Что такое реактор, и по каким принципам работает каждый вид устройства?

Принцип работы ядерного реактора

Принцип действия реактора можно описать в паре предложений:

Уран-235 распадается, вследствие чего выделяется большое количество тепловой энергии. Эта энергия кипятит воду, а возникший пар крутит турбину под давлением. Турбина, в свою очередь, вращает электрогенератор, который вырабатывает электричество.

Все, расходимся… Ладно, давайте разберемся более детально.

Уран-235 — это один из изотопов урана. Изотоп — это разновидность атома какого-либо вещества, которая отличается от обычного атома массой. Конкретно уран-235 отличается от простого урана тем, что в ядре такого изотопа на три нейтрона меньше.

Из-за недостатка нейтронов ядро становится менее стабильным и распадается на две части, если разогнать и врезать в него нейтрон. При этой реакции вылетает еще парочка нейтронов. Эти нейтроны могут попасть в другое ядро урана-235 и расщепить его, после чего оттуда вылетит еще нейтрон, и так далее по цепочке. Такой процесс называется ядерной реакцией.

Видео

Виды реакторов

Бетонные реакторы

Получили распространение на внутренней установке и на напряжения до 35 кВ. Бетонный реактор представляет собой концентрически расположенные витки изолированного многожильного провода, залитого в радиально расположенные бетонные колонки. Бетон выпускается с высокими механическими свойствами. Все металлические детали реактора изготавливаются из немагнитных материалов. В случае больших токов применяют искусственное охлаждение.

Фазные катушки реактора располагают так, что при собранном реакторе поля катушек расположены встречно, что необходимо для преодоления продольных динамических усилий при коротком замыкании.

Масляные реакторы

Применяются в сетях с напряжением выше 35 кВ. Масляный реактор состоит из обмоток медных проводников, изолированных кабельной бумагой, которые укладываются на изоляционные цилиндры и заливаются маслом. Масло служит одновременно и изолирующей и охлаждающей средой. Для снижения нагрева стенок банки от переменного поля катушек реактора применяют электромагнитные экраны или магнитные шунты.

Электромагнитный экран представляет собой расположенные концентрично относительно обмотки реактора короткозамкнутые медные или алюминиевые витки вокруг стенок банки. Экранирование происходит за счет того, что в этих витках возникает встречное электромагнитное поле, которое компенсирует основное поле.

Магнитный шунт — это пакеты листовой стали, расположенные внутри банки около стенок, которые создают искусственный магнитопровод с магнитным сопротивлением, меньшим сопротивлением стенок банки, что заставляет основной магнитный поток реактора замыкаться по нему, а не через стенки банки.

Для предотвращения взрывов, связанных с перегревом масла в банки, согласно ПУЭРу, все реакторы на напряжение 500кВ и выше должны быть оборудованы газовой защитой. ®

АЭС

Если коротко, то атомная электростанция — это установка, которая производит электричество за счет ядерного реактора.

А если подробнее, то АЭС — это большой комплекс, во главе которого стоит ядерный реактор. Помимо реактора на АЭС есть турбина, генератор, трансформаторы для преобразования напряжения. В общем, это большая система.

В бытовом употреблении АЭС часто приравнивают к ядерному реактору, и это нельзя назвать неправильным. Просто ядерный реактор — босс в этой движухе, поэтому он и определяет все остальное. 😉

Кстати, когда будете играть в крокодила, загадайте атомную электростанцию. Будет забавно, проверено.

Кипящий водо-водяной реактор (BWR)

Boiling water reactor

Следующий по распространенности реактор, известный как реактор с кипящей водой (BWR), является более простым и практически менее безопасным, чем PWR. Как следует из названия, воде в контуре теплоносителя дают возможность закипеть, и пар поступает непосредственно в турбину из защитной оболочки, а после повторной конденсации возвращается в реактор. Это обеспечивает большую вероятность радиоактивного заражения.



Схема кипящего водо-водяного реактора

Схема кипящего водо-водяного реактора

Существует 10 стран, использующих конструкцию BWR. Одна из них — Япония, и в катастрофе на Фукисиме в 2011 году участвовали шесть реакторов BWR, построенных в 1960-х и 70-х годах, которые уже считались устаревшими с точки зрения безопасности, когда цунами и землетрясение разрушили реакторный комплекс. 

