт эксплуатации, конструкции и процедуры в значительной степени оптимизированы.

Минусы:

• При наличии в системе жидкой и газообразной воды возможно множество странных переходных процессов, что затрудняет анализ безопасности
• Теплоноситель первого контура находится в прямом контакте с турбинами, поэтому в случае утечки из топливного стержня радиоактивный материал может поставить на турбину. Это усложняет техническое обслуживание, так как персонал должен быть одет для радиоактивных сред.
• Невозможно создать новое топливо — подвержен «нехватке урана»
• Обычно плохо работает при отключении электроэнергии на станции, как на Фукусиме.

Canada Deuterium-Uranium Reactors (CANDU)

CANDU — это канадская конструкция, которая используется в Канаде и во всем мире. Они содержат тяжелой воды , где водород в h3O имеет дополнительный нейтрон (что делает его дейтерием вместо водорода). Дейтерий поглощает намного меньше нейтронов, чем водород, и CANDU могут работать, используя только природный уран вместо обогащенного.

Плюсы:

• Требует очень небольшого обогащения урана.
• Можно заправлять во время работы, сохраняя высокий коэффициент мощности (пока не сломаются машины для обработки топлива).
• Очень универсальны и могут использовать любой вид топлива.

Минусы

• Некоторые варианты имеют положительные температурные коэффициенты охлаждающей жидкости, что вызывает проблемы с безопасностью.
• Поглощение нейтронов дейтерием приводит к образованию трития, который является радиоактивным и часто вытекает в небольших количествах.
• Теоретически может быть модифицирован для производства оружейного плутония немного быстрее, чем обычные реакторы.

См. также

• CANTEACH — Самый полный общедоступная учебно-справочная библиотека по технологии CANDU.

Быстрый реактор с натриевым охлаждением

Эти реакторы охлаждаются жидким металлическим натрием. Натрий тяжелее водорода, что приводит к нейтроны, движущиеся с более высокими скоростями (отсюда быстро ). Они могут использовать металлическое или оксидное топливо и сжигать широкое разнообразие топлива.

Плюсы:

• Может производить собственное топливо, эффективно устраняя любые опасения по поводу нехватки урана (посмотрите, что такое быстрый реактор?)
• Может сжигать собственные отходы
• Металлическое топливо и отличные тепловые свойства натрия обеспечивают пассивную безопасную эксплуатацию — реактор безопасно остановится без работы каких-либо резервных систем (или людей вокруг), опираясь только на физику.

Минусы:

• Натриевая охлаждающая жидкость вступает в реакцию с воздухом и водой. Таким образом, протечки в трубах приводят к возгоранию натрия. Их можно спроектировать, но это серьезный недостаток для этих реакторов.
• Для полного сжигания отходов требуются установки для их переработки, которые также можно использовать для ядерное распространение.
• Избыточные нейтроны, используемые для обеспечения способности реактора использовать ресурсы, могут тайно использоваться для производства плутония для оружия.
• Положительные паровые коэффициенты присущи большинству быстрых реакторов, особенно крупных. Это забота о безопасности.
• Опыт эксплуатации накоплен не так уж и много. У нас всего около 300 реакторо-лет Опыт эксплуатации реакторов с натриевым теплоносителем.

Реактор с расплавленной солью

Обновление! Теперь есть целая страница с подробным обсуждением MSR. Реактор на расплавленной соли (MSR) — любимый реактор в Интернете. Пока они уникальны тем, что используют жидкое топливо.

Плюсы:

• Может постоянно производить новое топливо, избавляя от беспокойства по поводу энергоресурсов
• Может отлично использовать торий, ядерное топливо, альтернативное урану
• Может поддерживаться в режиме онлайн с удалением продуктов химического деления, что устраняет необходимость отключения во время дозаправки.
• Отсутствие оболочки означает меньше материала, поглощающего нейтроны, в активной зоне, что приводит к повышению эффективности использования нейтронов и, следовательно, к более высокому коэффициенту использования топлива
• Жидкое топливо также означает, что структурная доза не ограничивает срок службы топлива, позволяя реактору извлекать очень много энергии из загруженного топлива.

Минусы:

• Радиоактивные газообразные продукты деления не содержатся в маленьких стержнях, как в типичных реакторах. Таким образом, в случае нарушения условий содержания могут высвободиться все продукты деления, а не только газы. из одной крошечной булавки. Это требует таких вещей, как тройная избыточность и т. д., и с этим можно справиться.

• Наличие онлайновой установки по переработке с поступающим предварительно расплавленным топливом является распространением беспокойство. Оператор мог перенаправить Ра-233, чтобы обеспечить небольшой поток почти чистого U-233 оружейного качества. Кроме того, весь запас урана можно разделить без особых усилий. В своей автобиографии Элвин Вайнберг объясняет, как это было сделано в Окриджской национальной лаборатории: «Это был замечательный подвиг! Всего за 4 дня все 218 кг урана в реакторе было выделено из высокорадиоактивных продуктов деления и его радиоактивность уменьшилась в пять миллиардов раз».

