DE2235937A1

DE2235937A1 - Dynamisch arbeitendes sicherheitssystem

Info

Publication number: DE2235937A1
Application number: DE2235937A
Authority: DE
Inventors: Klaus Hellmerichs
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1972-07-21
Filing date: 1972-07-21
Publication date: 1974-01-31
Also published as: FR2194009B1; FR2194009A1

Description

SIEMENS AKTIENGESEIlSCHAi¹T Erlangen, den ' ^ Berlin und München Werner-von-Siemens-Str.

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Dynamisch arbeitendes Sicherheitssystem.

Aus der Siemens-Zeitschrift, 1968, Heft 11, Seiten 875 bis 878, ist ein dynamisch arbeitendes Sicherheitssystem bekannt, das zur Überwachung von Kernreaktoren vorgesehen ist. In diesem System sind Taktgeber für Einstell- und Auslöseimpulse, Grenzwertmelder für die zu überwachenden Größen, Verknüpfungseinheiten mit Magnetkernen und Ausgangsrelais zur Signalgabe bei einer Störung zur Erhöhung der Sicherheit dreifach angeordnet. Das System spricht an, wenn zwei der drei parallelen Kanäle einen Fehler melden (2-von-3-System). Die synchronisierten Taktgeber erzeugen dabei je zwei gegeneinander phasenverschobene Impulsfolgen. In der Verknüpfungseinheit muß dann mit Hilfe der Magnetkerne unterschieden werden, ob nur ein Impuls oder gleichzeitig zwei vorhanden sind. Die Magnetkerne müssen daher ein gutes Auflösungsvermögen besitzen. Diese- Forderung ist nur mit erheblichem Aufwand zu erfüllen, weil man auch noch mit Schwankungen der Versorgungsspannung, mit Fertigungstoleranzen und mit TemperatürSchwankungen rechnen muß.

Demgegenüber sucht die Erfindung eine Anordnung, die mit weniger genau arbeitenden Magnetkernen in den Verknüpfungseinheiten auskommt, ohne daß die anderen Elemente des Sicherheitssystems verändert werden müssen.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der verknüpfende Magnetkern schon durch einen Einstellimpuls in positiver Richtung gekippt wird und daß dies durch Erregung einer der übrigen Einstellwicklungen in entgegengesetzte Richtung kompensiert wird. In einem solchen System brauchen die Magnetkerne nur noch zwischen "Impuls" und "kein Impuls" zu unterscheiden. Dies läßt sich auch mit großen Toleranzen sicher bewältigen. Deshalb ist man auch weitgehend unabhängig von

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der Umgebungstemperatur und von Schwankungen der Versorgungsspannung, wie später noch näher erläutert wird.

Vorzugsweise wird die Erfindung so verwirklicht, daß eine 2-von-4-Verknüpfung durch Hintereinanderschalten von vier Kernen gebildet wird, von denen jeder vier Einstellwicklungen trägt, von denen zyklisch je eine entgegengesetzt zu den anderen drei erregt wird. Dies geschieht insbesondere in der Form, daß bei einer Verknüpfungseinheit für ein 2-von-4-System von den den-vier Einstellimpulsen zugeordneten jeweils vier V/icklungen auf vier Magnetkernen jeweils eine Wicklung in zyklischer Vertauschung umgekehrten Wicklungssinn aufweist.

Die Erfindung ist nicht auf ein 2-von-4-System beschränkt. Der wesentliche Gedanke der in zyklischer Vertauschung verteilten Wicklung mit umgekehrten Wicklungssinn läßt sich allgemein auf ein m-von-n-System erweitern. Dabei muß man in höherwertigen Systemen außerdem noch einzelne Wicklungsetellen unbeschaltet lassen oder dort sitzende Wicklungen unmittelbar mit Impulsen der Taktgeber speisen, damit die Magnetkerne der Verknüpfungseinheit nur "Impuls" und "kein Impuls" zu unterscheiden haben.

Auch bei der Erfindung kann man zur Peststellung interner Fehler in an sich bekannter Weise einen Sperrsignalverteiler vorsehen. Dieser gibt in bestimmten Abständen dadurch ein Signal, daß einzelne Impulse der Taktgeber unterdrückt werden. Jeder die Magnetkerne umfassenden Abschaltlinie ist eine Meldeeinheit für Impulslücken zugeordnet. Damit kann man feststellen, ob die Abschaltlinie ordnungsgemäß arbeitet oder in sich Fehler aufweist. Nur bei vollständiger Impulsfolge liefert das in jeder Abschaltlinie vorhandene Abschlußglied einen Gleichstrom. Dieser Gleichstrom hält das erwähnte Ausgangsrelais in Ruhestromschaltung fest, solange keine Störungen vorhanden sind. Für ein m-von-n-System läßt der Sperfsignalverteiler in zyklischer Vertauschung m-1 Impulse aus.