Дугогасящие реакторы, их назначение и конструктивное исполнение

Дугогасящий реактор — электрический аппарат,

Дугогасящий реактор — электрический аппарат, предназначенный для компенсации емкостных токов в электрических сетях с изолированной нейтралью, возникающих при однофазных замыканиях на землю (ОЗЗ). Применяются для заземления нейтрали трехфазных сетей 6-35 кВ.При замыкании на землю одной фазы реактор оказывается под фазным напряжении и через место замыкания протекает емкостной и индуктивный токи, которые компенсируют друг друга и дуга в месте замыкания не возникает. Конструкция дугогасящего реактор похожа на конструкцию масленых трансформаторов и различается исполнением в магнитной системе.

Классификация:

1)Ступенчатые.

2)Плунжерные ДГР с регулируемым воздушным зазором в магнитопроводе. Увеличение зазора уменьшает индуктивность;

3)ДГР с подмагничиванием

1)Без систем управления. Индуктивность постоянна, либо меняется вручную персоналом распредустройства. Зачастую изменение индуктивности такого реактора – трудоемкий процесс, требующий отключения реактора. К таким ДГР относятся, в основном, ступенчатые.

2)С приводом.

3)С измерителем емкости сети. Индуктивность реактора настраивается системой управления при любом изменении емкости сети автоматически.

Шунтирующие реакторы потребляют реактивную мощност

Шунтирующие реакторы потребляют реактивную мощность. Вакуумно-реакторные группы применяются для ступенчатого автоматического регулирования напряжения, как правило, в узлах с повышенным напряжением. Шунтирующие реакторы компенсируют избыток реактивной мощности, снижают ее переток, при этом уменьшается ток в линиях и трансформаторах, соответственно снижаются активные потери. При снижении напряжения до нормальных значений увеличивается срок службы всего электротехнического оборудования на подстанции и примыкающих ЛЭП.

Для всех вариантов исполнения реакторов характерно применение плоскошихтованной магнитной системы и цилиндрических обмоток трансформаторного типа. В результате по конструкции и эксплуатационным характеристикам они мало чем отличаются от обычных силовых трансформаторов общего назначения.

Неуправляемый реактор не чувствует, перегружена сеть или напряжение упало. Он работает в одинаковом режиме и сильно уменьшает пропускную способность линии при ее максимальной загрузке, когда, собственно, реактивная мощность в ней минимальна. Кроме этого использование неуправляемых шунтирующих реакторов приводит к дополнительному износу генераторов.

В случае применения неуправляемых ШР изменение режима передачи мощности по ВЛ требует отключения части реакторов, т.е. отвечает весьма грубому регулированию реактивной мощности, генерируемой ВЛ, так как единичные мощности реакторов достаточно велики (180, 300 и 900 МВА для ВЛ 500, 750 и 1150 кВ соответственно).

Рис. 1. Конструкции однофазных реакторов 500 кВ: а

Рис. 1. Конструкции однофазных реакторов 500 кВ: а — броневая конструкция, б — бронестержневая конструкция. 1 — обмотка, 2 — горизонтальные шунты, 3 — вертикальные шунты, 4 — диски горизонтальных шунтов, 5 — изоляционная опора, 6 — прессующие плиты и стяжные шпильки, 7— линейный ввод, 8 — экран ввода, 9 — линейный отвод, 10— бак, 11 — цилиндры главной изоляции, 12 — заземленный электростатический экран, 13 — электромагнитные экраны, 14 — амортизаторы, 15 — магнитные вставки стержня, 16 — немагнитные зазоры.

При проектировании и эксплуатации ВЛ ВН, оснащенных неуправляемыми шунтирующими реакторами, необходимо рассматривать не только нормальные режимы эксплуатации ВЛ, но и разного рода штатные и нештатные неполнофазные коммутации, неминуемо возникающие при эксплуатации, с тем чтобы не допускать возникновения квазистационарных резонансных режимов.

Кроме того, необходимо устанавливать силовые выключатели для подключения ШР к линиям. Наличие неуправляемых ШР ведет к возникновению коммутационных перенапряжений при коммутации реакторов и, соответственно, преждевременный износ изоляции высоковольтного оборудования и, прежде всего самих ШР, и ресурса выключателей.

Основные виды биореакторов

  • Механические;
  • Аэрлифтные;
  • Газо-вихревые;
  • Аэробные;
  • Анаэробные;
  • Комбинированные, то есть аэробно-анаэробные. В таких реакторах культивируется разные виды культур.