• Очень небольшой опыт эксплуатации, хотя в 1960-х годах успешно эксплуатировался испытательный реактор

Высокотемпературный реактор с газовым охлаждением

В ВТГР используются небольшие гранулы топлива, заключенные либо в шестиугольные компакты, либо в более крупные гальки (в призматических и конструкции с галькой). Газ, такой как гелий или двуокись углерода, быстро пропускают через реактор для его охлаждения. Из-за низкой удельной мощности эти реакторы рассматриваются как перспективные для использования ядерной энергии за пределами электричество: на транспорте, в промышленности и в бытовых режимах. Они не особенно хороши при простом производстве электроэнергии.

Плюсы:

• Может работать при очень высоких температурах, что обеспечивает высокую тепловую эффективность (почти 50 %!) и способность для создания технологического тепла для таких вещей, как нефтеперерабатывающие заводы, опреснительные установки, водородные топливные элементы производство и многое другое.
• Каждый маленький камешек топлива имеет собственную защитную структуру, добавляя еще один барьер между радиоактивный материал и окружающая среда.

Минусы:

• У высокой температуры есть и плохая сторона. Материалы, которые могут оставаться структурно прочными при высоких температурах и с большим количеством нейтронов, пролетающих через них, их трудно обнаружить.
• Если газ перестает поступать, реактор очень быстро нагревается. Необходимы резервные системы охлаждения.
• Газ является плохим хладагентом, требующим большого количества хладагента для относительно небольшой мощности. Следовательно, эти реакторы должны быть очень большими, чтобы производить мощность на уровне других реакторов.
• Не такой большой опыт эксплуатации

❮ Первая страница❮ НазадДалее ❯

---

ядерный реактор | Определение, история и компоненты

ядерный реактор

Посмотреть все СМИ

Ключевые люди:

Вернер Гейзенберг Игорь Васильевич Курчатов Хайман Дж. Риковер Фредерик Жолио-Кюри Ирен Жолио-Кюри

Похожие темы:

термоядерный реактор реактор-размножитель защитная конструкция ядерное топливо затемнение станции

Просмотреть весь связанный контент →

Резюме

Прочтите краткий обзор этой темы

ядерный реактор , любое из класса устройств, которые могут инициировать и контролировать самоподдерживающуюся серию ядерных делений. Ядерные реакторы используются в качестве исследовательских инструментов, в качестве систем для производства радиоактивных изотопов и, прежде всего, в качестве источников энергии для атомных электростанций.

Принцип работы

Ядерные реакторы работают по принципу ядерного деления, процесса, при котором тяжелое атомное ядро ​​расщепляется на два меньших фрагмента. Ядерные фрагменты находятся в очень возбужденном состоянии и испускают нейтроны, другие субатомные частицы и фотоны. Испущенные нейтроны могут затем вызвать новые деления, которые, в свою очередь, дадут больше нейтронов и так далее. Такая непрерывная самоподдерживающаяся серия делений представляет собой цепную реакцию деления. При этом выделяется большое количество энергии, и эта энергия является основой ядерных энергетических систем.

В атомной бомбе цепная реакция предназначена для увеличения интенсивности до тех пор, пока большая часть материала не расщепится. Это увеличение происходит очень быстро и приводит к чрезвычайно быстрым, чрезвычайно энергичным взрывам, характерным для таких бомб. В ядерном реакторе цепная реакция поддерживается на контролируемом, почти постоянном уровне. Ядерные реакторы устроены так, что они не могут взорваться, как атомные бомбы.

Большая часть энергии деления — примерно 85 процентов — высвобождается в течение очень короткого времени после того, как процесс произошел. Остальная часть энергии, произведенной в результате события деления, поступает от радиоактивного распада продуктов деления, которые представляют собой осколки деления после того, как они испустили нейтроны. Радиоактивный распад — это процесс, при котором атом достигает более стабильного состояния; процесс распада продолжается даже после прекращения деления, и его энергия должна учитываться в любой правильной конструкции реактора.

Britannica Quiz

Знаете ли вы, какой афроамериканский изобретатель создал какой продукт?

Кто изобрел противогаз? Кто изобрел первую форму домашней системы безопасности? Проверьте свои знания. Пройди тест.

Ход цепной реакции определяется вероятностью того, что нейтрон, выделившийся при делении, вызовет последующее деление. Если количество нейтронов в реакторе уменьшится за определенный период времени, скорость деления уменьшится и в конечном итоге упадет до нуля. В этом случае реактор будет находиться в так называемом подкритическом состоянии. Если с течением времени популяция нейтронов поддерживается с постоянной скоростью, скорость деления останется постоянной, и реактор будет находиться в так называемом критическом состоянии. Наконец, если популяция нейтронов со временем будет увеличиваться, скорость деления и мощность увеличатся, и реактор окажется в сверхкритическом состоянии.

Перед запуском реактора нейтронная популяция близка к нулю. Во время пуска реактора операторы удаляют управляющие стержни из активной зоны, чтобы способствовать делению в активной зоне реактора, фактически временно переводя реактор в сверхкритическое состояние. Когда реактор приближается к номинальному уровню мощности, операторы частично повторно вставляют регулирующие стержни, со временем уравновешивая количество нейтронов. В этот момент реактор поддерживается в критическом состоянии, или в так называемом стационарном режиме. Когда реактор должен быть остановлен, операторы полностью вставляют регулирующие стержни, препятствуя возникновению деления и переводя реактор в подкритическое состояние.

Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

Управление реактором

Обычно в ядерной промышленности используется параметр реактивности, который является мерой состояния реактора по отношению к тому состоянию, в котором он находился бы, если бы находился в критическом состоянии. Реактивность положительна, когда реактор находится в сверхкритическом состоянии, равна нулю при критичности и отрицательна, когда реактор находится в подкритическом состоянии. Реактивность можно контролировать различными способами: добавляя или удаляя топливо, изменяя соотношение нейтронов, выходящих из системы, к тем, которые остаются в системе, или изменяя количество поглотителя, конкурирующего с топливом за нейтроны. В последнем методе количество нейтронов в реакторе регулируется путем изменения поглотителей, которые обычно имеют форму подвижных регулирующих стержней (хотя в менее распространенной конструкции операторы могут изменять концентрацию поглотителя в теплоносителе реактора). С другой стороны, изменения утечки нейтронов часто происходят автоматически. Например, увеличение мощности приведет к уменьшению плотности теплоносителя реактора и, возможно, к его закипанию. Это уменьшение плотности теплоносителя увеличит утечку нейтронов из системы и, таким образом, снизит реактивность — процесс, известный как отрицательная обратная связь по реактивности. Утечка нейтронов и другие механизмы отрицательной обратной связи реактивности являются жизненно важными аспектами конструкции безопасного реактора.

Типичное взаимодействие деления происходит порядка одной пикосекунды (10 ⁻¹² секунды). Эта чрезвычайно высокая скорость не дает оператору реактора достаточно времени, чтобы наблюдать за состоянием системы и реагировать соответствующим образом. К счастью, управлению реактором помогает присутствие так называемых запаздывающих нейтронов, которые представляют собой нейтроны, испускаемые продуктами деления через некоторое время после того, как произошло деление. Концентрация запаздывающих нейтронов в любой момент времени (чаще называемая эффективной долей запаздывающих нейтронов) составляет менее 1 процента от всех нейтронов в реакторе. Однако даже этого небольшого процента достаточно, чтобы облегчить мониторинг и контроль изменений в системе и безопасно регулировать работающий реактор.

Реакторы в энергосистеме

В цепи переменного тока реактивное сопротивление является сопротивлением протеканию тока. Реактор, также известный как линейный реактор, представляет собой катушку, соединенную последовательно между двумя точками в энергосистеме, чтобы свести к минимуму пусковой ток, эффекты ограничения напряжения и скачки напряжения. Реакторы могут быть подключены так, чтобы напряжение на них можно было изменить, чтобы компенсировать изменение нагрузки при запуске двигателя. Реакторы оцениваются по импедансу в омах, который они обеспечивают при заданной частоте и токе. Реакторы также могут быть оценены по потерям I2R в устройстве на определенной частоте при номинальном токе.

Два распространенных типа реакторов: сухой и масляный. Сухой тип является открытым и использует воздух для циркуляции и рассеивания тепла. Реакторы сухого типа широко используются в низковольтных устройствах.

Реакторы с масляным погружением широко используются в высоковольтных установках. Реакторы, погруженные в масло, размещаются в резервуарах и требуют магнитного экрана для предотвращения циркуляции вихревых токов в резервуаре. Экран изготовлен из многослойных стальных листов, таких как сердечник трансформатора и статоры двигателей.

Реакторы могут использоваться как линейные или нагрузочные реакторы (см. рис. 1). Сетевые дроссели используются, когда низкий импеданс линии обеспечивает высокий пусковой ток, когда используются конденсаторы для коррекции коэффициента мощности или когда привод двигателя вызывает помехи. Нагрузочные реакторы устанавливаются на выходе моторного привода. Нагрузочные дроссели помогают устранить скачки напряжения или шум отраженных волн, замедляя скорость изменения выходного напряжения привода. Однако нагрузочные реакторы имеют тенденцию к перегреву из-за содержания гармоник в выходном сигнале привода двигателя. Реактор должен быть спроектирован таким образом, чтобы уменьшить гармонические искажения.

 

Рис. 1. Реакторы используются в качестве сетевых или нагрузочных реакторов. Изображение предоставлено Transcoil

 

Пусковой ток

Многие электрические устройства потребляют большие токи при запуске или имеют очень низкое сопротивление протеканию тока. Например, электродвигатели обычно потребляют во много раз больше тока полной нагрузки при запуске. Этот пусковой ток может вызвать провалы напряжения, которые выведут из строя другое оборудование. Многие пускатели двигателей полного напряжения используют реакторы для увеличения импеданса и ограничения пускового тока. Большие батареи конденсаторов, используемые для коррекции низкого коэффициента мощности, имеют очень низкий импеданс, когда батарея конденсаторов впервые включается, и конденсаторы начинают заряжаться. Низкий импеданс означает, что поток тока очень высок. Реактор может быть добавлен последовательно для увеличения реактивного сопротивления. Увеличенное реактивное сопротивление увеличивает импеданс и снижает пусковой ток (см. рис. 2).

