Set de instrumente pentru activiști ai energiei nucleare # 43

Obiectivul principal al centralelor nucleare este de a genera electricitate pentru utilizare (adică cumpărare) de către clienții industriali și rezidențiali. Centralele nucleare consumă ele însele cantități mari de energie electrică în realizarea acestui obiectiv.

desene

Desenele sistemului de distribuție electrică, denumite uneori desene cu o singură linie, ilustrează circuitele majore utilizate pentru a furniza energie electrică rețelei electrice din afara amplasamentului și pentru a furniza energie electrică echipamentelor centralei. Figura 1 arată sistemul de distribuție electrică normală și de așteptare (sau de urgență) pentru centrala nucleară Browns Ferry din Alabama. Conceptul se aplică în mod similar tuturor centralelor nucleare din Statele Unite.

Sistemul electric al lui Brown Ferry

FIG. 1: (faceți clic pentru a mări) (Sursa: NRC)

Șantierul electric - conexiunea principală între centrală și rețeaua electrică externă - apare în partea de sus a figurii 1. În acest caz, este o centrală de 500 kilovolt (kv), ceea ce înseamnă că fiecare linie de transmisie care radiază de la centrală transportă 500.000 volți de electricitate. Șapte linii de transport de 500.000 volți conectează această centrală la rețeaua electrică din afara amplasamentului. Reglementările federale, în special Criteriul general de proiectare 17 din apendicele A la 10 CFR partea 50, necesită cel puțin două conexiuni care sunt puțin probabil să eșueze pentru aceeași cauză posibil. În timp ce vremea extremă, cum ar fi o tornadă sau un uragan, ar putea dezactiva toate liniile de transport, regulamentul urmărește să prevină deconectarea unei singure lovituri de trăsnet sau a unui turn de transmisie de la rețeaua electrică din afara amplasamentului.

Generatoare și transformatoare

Cele trei reactoare de la Browns Ferry au fiecare un generator principal care poate furniza energie electrică la curtea de 500.000 volți. Acești generatori sunt arătați de simbolurile Circle-Y chiar sub comutatorul de 500 kv. Mini-omizile opuse sau m-urile extinse între generatoare și curtea de 500 kv reprezintă transformatoare electrice. Transformatoarele electrice sunt utilizate pentru a crește sau a reduce nivelul de tensiune al energiei electrice. Când unitatea funcționează la putere, curentul de la 22.000 la 24.000 volți produs de generatorul principal este crescut la 500.000 volți pentru transmisia de la șantier. O parte din ieșirea generatorului curge către un alt transformator, unde tensiunea sa este redusă la 4.160 volți pentru utilizare în instalație.

Când o unitate este oprită, electricitatea de la curtea de 500.000 volți curge către transformator, ceea ce reduce tensiunea între 22.000 și 24.000 volți. Un întrerupător electric deschis (care nu este prezentat în desen, dar în esență un întrerupător care conectează sau deconectează linia de alimentare de la generator la curte) împiedică electricitatea să ajungă la generator. Curentul electric trece printr-un al doilea transformator unde tensiunea sa se reduce la 4,160 volți.

Plăci auxiliare și de închidere

La Browns Ferry, electricitatea de la șantier sau de la generatorul principal este furnizată către panourile auxiliare și de închidere a unității. Aceste plăci sunt echivalentul centralei nucleare cu principalele panouri de alimentare din case. În case, panourile primesc energie electrică din rețeaua electrică locală și o furnizează prin întrerupătoare (sau siguranțe în configurații mai vechi) către circuite electrice din toată casa. În mod similar, cablurile controlate de întrerupător conectează panourile auxiliare și de oprire a echipamentului la echipamentele din întreaga fabrică. Un întrerupător deschis dezactivează cablul. Un întrerupător închis trimite electricitatea prin cablu către echipamente. Echipamentele conectate la un cablu alimentat pot avea un comutator de pornire/oprire separat pentru a controla funcționarea acestuia.

Plăcile auxiliare ale unității, cum ar fi cea din figura 2, furnizează electricitate componentelor care nu sunt legate de siguranță, cum ar fi pompele de ulei lubrifiant pentru turbina principală și luminile din clădirea turbinei. Compartimentele din partea inferioară și din partea dreaptă a întrerupătoarelor electrice. Instrumentele și comutatoarele din stânga plăcii monitorizează și controlează sursa de alimentare a plăcii.