Таким образом, биореакторы мало напоминают ядерный реактор, но все же способны в химико-биологической сфере выполнить преобразование одних элементов в другие, выдавая в результате синтез культур, приводящих к формированию нужных клеток, развитие полезных или патогенных микроорганизмов. Биологическая система реактора решает массу полезных задач для человечества.

Типы ядерных реакторов

То, как работает АЭС, зависит от того, как именно работает ее атомный реактор. Сегодня есть два основных типа реакторов, которые классифицируются по спектру нейронов: Реактор на медленных нейтронах, его также называют тепловым.

Для его работы используется 235й уран, который проходит стадии обогащения, создания урановых таблеток и т.д. Сегодня реакторов на медленных нейтронах подавляющее большинство. Реактор на быстрых нейтронах.

За этими реакторами будущее, т.к. работают они на уране-238, которого в природе пруд пруди и обогащать этот элемент не нужно. Минус таких реакторов только в очень больших затратах на проектирование, строительство и запуск. Сегодня реакторы на быстрых нейтронах работают только в России.

Теплоносителем в реакторах на быстрых нейтронах выступает ртуть, газ, натрий или свинец.Реакторы на медленных нейтронах, которыми сегодня

Реакторы на медленных нейтронах, которыми сегодня пользуются все АЭС мира, тоже бывают нескольких типов.

Организация МАГАТЭ (международное агентство по атомной энергетике) создало свою классификацию, которой пользуются в мировой атомной энергетике чаще всего. Так как принцип работы атомной станции во многом зависит от выбора теплоносителя и замедлителя, МАГАТЭ базировали свою классификацию на этих различиях.

  1. PWR (pressurized water reactors) — водо-водяной реактор (реактор с водой под давлением). В странах СНГ такие реакторы называют аббревиатурой ВВЭР. В качестве теплоносителя и замедлителя в них используется обычная вода. Водо-водяные реакторы самые распространенные в мире (около 62% от всех реакторов). Водо-водяные реакторы дешевы и удобны, т.к. вода не воспламеняется, не затвердевает, и ее использование относительно безопасно.
  2. BWR (boiling water reactor) — кипящий реактор или кипящий водо-водяной реактор. Принцип действия АЭС на таком реакторе очень похож на то, как работает АЭС на ВВЭР. Кипящий реактор также использует обычную воду, его особенность в только том, что пар генерируется сразу в активной зоне. В водо-водяном реакторе сначала нагревается вода, которая позже, спустя несколько этапов, переводится в пар, в кипящих реакторах тепло сразу отдается кипящей воде, которая мгновенно становится горячим паром.Кипящие реакторы достаточно распространены, их 20% от всех атомных реакторов мира.
  3. LWGR (light water graphite reactor) — графито-водный реактор, ГВР, ВРГ или уран-графитовый реактор. В качестве замедлителя в таком типе реактора используется графит, в качестве теплоносителя – обычная вода. Схема работы АЭС, запущенной впервые в мире, основывалась на графито-водном реакторе. Сегодня такие реакторы используют редко, большинство из них расположены в России.PHWR (pressurised heavy water reactor) — тяжеловод
  4. PHWR (pressurised heavy water reactor) — тяжеловодный реактор. В таких реакторах в качестве теплоносителя и замедлителя используется тяжелая вода (D2O), по-другому ее называют тяжеловодородной водой или оксидом дейтерия.

С химической точки зрения оксид дейтерия идеальный замедлитель и теплоноситель, т.к. ее атомы наиболее эффективно взаимодействуют с нейтронами урана по сравнению с другими веществами. Попросту говоря, свою задачу тяжелая вода выполняет с минимальными потерями и максимальным результатом. Однако ее производство стоит денег, в то время как обычную «легкую» и привычную для нас воду использовать куда проще.

Масляные варианты

Данное электротехническое оборудование оснащается проводниками с изолирующей кабельной бумагой. Устанавливается оно на специальных цилиндрах, которые находятся в резервуаре с маслом или аналогичным диэлектриком. Последний элемент также играет роль детали для отвода тепла.

Для нормализации нагрева металлического корпуса в конструкцию включают магнитные шунты или экраны на электромагнитах. Они позволяют уравновесить поля промышленной частоты, проходящие по виткам обмотки.

Шунты магнитного типа изготавливаются из стальных листов, размещающихся в середине масляного резервуара, непосредственно возле стенок. В результате образуется внутренний магнитопровод, который на себе замыкает поток, создаваемый обмоткой.