 

Рис. 2. Сетевые дроссели используются для снижения пускового тока. Изображение предоставлено Schneider Electric

 

Уменьшение помех

Чтобы уменьшить помехи, источник помех необходимо изолировать или буферизовать от другого оборудования, использующего ту же систему распределения питания. Создание делителя напряжения — относительно простой способ минимизировать зазубрины. См. рис. 3. Когда импеданс в виде реактора добавляется последовательно с контроллером SCR, напряжение режекции распределяется между новым импедансом и импедансом, уже существующим в фидерных линиях. Дополнительный импеданс уменьшает глубину выреза и увеличивает ширину выреза. Опыт показал, что реактор должен иметь импеданс около 3%, чтобы уменьшить глубину выреза примерно на 50%. Этого достаточно, чтобы исключить лишние пересечения нулей, вызывающие проблемы. Более высокий импеданс может вызвать проблемы с чувствительным оборудованием, поскольку более широкая метка может рассматриваться как потеря напряжения. Более низкий импеданс может не уменьшить глубину выреза настолько, чтобы устранить проблемы.

 

Рис. 3. Реактор можно добавить последовательно с источником питания SCR для уменьшения помех.

 

Примечание

Переходные процессы в линии могут вызвать ошибки электронного оборудования. Цифровые электронные схемы работают с цифровыми сигналами низкого уровня, которые могут быть искажены ложным сигналом, вызванным переходным напряжением.

 

Реакторы с насыщаемым сердечником

Когда железный сердечник насыщен, практически все магнитные домены выровнены с приложенным магнитным полем. Дальнейшее увеличение приложенного магнитного поля не приводит к увеличению магнитного потока. Следовательно, нет увеличения напряжения, индуцируемого в противовес изменению тока. Другими словами, индуктор теряет способность противостоять изменениям тока, когда его сердечник становится насыщенным.

Реактор с насыщаемым сердечником представляет собой индуктор, индуктивность которого регулируется магнитным полем, создаваемым второй обмоткой, намотанной на тот же железный сердечник, что и первичная обмотка. «Силовая» обмотка реактора с насыщаемым сердечником — это обмотка, по которой протекает переменный ток нагрузки. Обмотка «управления» реактора с насыщаемым сердечником — это обмотка, по которой протекает постоянный ток управления. Обмотка управления проводит постоянный ток, достаточно сильный, чтобы создать магнитное поле, насыщающее сердечник.

Увеличение постоянного тока через обмотку управления приводит к увеличению магнитного потока в активной зоне реактора. Увеличение магнитного потока приближает сердечник реактора к насыщению и уменьшает индуктивность силовой обмотки. Уменьшение индуктивности в силовой обмотке увеличивает ток, подаваемый на нагрузку через силовую обмотку. Следовательно, реактор с насыщаемым сердечником можно использовать в качестве усилителя, в котором относительно небольшой постоянный ток через обмотку управления может управлять относительно большим переменным током через силовую обмотку.

На практике реактор с насыщением состоит из двух пар обмоток (см. рис. 4). Маленькие точки возле катушек реактора с насыщаемым сердечником указывают на полярность. Силовые обмотки находятся в фазе друг с другом, а обмотки управления – в противофазе друг с другом. Это позволяет реактору с насыщаемой активной зоной одинаково насыщать активную зону как при положительном, так и при отрицательном чередовании цикла переменного тока.

 

Рис. 4. Реакторы с насыщаемым сердечником могут использовать небольшой постоянный ток как способ управления большим переменным током в силовой цепи.

 

Реакторы с насыщающимся сердечником были очень популярны в гальванической промышленности до появления приводов постоянного тока для управления током в гальваническом растворе. В случае с пластиной деталь, на которую наносится покрытие, является нагрузкой. Если в катушке управления не течет постоянный ток, то падение IR будет контролироваться величиной тока в реакторе. При постоянном токе в катушке управления поток постоянного тока будет течь в сердечнике и ограничивать величину потока переменного тока в сердечнике. Более низкий поток переменного тока означает меньшее реактивное сопротивление и меньшее сопротивление току цепи. Большим количеством переменного тока можно управлять с помощью небольшого количества постоянного тока. Этот контроль очень линейный и очень надежный. Реакторы с насыщаемым сердечником перестали использоваться в этом типе приложений, потому что стоимость строительства реактора намного выше, чем создание привода постоянного тока.

 

Примечание

Источники питания реакторов с насыщаемой активной зоной, используемые на высоких уровнях мощности, являются чрезвычайно надежными устройствами, поскольку в них нет движущихся частей.

 

Дроссели

Дроссель, также известный как сетевой дроссель, представляет собой дроссель, который используется для ограничения тока в приводах переменного или постоянного тока в случае короткого замыкания внутри привода. Когда от источника отходят большие токи короткого замыкания, дроссель начинает создавать встречное напряжение, и напряжение, доступное для привода, уменьшается. Пониженное напряжение приводит к тому, что схема мгновенного электронного отключения (IET) отключает привод в отключенном состоянии, чтобы избежать повреждения. Дроссели имеют большие проводники с меньшим количеством витков и обеспечивают низкий импеданс на линии привода.

Синфазный дроссель представляет собой дроссель, уменьшающий синфазный шумовой ток, создаваемый быстрым приводом двигателя или переключением устройств (см. рис. 5). Ток нагрузки течет через одну обмотку синфазного дросселя к нагрузке, а затем течет через другую обмотку от нагрузки. Это приводит к двум противоположным магнитодвижущим силам, которые компенсируют друг друга и приводят к нулевой индуктивности. При синфазном шуме токи, протекающие через две обмотки синфазного дросселя, имеют одинаковое направление. Следовательно, синфазный поток, создаваемый в каждой из обмоток, будет суммироваться, а не гаситься, как в случае дифференциальной составляющей шума. Это приведет к магнитодвижущей силе, противодействующей потоку синфазного шума.

