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Anordnung zum Schutz von technischen Anlagen, z. B. Kernreaktoren
Bei manchen technischen Anlagen, z. B. chemischen Prozessen, Kraftwerken, und insbesondere
bei Kernreaktoren können in Störungsfällen für die An-Lage und deren Umgebung gefährliche
Zustände auftreten. Wenn die Störung in Teilen der Anlage selbst ihre Ursache hat,
muß die Anlage sofort abgeschaltet oder in einen ungefährlichen Betriebszustand
gebracht werden. Störungen, die innerhalb des überwachungssystems auftreten, können
ebenfalls gefährliche Betriebszustände in der Anlage vortäuschen oder sogar verhindern,
daß eine in der Anlage auftretende gefährliche Störung gemeldet wird. Die erste
Art von Störungen wird als ungefährlicher Fehler und die zweite Art als gefährlicher
Fehler in der Instrumentierung bezeichnet.
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Um die erwähnten Störungen nach Möglichkeit auszuschalten, sind für
Kernreaktoren Sicherheitssysteme eingeführt worden, durch welche ein gefährlicher
Instrumentierungsfehler mit einer an Sicherheit grenzenden Wahrscheinlichkeit ausgeschaltet
wird und auch ungefährliche Instrumentierungsfehler nach Möglichkeit verhindert
werden. Ein ungefährlicher Fehler führt immerhin dazu, daß der Reaktor grundlos
abgeschaltet wird, was bei einem Kernkraftwerk z. B. den Ausfall der Stromlieferung
zur Folge hat. Die Sicherheitssysteme arbeiten mit Auswahlschaltungen, z. B. mit
einem sogenannten Zwei- von Drei-System. Hierbei sind drei parallel arbeitende Meßkanäle
vorgesehen, und die Antriebseinrichtung für die Sicherheitsstäbe wird nur dann ausgelöst,
wenn zwei der drei Kanäle ein über- bzw. Unterschreiten der zulässigen Werte melden.
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Die meisten Kernreaktoren sind mit selbsttätig arbeitenden Reglern
ausgerüstet. Diese halten z. B. bei Forschungsreaktoren den Neutronenfluß konstant
oder regeln bei Siedewasserreaktoren den Druck im Reaktor. Bei anderen Reaktoren
werden auch andere physikalische Zustandsgrößen geregelt. Bei den mit C02 Gas gekühlten
und mit Graphit moderierten Kraftwerksreaktoren wird der Gasdurchfluß durch den
Reaktor sowie die Eingangs-und Ausgangstemperatur des Kühlgases geregelt. Das Stellglied
des Reglers fährt hierbei den sogenannten Regelstab mehr oder weniger weit in den
Reaktor hinein oder zieht diesen aus ihm heraus, um die Neutronenproduktion im Reaktor
zu beeinflussen. Wenn in diesem Regelkreis eine Störung auftritt, kann dem Regler
vorgetäuscht werden, die Reglergröße, z. B. der Neutronenfluß, der Reaktordruck
bzw. die Reaktortemperatur sei zu niedrig oder sogar gleich Null. Die Ursache hierfür
kann z. B. in einem Ausfall der Stromversorgung, in einem Bruch der Zu-Leitung zum
Meßfühler oder im Durchbrennen einer Sicherung in einem nachgeschalteten Verstärker
liegen. Bleibt das Meßsignal im Eingang des Reglers aus, so lautet das Stellkommando,
daß der Regelstab aus dem Reaktor herauszuziehen ist, um den Neutronenfluß zu vergrößern.
Die Folge hiervon kann eine übermäßige Neutronenproduktion sein, was unter Umständen
zu Beschädigungen des Reaktors führt, ehe das Sicherheitssystem eingreifen kann,
da die Schnellabschaltung durch das Sicherheitssystem eine bestimmte Mindestzeit
braucht.
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Es ist auch eine Einrichtung für die Nachrichtenübertragung von mehreren
parallelen Kanälen bekannt. Die am Empfangsort eintreffenden Nachrichtensignale
werden hierbei miteinander verglichen und aus denjenigen Signalen ein Mittelwert
gebildet, die annähernd miteinander übereinstimmen. Signale, deren Mittelwerte stark
voneinander abweichen, werden bei dieser Mittelwertbildung nicht berücksichtigt.