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Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel beschrieben, das in Pig. 1 in einem Übersichtsschaltplan und in Pig. 2 in einer genaueren Darstellung einer Verknüpfungseinheit wiedergegeben ist. Der Übersichtlichkeit halber ist nur das dynamisch arbeitende 2-von-4-Sicherheitssystem an sich dargestellt, ohne daß die Anwendung bei Kernreaktoren, die ein bevorzugtes Anwendungsgebiet der Erfindung ist,.in der Zeichnung zum Ausdruck kommt. Daneben kann die Erfindung aber auch in der chemischen Industrie, in Hüttenwerken oder dergleichen angewendet werden, wo besonders hohe Anforderungen an die Überwachung von Betriebsabläufen gestellt werden.

Die vier gleichen Elemente der vier parallelen Kanäle I, II, III, IV sind jeweils gleich bezeichnet und bei Bedarf durch einen auf den jeweiligen Kanal hinweisenden Index unterschieden. ·

In Pig. 1 liefern Taktgeber 1, die mit Hilfe einer Leitung synchronisiert sind, vorzugsweise rechteckförmige Impulse. Die Impulse werden als sogenannte Auslöseimpulse Ai über Leitungen 3 direkt auf Verknüpfungseinheiten 4 gegeben. Über Leitungen 5 gelangen die Impulse ferner zu (rattern 6, die mit einem Sperrsignalverteiler 7 verbunden sind. Der Sperrsignalverteiler unterdrückt in bestimmten Abständen einen Impuls, z.B. bei einer 1 kHz Impulsfolge jeden 256. Impuls. Die verbleibenden Impulse werden als sogenannte Einstellimpulse Ei über Leitungen 9 auf Grenzwertmelder 10 gegeben.

Die Grenzwertmelder 10 sind ebenso wie die Taktgeber 1 und die Gatter 6 in vierfacher Anordnung für jede zu üierwachende Größe vorhanden. Solche Größen können vor allem die Temperatur oder der Druck in einem Reaktor druckbehält er, die ITeutronenflußdichte, die Drehzahl einer Kühlmittelpumpe und ähnliches sein. Im Normalbetrieb, d.h. wenn weder die zu überwachende Größe einen unzulässigen Wert aufweist noch die Überwachungseinrichtung einschließlich der Impulsgeber gestört

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sind, werden von den Grenzwertmeldern IO in übereinstimmender Weise vier Einstellimpulse Eij, Eijj» ¹^-[TT ^un(* Eijy geliefert, die über Leitungen 11 zu den 2-von-4-Verknüfungseinheiten 4 gelangen. Dort werden die Einstellimpulse miteinander und mit den Αμ3ΐο3β1π^ΐ3βη der Leitungen 3 verknüpft, damit nur dann eine Störmeldung erfolgt, wenn mindestens zwei der vier Grenzwertmelder 10 einen unzulässigen Wert melden.

Siner Gruppe von Taktgebern 1 können mehrere Gruppen von Grenzwertmeldern 10 für unterschiedliche zu überwachende Größen und die zugehörigen Verknüpfungseinheiten 4 zugeordnet sein, die in Reihe angeordnet sind. Beim Ausführungsbeispiel sind die vier weiteren Grenzwertmelder für eine andere Größe mit 10' bezeichnet, die zugehörigen Verknüpfungseinheiten mit 4'.Am Ausgang 12 der letzten Verknüpfungseinheit 4' in der unter Umständen vielgliedrigen Kette von Verknüpfungseinheiten liegen Abschlußglieder 15. In diesen entsteht in bekannter Y/eise bei vollständiger Impulsfolge, d.h. dann, wenn kein Impuls, fehlt, ein Gleichstrom, der die Auslöserelais 16 in Ruhestromschaltung festhält. Fehlende Impulse werden dagegen von Meldeeinheiten 17 zur Impulslückenerfassung festgestellt. Die Meldeeinheiten 17 ermöglichen mithin eine Kontrolle sämtlicher Elemente in einem der Kanäle I,.II,III oder IV des 2-von-4-Systems.

Die einzelnen Verknüpfungseinheiten 4j, 4jj usw. sind jeweils mit vier in der Fig. 2 durch Striche dargestellten Magnetkernen 20, 21, 22, 23 versehen. Auf diese Magnetkerne wirken, wie für die Verknüpfungseinheit 4j dargestellt ist, einmal die über die Leitung 3x übertragenen Auslöseimpulse Ai₁. Zu diesem Zweck sind auf den Magnetkernen 20 bis 23 Wicklungen 24 angeordnet, die durch die Magnetkerne miteinander gekoppelt sind. Von der der Leitung 3j abgekehrten Wicklung 24 auf dem Magnetkern 23 führt eine Ausgangsleitung 25 zum Ausgang 12j der Verknüpfungseinheit 4'j.

Die von den vier Grenzwertmeldern 10' kommenden vier Leitun-

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gen 11' führen über Anpassungswiderstände 25, die stellbar sein können, zu gleichen Übertragern 27 bis 27"'. Von diesen werden jeweils vier in Reihe liegende Wicklungen 28, 29, 30 und 31; 28-', .29', 30' und 31' bis 28"' bis 3Γ" gespeist. Die Wicklungen sind auf den Magnetkernen 20 bis 23 so angeordnet, daß jeweils eine einen gegenüber den anderen dreien umgekehrten Wicklungssinn aufweist, damit eine gegensinnige Magnetisierung erhalten wird, und zwar in zyklischer Vertauschung für die vier Einstellimpulse Eij, Ei^-j-, Eiyjj und Eijy einer zu überwachenden Größe. In der Pig. 2 haben demnach die Wicklungen 31,- 30', 29" und 28"' umgekehrten" Wicklungssinn, wie durch die Vorzeichen an den Wicklungen angedeutet ist.