Эти синфазные компоненты будут течь на землю, как показано на рис. 5. Конечным результатом является то, что синфазный дроссель позволяет току нагрузки протекать почти беспрепятственно, блокируя поток синфазного шумового тока.

 

Рис. 5. Синфазные дроссели используются для снижения уровня синфазных помех, создаваемых приводом. Изображение предоставлено компанией Power Systems Design

 

Синфазные дроссели часто используются для уменьшения синфазных помех, создаваемых приводом. Синфазный дроссель обеспечивает высокую индуктивность для противодействия синфазным шумовым токам, возникающим при переключении привода. Величина и время нарастания шумового тока уменьшаются до точки, где они ниже порога шума соответствующего оборудования.

 

Резонанс

Батареи конденсаторов часто используются для коррекции ситуаций с низким коэффициентом мощности. В системах с большой емкостью, используемой для коррекции коэффициента мощности, искажения высокого напряжения могут вызвать резонанс на гармонических частотах системы. Это приводит к возникновению последовательных или параллельных резонансных токов, которые могут нанести серьезный ущерб электрической системе.

 

Рис. 6. Реактор, включенный последовательно с приводом с регулируемой скоростью, смещает резонансную частоту от любых гармоник в линии.

 

Добавление дросселя к входной линии электропередачи к моторным приводам — распространенный метод минимизации влияния моторных приводов на другие нагрузки в электрической системе (см. рис. 6). Добавленное реактивное сопротивление перед моторным приводом изменяет резонансную частоту и уменьшает степень искажения входного тока моторного привода.

Ядерный реактор – Энергетическое образование

Энергетическое образование

Меню навигации

ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ

ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ

Поиск

Рис. 1. Активная зона исследовательского ядерного реактора. ^[1]

Ядерный реактор — это система, используемая для инициирования и сдерживания цепной ядерной реакции, и они имеют множество полезных применений. Эти ядерные реакции производят тепловую энергию за счет ядерного деления (на практике) или ядерного синтеза (в разработке). Ядерные реакторы в основном используются для выработки электроэнергии, однако их можно использовать для приведения в движение транспортных средств, таких как подводные лодки или военно-морские суда, для производства полезных изотопов или нейтронов, а также для исследований и обучения. ^{[2] [3]}

Ядерные реакторы можно найти по всему миру. Реакторы деления, используемые на атомных электростанциях, производят около 11% всей электроэнергии в мире. ^[4] Хотя существует множество различных конструкций реакторов деления, большинство из них состоит из одних и тех же компонентов для их работы. Разница между каждым типом реактора деления связана с различными подходами, используемыми для удовлетворения этих требований.

В этой статье в первую очередь будет обсуждаться расщепление ядер из-за его текущего использования во всем мире. Если вы хотите прочитать о ядерном синтезе, посетите его страницу здесь.

Как они работают?

Основные принципы работы ядерного реактора для производства энергии следующие: цепные ядерные реакции внутри реактора производят тепло, которое передается теплоносителю (чаще всего легкая вода), теплоноситель либо кипит в пар, либо нагревается другой контур превращает воду в пар, затем он проходит через турбину, которая вращает генератор и вырабатывает электричество. ^[2] Хотя основные принципы кажутся простыми, процесс довольно сложен.

Топливо

Основная статья

Ядерные реакторы требуют использования ядерного топлива, элементов, которые можно легко изменить и которые выделяют тепловую энергию. Уран является наиболее распространенным элементом, используемым в качестве ядерного топлива, хотя торий также возможен. Встречающиеся в природе изотопы обнаружены в таких странах, как Казахстан, Канада и Австралия. ^[5]

Урановое топливо изготавливается в виде небольших топливных таблеток, которые упаковываются в твэлы и окружены оболочкой во избежание утечки в теплоноситель. Эти топливные стержни собраны в топливный пучок, как показано ниже. В ядерном реакторе могут быть сотни топливных пучков, а значит, могут быть десятки тысяч топливных стержней. ^[3]

Обогащение топлива

основной артикул

Не все ядра данного элемента построены одинаково. Элемент определяется количеством протонов в ядре, и различное количество нейтронов в ядре может привести к тому, что он будет вести себя по-разному. Природный уран в основном состоит из урана-238 (99,3%), урана-235 (0,7%) и очень небольшого количества урана-234 (0,0055%). ^[8] Большинству реакторов требуется более высокое процентное содержание урана-235, чтобы поддерживать реакции ядерного деления, что можно осуществить с помощью процессов обогащения урана.

Замедлитель

Основная статья

Замедлители используются для замедления нейтронов, образующихся при делении. Это необходимо, потому что многие виды ядерного топлива (например, уран-235) требуют, чтобы нейтроны были медленными, чтобы поглощать их. Ядра с низкими массовыми числами наиболее эффективны для этого, поэтому часто используются такие материалы, как вода или графит. ^[9]

В большинстве реакторов в качестве замедлителя используется легкая вода, например реакторы с водой под давлением и реакторы с кипящей водой. Углерод работает аналогично и используется в таких реакторах, как РБМК. Третий тип замедлителя, используемый в реакторах CANDU, представляет собой тяжелую воду, то есть воду, состоящую из тяжелого водорода, называемого дейтерием, а не из обычного водорода.

