Современных синхронных

Более полное описание основных типов ядерных реакторов будет дано в следующей главе, а пока отметим, что в сегодняшних атомных электростанциях просто заменены обычные печи, сжигающие уголь или нефть, другим источником тепла. Принцип же использования источника тот же — получение пара, приводящего в движение турбогенераторы. В будущих реакторах, в которых будет происходить прямое преобразование ядерной энергии в электрическую, потребуется, очевидно, гораздо более совершенная технология. Над ней уже кропотливо работают ученые и инженеры, исследующие возможность получения энергии, и в частности из ядерных реакций синтеза в термоядерных реакторах. Уже имеются реальные предложения по созданию ядерных реакторов, в которых «ядерная печь», скажем, в 10 или 20 раз горячее, чем в современных реакторах (однако гораздо холоднее тех «печей», на которых будут работать в далеком будущем термоядерные реакторы). И поскольку температура плавления твердотопливных стержней (или, вернее, их сборок) ограничивает возможности сегодняшних ядерных реакторов, то был выдвинут ряд предложений о постройке реакторов, работающих на жидком или газообразном ядерном топливе.

В качестве замедлителя в современных реакторах широко используются чистый углерод (в виде графита) и тяжелая вода (см. сноску 42 на стр. 69), отвечающие всем требованиям, перечисленным выше. Более эффективным из этих замедлителей является тяжелая вода, поскольку ее атомы легче атома углерода. С другой стороны, производство тяжелой воды весьма дорогостоящий процесс, и поэтому гораздо экономичнее в качестве замедлителя применять графит. Другими возможными «кандидатами» в замедлители являются обычная вода, металлический бериллий, окись бериллия и некоторые органические кислоты. Все они в той или иной степени удовлетворяют второму и третьему требованиям, но меньше отвечают первому: эти «кандидаты» настолько сильно поглощают нейтроны, что их нельзя применять в реакторах, работающих на природном уране. Однако, если в природном уране слегка увеличить содержание урана-235 (так называемый процесс обогащения), то и эти вещества могут быть использованы в качестве замедлителя. Правда, процесс увеличения содержания урана-235 даже на 0,07% требует большого расхода средств, дорогостоящего оборудования и огромного потребления электроэнергии.

Для управления цепной реакцией в тепловых энергетических реакторах применяется в основном тот же метод выдвижных стержней, который использовался в реакторе Ферми. Конечно, реактор тепловой электростанции требует гораздо большего количества регулирующих стержней, и поэтому их движение направляется и регулируется в современных реакторах с помощью ЭВМ. В дополнение к обычным регулирующим стержням предусмотрено вдвигать аварийные стержни, которые можно очень быстро вставлять в реактор для его «укрощения» в аварийных ситуациях. Для запуска реактора необходимо в принципе лишь выдвинуть регулирующие стержни на требуемое расстояние. Однако с целью "более устойчивого управления концентрацией нейтронов реактор обычно снабжается одним или более искусственными источниками нейтронов, еоответетвую-

В современных реакторах можно искусственно получить не только новые изотопы хорошо известных природных элементов, но и элементов, совершенно не встречающихся в природе. Если все встречающиеся в природе химические элементы расставить по их атомным номерам — от Z = 1 (водород) до Z = 92 (уран), то в этой шеренге не будет хватать только двух элементов— Z = 43 (технеций) и Z = 61 (прометий). Эти элементы, так же как и трансурановые (с атомными номерами Z > 92), совершенно не имеют устойчивых изотопов, и, следовательно, если они даже и существовали когда-то на Земле, то давно уже превратились в другие элементы вследствие своего распада. К настоящему времени было получено несколько искусственных изотопов технеция, прометия (с периодами полураспада от нескольких секунд до 10 лет) и трансурановых элементов, включая нашего старого знакомого — плутония (Z = 94).

база в недрах есть конечная величина, поскольку современные темпы образования этих видов топлив пренебрежимо малы. Если говорить о ядерном топливе, то количество радиоактивных материалов в земной коре также ограничено, и в случае использования их в современных реакторах ресурсы этого топлива следует рассматривать как невоспроизводимые. Однако в случае их использования в реакторах-размножителях получаемая энергия увеличивается настолько, что этот ресурс по сути дела становится воспроизводимым.

В современных реакторах на тепловых нейтронах делению подвергается лишь малая доля (3—5%) загруженного в него обогащенного топлива. При этом в твэлах накапливаются продукты деления (ПД) и продукты их радиоактивного распада (ПРР), обладающие высокой активностью. Задача радиохимической переработки — очистить до допустимого уровня уран и накопленный в топливе неразделившийся плутоний от радиоактивных продуктов деления и распада и различных примесей и вернуть их в ЯТЦ для полезного использования, осуществив таким образом рецикл U и Ри.

Чем выше значение удельной энергии, тем лучше реактор, тем меньше сжигается заложенного в активную зону делящегося ядерного топлива, при этом количество сожженного топлива характеризует режим эксплуатации реактора, коэффициент воспроизводства плутония, .правильность выбранной и используемой системы компенсации реактивности. В современных реакторах запас реактивно-

В современных реакторах на тепловых нейтронах делению подвергается лишь малая доля (3—5%) загруженного в него обогащенного топлива. При этом в твэлах накапливаются продукты деления (ПД) и продукты их радиоактивного распада (ПРР), обладающие высокой активностью. Задача радиохимической переработки — очистить до допустимого уровня уран и накопленный в топливе неразделившийся плутоний от радиоактивных продуктов деления и распада и различных примесей и вернуть их в ЯТЦ для полезного использования, осуществив таким образом рецикл U и Ри.