FIG. 2: Plăci auxiliare de unitate (Sursa: TVA)

Tablourile de închidere a unității alimentează componente legate de siguranță, cum ar fi pompele de răcire de urgență și sistemele de răcire cu izolare.

Criteriul general de proiectare 17 necesită redundanță și în liniile de transmisie în afara amplasamentului și în distribuția electrică a instalației interne. Reactoarele Unității 1 și 2 de la Browns Ferry sunt fiecare echipate cu două generatoare diesel de urgență care pot furniza energie electrică panourilor de oprire a unității. Reactorul Unității 3 are patru generatoare diesel de urgență. Dacă funcționează chiar și un generator diesel pe reactor, este furnizată suficientă putere prin intermediul tabloului de oprire pentru echipamentul necesar pentru a atenua un accident.

Browns Ferry are un al doilea șantier, prezentat în colțul din stânga jos al desenului. Acest șantier conectează instalația la două linii de transport de 161.000 volți. Deși aceste linii nu pot fi utilizate pentru transportul energiei electrice generate de centrală, ele pot furniza energie electrică de la rețeaua electrică de 161.000 volți în afara amplasamentului către echipamentele centralei. Două transformatoare separate pot reduce tensiunea până la 4.160 volți pentru a alimenta panourile auxiliare și/sau de închidere a unității.

Există diversitate și redundanță în sistemul de distribuție electrică. Plăcile auxiliare de unitate pot fi furnizate de la generatorul principal, de la comutatorul de 500.000 volți sau de la comutatorul de 161.000 volți. Plăcile de oprire a unității pot fi furnizate din aceste surse sau de la generatoarele diesel de urgență.

Sistemul electric al pelerinului

Figura 3 este un desen oarecum mai puțin simplificat al sistemului de distribuție electrică pentru centrala nucleară Pilgrim din Massachusetts. Pilgrim are un șantier de 345.000 volți, prezentat în partea stângă sus, cu linii de transport către Bridgewater și Canal Station.

FIG. 3: Diagrama electrică a Pilgrim (faceți clic pentru a mări) (Sursa: NRC)

Există, de asemenea, o conexiune separată printr-o linie de transmisie de 23.000 volți către Manomet. Această linie de intrare de 23.000 volți traversează transformatorul auxiliar de oprire X13, unde tensiunea sa este redusă la 4.000 volți pentru alimentarea tabloului electric A8. Numai această sursă exterioară nu a putut fi utilizată pentru a închide reactorul Pilgrim, deoarece echipamentele care nu sunt legate de siguranță nu ar fi alimentate cu energie electrică. Dar numai această sursă de alimentare în afara amplasamentului ar putea furniza energie echipamentelor esențiale legate de siguranță conectate la plăcile electrice A5 și A6 de 4.000 volți.

Cu centrala funcționând la putere, electricitatea produsă la 24.000 volți de către generatorul principal circulă prin transformatorul X1, unde tensiunea sa este crescută la 345.000 volți pentru liniile de transmisie în afara amplasamentului. Electricitatea de la generatorul principal curge, de asemenea, prin transformatorul auxiliar auxiliar X3, unde tensiunea sa este redusă la 4.000 de volți pentru a alimenta șase tablouri electrice. Întrerupătoarele electrice sunt reprezentate pe desen ca fețe zâmbitoare fără ochi. Întrerupătoarele care sunt în mod normal deschise când instalația funcționează la putere au „NU” lângă fața zâmbitoare fără ochi. În caz contrar, întrerupătoarele electrice sunt în mod normal închise.

Când instalația este oprită sau generatorul principal este offline, curentul electric curge din curtea de 345.000 volți prin transformatorul auxiliar de pornire X4, unde tensiunea sa este redusă la 4.000 volți pentru a alimenta șase plăci electrice. În această situație, întrerupătoarele deschise în mod normal în desen ar fi închise și întrerupătoarele normal închise de la sursa transformatorului auxiliar de unitate ar fi deschise.

Pilgrim are patru plăci electrice care nu au legătură cu siguranța de 4.000 volți (A1, A2, A3 și A4) și două plăci electrice de siguranță de 4.000 volți (A5 și A6). Aceste două din urmă pot fi furnizate de la generatoarele diesel de urgență (DG # 1 și DG # 2).