Моделирование ниже должно помочь в визуализации того, как замедлитель выполняет свою работу: нейтроны, которые летят слишком быстро, поглощаются ураном-238 и не вызывают деления (зеленый), а замедлившиеся нейтроны поглощаются ураном-235, который распадается на более мелкие атомов и производит избыточные нейтроны для продолжения реакции (красный).

Охлаждающая жидкость

Охлаждающая жидкость, как следует из ее названия, используется для отвода тепла от активной зоны и перемещения его туда, где оно полезно. ^[9] Это предохраняет топливо от перегрева и плавления, а также передает тепло воде для производства пара. Легкая вода, тяжелая вода и различные газы являются наиболее распространенными теплоносителями для ядерных реакторов. Хладагенты также могут служить замедлителем, как это имеет место во многих реакторах с водяным замедлителем.

Стержни управления

Основная статья

Стержни управления могут быть вставлены в активную зону реактора для уменьшения количества топлива, которое подвергается реакциям деления. Стержни содержат атомы, поглощающие нейтроны, такие как гадолиний или кадмий. Поглощая нейтроны в активной зоне, он предотвращает реакцию этих нейтронов с топливом. Движение управляющего стержня можно использовать для регулировки количества реакций, происходящих в активной зоне, или полностью ввести его для полной остановки реактора.

Системы безопасности

Системы безопасности – это системы, предназначенные для остановки реактора и предотвращения выброса радиоактивных материалов. Некоторые системы являются пассивными, например, сбрасывание управляющих стержней в активную зону реактора в реакторах CANDU. Стержни управления подвешены над сердечником и удерживаются там электромагнитом (магнитом, для работы которого требуется постоянная подача электричества). В случае потери мощности регулирующие стержни работают на остановку реакций в активной зоне. Прочные защитные сооружения также должны окружать реактор, чтобы предотвратить любую утечку радиоактивных веществ или внешнее повреждение реактора. ^[10]

Другие системы безопасности требуют активации. Примером такой системы является выпуск большого количества воды вокруг активной зоны реактора. Это обеспечивает охлаждение активной зоны для рассеивания тепловой энергии и предотвращения расплавления.

Экономика

Строительство ядерных реакторов является экономически емким. Первоначальные капитальные затраты высоки по сравнению с установками, работающими на ископаемом топливе, с аналогичной производительностью. Атомная энергетика требует высокой степени дополнительной безопасности и несет полную ответственность за все возможные ядерные отходы. Что делает ядерную энергетику экономически целесообразной, так это большое количество энергии, получаемое из небольшого объема топлива. Это соотношение известно как плотность энергии и обеспечивает экономическое преимущество использования ядерного топлива. Стоимость топлива для атомной электростанции относительно ниже по сравнению с ископаемым топливом. Именно это делает ядерные реакторы конкурентоспособными, несмотря на высокие первоначальные капитальные затраты.

Типы реакторов

Атомная энергетика состоит из различных типов ядерных реакторов. Это включает:

• Реакторы CANDU
• Реакторы на быстрых нейтронах
• Ториевые реакторы
• Реакторы с кипящей водой
• Реакторы с водой под давлением / Призматические реакторы
• Реакторы на расплавленной соли
• Малые модульные реакторы
• Радиоизотопные тепловые генераторы
• Термоядерные реакторы
• РБМК
• Реакторы Magnox
• Реакторы с галечным слоем
• Сверхкритические водоохлаждаемые реакторы
• АЭС-2006/ВВЭР-1000
• ВХТР
• ВТГР
• Исследовательские реакторы

Ссылки

2. ↑ ^{2. 0 2.1} Всемирная ядерная ассоциация. (2 июля 2015 г.). Nuclear Reactors [Онлайн], доступно: http://www.world-nuclear.org/info/Nuclear-Fuel-Cycle/Power-Reactors/Nuclear-Power-Reactors/
3. ↑ ^{3.0 3.1} Что такое ядерный?. (2 июля 2015 г.). Что такое ядерный реактор? [Онлайн], доступно: http://www.whatisnuclear.com/articles/nucreactor.html
4. ↑ МЭА (2014 г.), «Мировые энергетические балансы», МЭА «Мировая энергетическая статистика и балансы» (база данных). DOI: http://dx.doi.org/10.1787/data-00512-en (по состоянию на февраль 2015 г.)
5. ↑ Всемирная ядерная ассоциация. (2 июля 2015 г.). Uranium Mining [Онлайн], доступно: http://www.world-nuclear.org/info/Nuclear-Fuel-Cycle/Mining-of-Uranium/World-Uranium-Mining-Production/
6. ↑ Сделано внутри компании членом группы Energy Education. Адаптировано со страницы ядерных реакторов Что такое ядерный? Доступно: http://www.whatisnuclear.com/articles/nucreactor. html.
7. ↑ Wikimedia Commons [в сети], доступно: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/2d/Nuclear_fuel_element.jpg
8. ↑ Европейское ядерное общество. (25 июня 2015 г.). Природный уран [Онлайн], доступно: https://www.euronuclear.org/info/encyclopedia/n/naturaluranium.htm
9. ↑ ^{9,0 9,1} Дж. Р. Ламарш и А.Дж. Баратта, «Компоненты ядерных реакторов» в Введение в ядерную технику , 3-е изд., Аппер-Сэдл-Ривер, Нью-Джерси: Прентис-Холл, 2001, глава 4, раздел 4, стр. 133-136
10. ↑ Дж. Р. Ламарш и А. Дж. Баратта, «Принципы безопасности атомных электростанций» в Введение в ядерную технику , 3-е изд., Аппер-Сэдл-Ривер, Нью-Джерси: Prentice Hall, 2001, глава 11, раздел 3, стр. 623-630