Чем выше значение удельной энергии, тем лучше реактор, тем меньше сжигается заложенного в активную зону делящегося ядерного топлива, при этом количество сожженного топлива характеризует режим эксплуатации реактора, коэффициент воспроизводства плутония, .правильность выбранной и используемой системы компенсации реактивности. В современных реакторах запас реактивно-

ность водо-водяных реакторов — тесное расположение твэлов в уран-водной решетке. Типичное значение отношения объемов воды и топлива равно примерно двум, что в сочетании с хорошими те-плофизическими свойствами воды обеспечивает высокие удельные энерговыделения в активной зоне и возможность использовать изготовленный в заводских условиях корпус, работающий под давлением 12—16 МПа. В современных реакторах ВВЭР используется борное регулирование.

ность водо-водяных реакторов — тесное расположение твэлов в уран-водной решетке. Типичное значение отношения объемов воды и топлива равно примерно двум, что в сочетании с хорошими те-плофизическими свойствами воды обеспечив"ает высокие удельные энерговыделения в активной зоне и возможность использовать изготовленный в заводских условиях корпус, работающий под давлением 12—16 МПа. В современных реакторах ВВЭР используется борное регулирование.

Для разгона современных синхронных двигателей их роторы снабжают специальной пусковой обмоткой, подобной «беличьему колесу» асинхронных двигателей. Стержни пусковой обмотки закладывают в полюсы ротора и соединяют по торцам замыкающими кольцами ( 20.17).

Предельная мощность, получаемая в крупных единичных ЭМ переменного тока, достаточно высока. Например, в современных синхронных турбогенераторах она достигает 1200 MB-А в длительном режиме работы при частоте вращения ротора 3000 об/мин и удельной массе Муд«0,6 кг/(кВ • А) [5.3].

тивление машины по продольной оси ха, которое влияет на величины максимального вращающего момента Мтах и установившегося тока короткого замыкания /к; с уменьшением б увеличивается xj, и уменьшается Мтах и /х. В современных синхронных машинах ха* меняется в широких пределах.

Как уже отмечалось, синхронные машины общего назначения с явно-полюсным ротором выпускают в виде отдельных серий. Каждая серия включает ряд машин в определенном диапазоне мощностей, объединенных общностью конструкции. Машины различных серий могут конструктивно отличаться друг от друга, но наряду с этим в выполнении отдельных узлов иметь и много общего. Конструкции современных синхронных машин средней мощности показаны на 9.1-9.3. На 9.4 показан внешний вид некоторых машин. На 9.1—9.3 одинаковые детали и узлы обозначены одинаковыми цифрами.

В современных синхронных машинах воздушный зазор по ширине полюсного наконечника делают неодинаковым. Чтобы получить распределение магнитного поля, приближающегося к синусоидальному, зазор под краями полюсов берут примерно в 1,5 раза большим, чем в середине, т. е. 5т/6 » 1,5, где б - зазор под серединой полюса. С этой целью радиус дуги полюсного наконечника выбирают меньше внутреннего радиуса статора ( 9.19) :

В крупных машинах (при Рном > 100 кВт), для которых следует применять однорядные обмотки, сечение прямоугольных проводников должно быть больше 30-40 мм2, но не выше 300 мм2. По конструктивным и технологическим требованиям отношение сторон проводника должно быть не больше 10-15. Намотку обмотки ведут на ребро. Допустимая плотность тока в проводниках обмотки зависит от класса нагревостойкости изоляции и условий охлаждения. В современных синхронных машинах изоляция обмоток возбуждения имеет класс нагревостойкости В или F.

КПД современных синхронных генераторов высок и достигает значений порядка 96—98%, увеличиваясь с увеличением номинальной мощности машины. Характер нагрузки также существенно влияет на КПД синхронного генератора, который уменьшается с уменьшением coscp потребителя электроэнергии.

1. От каких видов повреждений и ненормальных режимов работы предусматриваются защиты современных синхронных генераторов с непосредственным охлаждением проводников обмоток?

б) у большинства современных синхронных двигателей, имеющих ОКЗ меньше 1,25, снижение напряжения в сети (при нормальном токе возбуждения) вызывает не увеличение, а уменьшение компенсирующего эффекта;

В табл. 16-1 приводятся значения наивыгоднейшего коэффициента мощности современных синхронных двигателей с созф>н=0,9 при разных нагрузках и режимах использования.

В современных синхронных генераторах начали применять так называемую бесщеточную систему возбуждения ( 9.6, в). При этом в качестве возбудителя используют синхронный генератор, у которого обмотка якоря расположена на роторе, а выпрямитель укреплен непосредственно на валу. Обмотка возбуждения возбудителя получает питание от подвозбудителя через регулятор напряжения. При таком способе возбуждения в цепи питания обмотки возбуждения генератора отсутствуют скользящие контакты, что существенно повышает надежность системы возбуждения.