Die vorliegende Erfindung betrifft dagegen eine Anordnung zum Schutz von technischen
Anlagen, z. B. Kernreaktoren gegen Störungen in den einzelnen Regelkreisen. Gemäß
der Erfindung sind hierzu mit einem gemeinsamen Stellglied mehrere einen Fühler,
Meßumformer und Regler enthaltende Reglerkanäle für die Regelgröße parallel zueinander
verbunden, die jeder zur Abgabe von zwei, durch verschiedene Werte der Regelgröße
ausgelösten Stehkommandos an zwei logische Auswahlschaltglieder eingerichtet sind,
von denen jedes einem der Stehkommandos zugeordnet ist und die mit den Ausgängen
der Regler derart verbunden sind, daß sie an das gemeinsame Stellglied nur dann
das jeweilige Stellkommando gelangen lassen, wenn es an den Ausgängen einer vorbestimmten
Anzahl von Reglerkanälen erscheint.
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In den meisten Fällen wird es ausreichen, zwei Reglerkanäle anzuordnen.
Um die Sicherheit zu erhöhen,
können jedoch auch drei oder mehr
Kanäle benutzt werden, für die als Auswahlschaltung das bekannte Zwei- von Drei-System
oder ein entsprechendes Auswahlsystem vorgesehen ist.
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Den beiden Richtungen des Stellkommandos können auch unterschiedlich
arbeitende logische Auswahlschaltglieder zugeordnet werden. Sind z. B. drei Reglerkanäle
vorhanden, so wird das Kommando auf Vergrößerung des Neutronenflusses an das Stellglied
nur dann weitergegeben, wenn mindestens zwei Reglerkanäle dieses Kommando geben.
In der Richtung auf Verkleinerung des Neutronenflusses arbeitet das logische Auswahlschaltglied
dagegen derart, daß das Kommando bereits an das Stellglied weitergegeben wird, wenn
nur einer der Reglerkanäle diesen Befehl gibt. Das logische Auswahlschaltglied kann
auch so aufgebaut sein, daß für die Vergrößerung des Neutronenflusses das Kommando
aller drei Reglerkanäle erforderlich ist, daß dagegen für eine Verkleinerung des
Neutronenflusses das Kommando von zwei Kanälen ausreicht. Der Sinn dieser Maßnahme
liegt darin, daß in Richtung der »sicheren Seite« des Regelvorganges ein Kommando
bereits bei weniger scharfen Bedingungen für die Überwachungseinrichtung ausgeführt
wird. Zusätzlich können noch Signaleinrichtungen vorgesehen werden, die immer dann
ansprechen, wenn das Kommando eines Reglers von dem der übrigen abweicht.
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An Hand des Ausführungsbeispieles der Zeichnung, das rein schematisch
gehalten ist, soll noch kurz eine Anordnung mit zwei Reglerkanälen beschrieb2n «erden.
Der Neutronenfluß im Reaktor 1 wird mit zwei Meßfühlern 2 und 3 bestimmt und über
Meßumformer 4 und 5 in die Regler I und 1I weitergegeben. Im Ausgang dieser Regler,
die als Schrittregler arbeiten sollen, sind zwei Leitungen angegeben, die mit »Ein«
und »Aus« bezeichnet sind. Liest ein Stellimpuls auf der einen Leitung vor, so wird
das Stellglied eingeschaltet, liegt ein solcher auf der anderen Leitung vor, so
soll das Stellglied ausgeschaltet werden. Liegt kein Stellimpuls vor, so bleibt
das Stellglied stehen. Die Stellimpulse für die Richtung »Ein« werden über eine
»Undlogik« auf das Stellglied 6 gegeben, das den Regelstab 7 in den Reaktor senkt,
sobald hinter der Undlogik ein Stellkommando vorliegt. Damit das Stellglied den
Stab 7 in Richtung einer Vergrößerung des Neutronenflusses bewegt, muß also in beiden
Reglern I und 1I das Stellkommando »Ein« vorliegen. Das Kommando für die andere
Stehrichtung »Aus« ist über eine »Oderlogik« an das Stellglied 6 geführt. Der Stab
7 wird somit vom Stellglied aus dem Reaktor gezogen, wenn der Regler I oder der
Regler II ein entsprechendes Kommando gibt. Die Logikelemente können auch durch
entsprechende Relaiskontakte ersetzt werden, z. B. für die Undlogik durch in Reihe
geschaltete Relaiskontakte und für die Oderlogik durch parallelgeschaltete Kontakte.
Die in der Zeichnung dargestellte Anordnung kann auch so abgeändert werden, daß
der Regelstab nur eingefahren wird, wenn beide Regler dies fordern. Wenn das Kommando
eines Reglers von dem des anderen abweicht, wird ein entsprechendes Warnsignal ausgelöst.
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Wie bereits erwähnt, kann die Erfindung außer bei Kernreaktoren bei
beliebigen anderen technischen Anlagen angewendet werden.