Определение и значение реактора | Английский словарь Коллинза

 

Видео: произношение

реактор

Вам также может понравиться

Примеры употребления слова «реактор» в предложении

реактор

Потом с вертолетов сбросили на реактор мешки с песком.

О строительстве новых реакторов речи не шло.

Какое потребление энергии необходимо для поддержания работы реакторов?

Это подводные лодки с обычным вооружением, оснащенные ядерными реакторами.

Той ночью он дежурил на соседнем реакторе.

Толстые защитные экраны покрывают лучшие конструкции ядерных реакторов.

Существуют и другие способы строительства ядерных реакторов.

Это означает снижение температуры в сосудах высокого давления реактора.

При слишком большом увеличении возможен разрыв корпуса реактора.

Недавно правительство Онтарио назвало почти 14 миллиардов долларов за два реактора.

Тенденции

реактор

На других языках

реактор

британский английский: реактор /rɪˈæktə/ СУЩЕСТВИТЕЛЬНОЕ

Реактор — это устройство, производящее ядерную энергию.

• Американский английский: реактор / riˈæktər /
• Арабский: مُفَاعِل
• Бразильский португальский: reator
• Китайский: 反应堆
• Хорватский: реактор
• Чехия: реактор
• Датский: реактор
• Голландский: кернреактор
• Европейский испанский: реактор
• Финский: reaktori
• Французский: réacteur
• Немецкий: Реактор
• Греческий: αντιδραστήρας
• Итальянский: reattore
• Японский: 原子炉
• Корейский: 원자로
• Норвежский: реактор
• Польский: реактор
• Европейский португальский: reator
• Румынский: реактор
• Русский: реактор
• Испанский: реактор
• Шведский: реактор
• Тайский: เครื่องปฏิกรณ์
• Турецкий: reaktör
• Украинский: Reactor
• Вьетнамский: lò phản ng

Связанные условия

реактор

• 
  

Новинка от Коллинза

Быстрое задание

Обзор викторины

Вопрос: 1

–

Оценка: 0 / 5

совет

совет

Возьми мой   и держись от него подальше!

лапа

лить

Он вынимает шип из лапы льва  .

Ваш счет:

22 сентября 2022 г.

Слово дня

Ада

язык компьютерного программирования высокого уровня, разработанный для решения задач обработки в реальном времени: используется для военных и других систем

Подпишитесь на нашу рассылку

Получайте последние новости и получайте доступ к эксклюзивным обновлениям и предложениям

Зарегистрируйтесь

Неделя кодирования: 9 ключевых терминов для вашего технического глоссария

В честь Национальной недели кодирования мы проанализировали Интернет, чтобы составить список ключевых терминов, которые помогут улучшить ваши знания в области кодирования. Подробнее

Учебные пособия для каждого этапа вашего обучения

Ищете ли вы кроссворд, подробное руководство по завязыванию узлов или советы по написанию идеального эссе для колледжа, Harper Reference предоставит вам все необходимое для учебы. Подробнее

В чем разница между объявлением и рекламой?

На этой неделе мы рассмотрим два слова, которые иногда путают: объявление и реклама. Улучшите свой английский с Collins. Подробнее

Collins English Dictionary Apps

Загрузите наши приложения English Dictionary, доступные как для iOS, так и для Android. Подробнее

Collins Dictionaries for Schools

Наши новые онлайн-словари для школ обеспечивают безопасную и подходящую среду для детей. И самое главное, это приложение не содержит рекламы, так что зарегистрируйтесь сейчас и начните использовать его дома или в классе. Подробнее

Списки слов

У нас есть почти 200 списков слов из самых разных тем, таких как виды бабочек, куртки, валюты, овощи и узлы! Удивите своих друзей своими новыми знаниями! Подробнее

Обновление нашего использования

Существует множество различных факторов, влияющих на то, как английский язык используется сегодня во всем мире. Мы рассмотрим некоторые способы изменения языка. Прочтите нашу серию блогов, чтобы узнать больше. Подробнее

Зона 51, Звездолет и Урожайная Луна: слова сентября в новостях

Уверен, многие согласятся, что мы живем в странные времена. Но должны ли они быть настолько странными, чтобы Зона 51 попала в заголовки газет? А при чем здесь рыбы, похожие на инопланетян. Сентябрьские слова в новостях объясняют все. Подробнее

Оценка Scrabble
для «реактора»:
9

Быстрое задание

Обзор викторины

Вопрос: 1

–

Оценка: 0 / 5

слышал

стадо

Дальше она не звучит.

двойной

дуэль

У меня есть гражданство Великобритании и США.