Fiecare placă electrică de 4.000 volți furnizează energie electrică prin transformatoare care îi reduc nivelul de tensiune pentru a alimenta plăcile de 480 volți (B1, B2, B3, B4, B6, B7 și B8). Browns Ferry avea, de asemenea, plăci de tensiune mai mică, dar au fost omise din desenul său mai simplificat. Motoarele mari, precum cele pentru cele două pompe de recirculare, primesc energie electrică la 4.160 volți. Majoritatea motoarelor din instalație primesc energie electrică cu tensiune mai mică.

Pilgrim are un Generator Diesel Blackout capabil să furnizeze energie electrică la placa A8 de 4.000 volți. În cazul în care electricitatea de la generatorul principal, de la comutatorul de 345.000 volți, de la comutatorul de 23.000 volți și de la Generatorul Diesel nr. 1 sau Generatorul Diesel nr. 2 nu este disponibilă, Generatorul Diesel Blackout poate fi conectat la placa A5 sau A6 de 4.000 volți. Aceste plăci legate de siguranță pot furniza 480 de plăci B1, B2 și B6 pentru a alimenta componentele conectate.

Există, de asemenea, desene pentru sursele de alimentare cu tensiune mai mică, cum ar fi circuitele de instrumentare și control de curent alternativ de 125 volți și curent alternativ de 24 de volți. Aceste circuite de distribuție electrică reflectă convenția de redundanță și diversitate ilustrată în configurația de tensiune mai mare.

Linia de fund

Medicii au un cântec care să-i ajute să-și amintească cum sunt legate oasele corpului uman. Chiar dacă ar exista un cântec al sistemului de distribuție electrică sau s-ar fi deranjat să scrie unul, ar fi fost limitat la utilizarea lucrătorilor centralelor nucleare. Spre deosebire de scheletul uman, conexiunile sistemului de distribuție electrică pot fi schimbate în configurații aparent infinite.

De exemplu, întrerupătorul pentru sursa de alimentare normală de la transformatorul auxiliar X3 la 4.000 volți placa A1 este încercuit în roșu în figura 4. Operatorii ar putea deschide acest întrerupător și ar putea închide întrerupătorul cercuit în verde pentru a alimenta această placă în locul transformatorului auxiliar de pornire X4. În mod similar, operatorii ar putea manipula întrerupătoarele pentru a furniza placa B2 de 480 volți de la sursa sa alternativă.

FIG. 4: (faceți clic pentru a mări) (Sursa: NRC cu adnotări UCS)

Această flexibilitate permite dezactivarea porțiunilor sistemului de distribuție electrică pentru testare și întreținere, fără a întrerupe alimentarea cu energie a componentelor de la capetele îndepărtate ale cablurilor. De asemenea, face ca sistemul de distribuție electrică să fie mai tolerant la o defecțiune a întrerupătorului sau a sursei de alimentare - multe dintre schimbările de surse de alimentare de rezervă apar automat atunci când sursa primară devine indisponibilă. De asemenea, oferă lucrătorilor mai multe opțiuni pentru restabilirea energiei la componente și circuite atunci când răspund la probleme.

Flexibilitatea vine la un preț. Este o provocare pentru lucrători să mențină conștientizarea situației atunci când sunt posibile atât de multe situații diferite. Răspunsul la scăderea unei încărcături de 600 de tone la centrala nucleară din Arkansas Nuclear One la 31 martie 2013 a fost complicat de o configurație atipică a sistemului de distribuție electrică. Sarcina scăzută a rupt țevile. Apa turnată din capetele țevii rupte a scurtcircuitat releele și cablurile electrice, dezactivând componente suplimentare. Lucrătorii au deconectat rapid sursele normale de alimentare pentru pompele care trimiteau apă prin conducte. Dar aceste componente au fost trecute la o sursă alternativă. Muncitorilor le-a trebuit timp suplimentar pentru a opri inundațiile și daunele pe care le-a provocat.

Set de instrumente pentru activități de energie nucleară UCS (NEAT) este o serie de posturi destinate să ajute cetățenii să înțeleagă tehnologia nucleară și procesele Comisiei de reglementare nucleară pentru supravegherea siguranței centralelor nucleare.