Контроль характеристик изоляции электрогенерирующих сборок при проведении реакторных испытаний

Термоэмиссионные преобразователи являются наиболее перспективными для систем автономного энергообеспечения повышенной мощности. Конструкция термоэмиссионного реактора преобразователя (ТРП) схожа с ядерным реактором, в котором вместо обычных твэлов применяют электрогенерирующие сборки [1-4]. Электроизоляционные характеристики изоляции электрогенерирующих элементов (ЭГЭ) и электрогенерирующих сборок (ЭГС), являются важными параметрами, определяющими работоспособность и выходную электрическую мощность космических ядерно-энергетических установок с термоэмиссионным преобразованием энергии. Важнейшим этапом создания, отработки режимов работы ЭГЭ и ЭГС и их последующего изготовления являются

экспериментальные исследования материалов и процессов, стендовые и реакторные испытания и исследования в составе специальных устройств. Основной задачей таких испытаний является изучение процессов и факторов, приводящих к изменению энергетических и ресурсных характеристик ЭГС, а также причин выхода из строя элементов и ЭГС в целом [5-7].

Используемые методы и способы контроля и диагностики одно и многоэлементных ЭГС при проведении реакторных испытаний и исследований в основном применяются для электрической изоляции коллекторных пакетов (КП) и не позволяют контролировать полные токи утечки и, следовательно, полные потери электрической мощности ЭГС [1,8]. На основании конструкционной схемы одноэлементной

Таблица 1. Результаты расчетов токов утечки и потери выходной мощности при деградации изоляционных свойств МКУ эмиттера

N	Характеристики ЭГС и их значения	I ут.изм , А	Iш, А	R КП , Ом	RЭ МКУ , Ом	R ЭГС(из) , кОм	I ут.рассч. , А	P, %
1	U=1,5В,      R н =10Ом, I н =0,15А, RЭ МКУ =10кОм, R КП =10кОм,  R щ =10Ом, RЭ МКУ уменьшается (10, 5, 1, 0,1)	0,1- 10-3	0,1510-3	5000	10000	15	0,1- 10-3	0,1
2		0,15- 10-3	0,3- 10-3	5000	5000	10	0,15- 10-3	0,1
3		0,25- 10-3	1,49 10-3	5000	1000	6	0,25- 10-3	0,2
4		0,29- 10-3	14- 10-3	5000	107	5.1	0,29- 10-3	0,2

ЭГС [1] была разработана электрическая модель и электрическая схема подключения шунтирующего сопротивления к испытываемой ЭГС для контроля электрической изоляции коллекторного пакета.

В процессе реакторных испытаний или эксплуатации происходит деградация изоляционных свойств ЭГС в целом или ее отдельных узлов. Результаты моделирова-

ния такой деградации, проводимых измерений, а также расчетов тока утечки и потери выходной мощности ЭГС при постепенной потере изоляционных свойств металлокерамических узлов (МКУ) эмиттера и общего электрического сопротивления коллектора приведены в таблицах 1 и 2, соответственно.

Где: R_H - электрическое сопротивление нагрузки, Ом; R M _Ky - электрическое сопротивление МКУ эмиттера (анода), Ом; R M _Ky – электрическое сопротивление МКУ коллектора (катода), Ом; R _ш - электрическое сопротивление шунта, Ом; R _Kn - электрическое сопротивление КП, Ом; / _н - элек

трический ток нагрузки, А; / М_ку - электрический ток утечки через МКУ эмиттера, А; / Мку - электрический ток утечки через МКУ коллектора, А; 1 ш - электрический ток через шунт, А; / кп - электрический ток утечки через КП, А; V – вольтметр, измеряющий выходное напряжение ЭГС – U, В.

Таблица 2. Результаты расчетов токов утечки и потери выходной мощности при деградации изоляционных свойств КП

N	Характеристики ЭГС и их значения	I ут.изм , А	Iш, А	R КП,общ , Ом	RЭ МКУ , Ом	R ЭГС(из) , кОм	I ут.рассч. , А	P, %
1	U=1,5В,      R н =10Ом, I н =0,15А, RЭ МКУ =10кОм, RЭ МКУ          =10кОм, R щ =10Ом,         R КП уменьшается (10, 5, 1, 0,1)	0,1- 10-3	0,15 10-3	5000	10000	15	0,1- 10-3	0,06
2		0,11210-3	0,45 10-3	3332	10000	13,332	0,112 - 10-3	0,07
3		0,13710-3	1,6- 10-3	928	10000	10,928	0,137- 10-3	0,09
4		0,14810-3	14- 10-3	97	10000	10,097	0,148- 10-3	0,10

Измерения и расчеты токов утечки на многоэлементных ЭГС показали, что из-за

Результаты расчетов и измерений показали, что:

Выводы.

Выполнен выбор и обоснование способа контроля и диагностики электроизоляционных характеристик изоляции для стабилизации генерируемой электрической мощности электрогенерирующих элементов и сборок.

Разработана эквивалентная электрической модель и электрическая схема для контроля электрической изоляции во время проведения реакторных испытаний.

С помощью программы «multisim» про-

соба измерений и расчетов на одно и многоэлементной сборках. Показано хорошее соответствие измеряемых и расчетных значений токов утечки для одноэлементных ЭГС. Для многоэлементных ЭГС погрешность расчетов потери электрической мощности многоэлементной ЭГС увеличиваются с увеличением количества ЭГЭ и уменьшения электрического сопротивления коллекторного пакета каждого элемента.

ведена экспериментальная проверка спо-