Ваш счет:

Создайте учетную запись и войдите, чтобы получить доступ к этому БЕСПЛАТНОМУ контенту

Зарегистрируйтесь сейчас или войдите, чтобы получить доступ

ПРИЗМА

Воспроизвести видео

PRISM — это реактор на быстрых нейтронах высокой энергии, в котором используется ряд проверенных, безопасных и зрелых технологий для создания инновационного решения по утилизации отработавшего ядерного топлива и избыточного плутония.

Компании GE и Hitachi имеют более чем 60-летний опыт безопасного строительства атомных электростанций. Наш послужной список инноваций, генерирующих чистую энергию с использованием проверенных технологий, не имеет себе равных. Исследования и разработки всегда были в центре нашего бизнеса в атомной энергетике, и это то, чем мы занимаемся в будущем.

От основополагающей инновации GE, лампочки Томаса Эдисона, до разработки первой гражданской атомной электростанции, подключенной к коммерческой энергосистеме в 1957 году; все, что мы узнали из 130-летнего опыта, помогло GEH создать PRISM. Мы считаем, что инновации часто возникают, когда существующие технологии используются для создания чего-то нового. И это именно то, что GEH сделала для создания PRISM на основе реактора EBR-II, который успешно проработал 30 лет.

Реактор PRISM основан на опыте этого реактора с натриевым охлаждением, который впервые был впервые запущен в 1951 году для преобразования энергии связи атома в электрическую энергию. PRISM включает в себя ряд инновационных функций, которые делают его идеальным средством для решения проблемы отработавшего ядерного топлива и утилизации плутония. Кроме того, упрощенная конструкция PRISM позволяет производить модульную конструкцию на заводе и, в конечном счете, снижать затраты… и все это при производстве чистой электроэнергии.

Реактор ПРИЗМА

PRISM — это небольшой модульный натриевый быстрый реактор бассейнового типа, работающий на металлическом топливе. PRISM использует пассивную безопасность, цифровые контрольно-измерительные приборы и технологии модульного производства для ускорения строительства завода. PRISM имеет номинальную тепловую мощность 840 МВт и электрическую мощность 311 МВт. Два реактора PRISM составляют энергоблок общей мощностью 622 МВт.

Каждый реактор PRISM имеет промежуточный натриевый контур, в котором происходит обмен теплом между натриевым теплоносителем первого контура из активной зоны с водой/паром в парогенераторе натрий/вода. Пар из натриево-водяного парогенератора питает усовершенствованную паровую турбину.

Уникальные характеристики безопасности PRISM

В отличие от легководных ядерных реакторов текущего поколения, PRISM использует металлическое топливо, такое как сплав циркония, урана и плутония, а топливные стержни PRISM находятся в ванне с жидкостью. металл – натрий – при атмосферном давлении, что обеспечивает чрезвычайно эффективную передачу тепла от металлического топлива к жидкому натриевому теплоносителю.

Вспомогательная система охлаждения корпуса реактора PRISM (RVACS) способна поддерживать температуру реактора значительно ниже проектных пределов, используя естественную циркуляцию для отвода тепла от модуля реактора. В отличие от большинства других реакторов, воздух, естественно обтекающий нижнюю защитную оболочку, — это все, что необходимо для постоянного охлаждения топлива реактора. Система всегда работает и отводит тепло от модуля реактора, тем самым обеспечивая четкую индикацию того, что эта система работает.

В случае аварии по наихудшему сценарию металлическое ядро ​​расширяется при повышении температуры, а его плотность уменьшается, что замедляет реакцию деления. Реактор просто отключается. Металлическое топливо и металлический хладагент PRISM с высокой проводимостью затем легко рассеивают избыточное тепло через RVACS, не повреждая ни один из его компонентов. Это то, что описывается как «пассивная безопасность» — конструктивная особенность, основанная на законах физики, а не на человеческом, электронном или механическом вмешательстве, для снижения риска аварии.

Отходы в ватты

Переработка использованного ядерного топлива позволила бы вырабатывать дополнительную электроэнергию, чтобы удовлетворить растущие потребности в электроэнергии и повысить нашу энергетическую безопасность.

Реактор PRISM, являющийся частью Центра передовой переработки, будет перерабатывать весь уран и трансурановые соединения (элементы тяжелее урана), содержащиеся в отработанном ядерном топливе. Это существенное улучшение по сравнению с предыдущими методами обработки.

Около 95 процентов доступной энергии остается в отработанном топливе, извлеченном из легководных реакторов. Эта энергия становится доступной в другом типе реактора, ПРИЗМЕ.

Компания GEH считает, что для обращения с отработавшим ядерным топливом необходимо использовать современные технологии переработки. Это позволило бы производить как минимум в сто раз больше электроэнергии из отработавшего ядерного топлива и снизить долговременную радиотоксичность оставшихся отходов.

Также существует потенциал для первоначального развертывания PRISM для обращения с гражданскими запасами плутония в Великобритании с возможностью последующего расширения объекта для обеспечения полной переработки полученного использованного топлива PRISM.

Зачем перерабатывать?

Мы можем продолжить тот же путь в отношении отработавшего ядерного топлива, которым мы шли последние 50 лет, или мы можем разработать подход, который принесет миру преимущества ядерной энергии, а также уменьшит проблемы с распространением и ядерными отходами.