Экраны электромагнитного типа создаются в виде короткозамкнутых витков из алюминия или меди. Устанавливаются они около стенок емкости. В них происходит индукция встречного электромагнитного поля, уменьшающего воздействие основного потока.

Что такое ТВЭЛ и ТВС?

Активная зона реактора внешне выглядит как огромный диск или труба с дырками в стенках (в зависимости от типа реактора), раз в 5 больше человеческого тела. В этих дырках находится урановое топливо, атомы которого и проводят нужную реакцию.

Просто так закинуть топливо в реактор невозможно, ну, если вы не хотите получить взрыв всей станции и аварию с последствиями на пару близлежащих государств. Поэтому урановое топливо помещается в ТВЭЛы, а потом собирается в ТВС. Что значат эти аббревиатуры?

  • ТВЭЛ – тепловыделяющий элемент (не путать с одноименным названием российской компании, которая их производит). По сути это тонкая и длинная циркониевая трубка, сделанная из сплавов циркония, в которую помещаются урановые таблетки. Именно в ТВЭЛах атомы урана начинают взаимодействовать друг с другом, выделяя тепло при реакции.

Цирконий выбран материалом для производства ТВЭЛов благодаря его тугоплавкости и антикоррозийности.

Тип ТВЭЛов зависит от типа и строения реактора. Как правило, строение и назначение ТВЭЛов не меняется, разными могут быть длина и ширина трубки.В одну циркониевую трубку автомат загружает более

В одну циркониевую трубку автомат загружает более 200 урановых таблеток. Всего в реакторе одновременно работают около 10 миллионов урановых таблеток. ТВС – тепловыделяющая сборка. Работники АЭС называют ТВС пучками.

По сути это несколько ТВЭЛов, скрепленных между собой. ТВС – это готовое атомное топливо, то, на чем работает АЭС. Именно ТВС загружаются в ядерный реактор. В один реактор помещаются около 150 – 400 ТВС. В зависимости от того, в каком реакторе ТВС будет работать, они бывают разной формы. Иногда пучки складываются в кубическую, иногда в цилиндрическую, иногда в шестиугольную форму.

Одна ТВС за 4 года эксплуатации вырабатывает столько же энергии как при сжигании 670 вагонов угля, 730 цистерн с природным газом или 900 цистерн, груженных нефтью. Сегодня ТВС производят в основном на заводах России, Франции, США и Японии.

Чтобы доставить топливо для АЭС в другие страны, ТВС запечатывают в длинные и широкие металлические трубы, из труб выкачивают воздух и специальными машинами доставляют на борта грузовых самолетов.

Весит ядерное топливо для АЭС запредельно много, т.к. уран – один из самых тяжелых металлов на планете. Его удельный вес в 2,5 раза больше, чем у стали.

Улучшенный реактор с газовым охлаждениемAGR

Два самых ранних типа промышленных реакторов — Magnox и усовершенствованный газовый реактор (AGR). Они являются прямыми потомками первой атомной сваи в Чикаго в 1942 году и были построены в Великобритании с 1956 по 1971 год. Как и CP-1, они используют блоки графита в качестве замедлителя, хотя топливо, представляющее собой металлический уран или оксид урана, запаяно в контейнеры из магниевого сплава или нержавеющей стали, а не в стержни.

Погрузка реактора Magnox в Калдер-Холле Погрузка реактора Magnox в Калдер-Холле     

Для охлаждения в этих реакторах используется двуокись углерода. Поскольку прежний реактор Магнокс был предназначен в основном для производства плутония, он был не очень эффективен, поэтому был создан реактор AGR, который работает при более высокой температуре для лучшего производства пара и работы турбин.

Токоограничивающий реактор преимущества

Токоограничивающие реакторs обладают безусловными преимуществами при эксплуатации:

  • Высокая динамическая стойкость;
  • Высокая термическая стойкость;
  • Высокая механическая стойкость;
  • Высокая энергоэффективность;
  • Эксплуатация в условиях загрязненной окружающей среды;
  • Специальное покрытие с защитой от старения изоляции;
  • Специальное покрытие с защитой от УФ-лучей;
  • Специальное покрытие с защитой от старения изоляции.

Для заказа свяжитесь по электронной почте: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра. или телефонам указанным в разделе контакты.

Теги

Adblock
detector