Durch die Umkehrung der Magnetisierungsrichtung jeweils einer Wicklung ergibt sich die gewünschte 2-von-4-Auswahl, denn von den vier Einstellimpulsen Eiy bis Ei·™· wird im Wormalbetrieb eine positive Durchflutung von der negativen Durchflutung kompensiert, so daß zwei positive Durchflutungen wirksam bleiben. Die positiven Durchflutungen ergeben eine positive Magnetisierung aller vier Kerne 20 bis 23. Deshalb bewirkt der phasenverschobene, d.h. später kommende Auslöseimpuls Aij eine Ummagnetisierung aller vier Magnetkerne, weil der von der Leitung 3-r kommende Impuls bei der Ummagnetisierung des Kernes 20 durch die paarweise in Reihe geschalteten Wicklungen 24 auf den' Kern 21, bei dessen Ummagnetisierung auf den Kern 22 und . entsprechend auf den Kern 23 übertragen wird, dessen Ummagnetisierung zu einem Impuls in der Leitung 25 zum Ausgang 12 führt. Alle Kerne haben dann eine negative Magnetisierung, so daß sich der Vorgang beim nächsten Einstellimpuls Ei₁ bis Ei_IV wiederholen kann und eine ununterbrochene Impulsfolge am Ausgang 12-jentsteht.

Kommt dagegen von zwei der vier Grenzwertmelder 10, 10' usw. kein Einstellimpuls, weil deren Grenzwerte bei einer Störung des Kernreaktors erreicht sind, so wird die verbleibende dritte positive Durchflutung für zwei der vier Magnetkerne 20 bis 23 durch die negative Durchflutung der Wicklung mit umgekehrtem

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Magnetisierungssinn kompensiert. Diese Kerne verbleiben also in der negativen Magnetisierungslage, die sie durch den Auslöseimpuls Aij erhalten haben. Infolgedessen kann der nächste Auslöseimpuls Aij keine Ummagnetisierung "ins Negative" bewirken, die allein als Impuls über die Leitung 25 zum Ausgang 12j übertragen wird. Die Impulskette ist unterbrochen, so daß entsprechend einer 2-von-4-Bedingung ein Störsignal entsteht.

Sprechen drei der vier Grenzwertmelder 10, 10' an, so ergibt sich für den Kern, dem die negative Magnetisierungsrichtung des verbleibenden vierten Einstellimpulses zugeordnet ist, keine Ummagnetisierung vom Negativen ins Positive, so daß auch in diesem Fall die Übertragung des Auslöseimpulses Aij unterbrochen ist.

Bei vier gleichzeitig ansprechenden Grenzwertmeldern kann keiner der Magnetkerne von den Sinstellimpulsen positiv ummagnetisiert werden, wie dies für die Übertragung des Auslöseimpulses erforderlich ist.

Die Erfindung ergibt mithin ein Sicherheitesystem nach einer 2-von-4-Bedingung, wobei die Magnetkerne 20 bis 23, wie gewünscht, nur zwischen dem für die Ummagnetisierung erforderlichen positiven Einstellimpuls Ei und dem Fall unterscheiden müssen, daß ein positiver Einstellimpuls durch die negative Durchflutung eines Einstellimpulses in der Wicklung mit umgekehrter Magnetisierungsrichtung kompensiert wird. Da es leicht möglich ist, die im letzten Fall entstehende Differenz unterscheidbar klein gegenüber der für eine Ummagaebisierung erforderlichen Durchflutung zu machen, erfüllt die Erfindung die als Aufgabe gestellten Bedingungen der Einfachheit und Betriebssicherheit bei Schwankungen der Versorgungsspannung und wechselnden Temperaturen.

Die ständige Überwachung des Sicherheitssystems auf innere Fehler mit Hilfe der Sperrsignalverteiler bleibt bei der Erfindung voll erhalten. Tritt nämlich in einem der Kanäle der Grenzwertmelder 10 eine Störung auf, die zu einer Unterbrechung

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der Einstellimpulse Ei führt, so erfüllt dies zusammen mit der Impulslücke, die der Sperrsignalverteiler in den anderen Kanälen abwechselnd bewirkt, die 2-von-4-Bedingung, so daß die Impulskette am Ausgang 12 im Rythmus der Impulslücken des Sperrsignalverteilers unterbrochen wird. Die Unterbrechung ist zwar zu kurz, als daß die Auslöserelais 16 ansprechen. Der Betrieb kann also fortgesetzt werden. In den Meldeeinheiten 17 werden die Impulslücken jedoch festgestellt, so daß eine innere Fehleranzeige gegeben ist.

Der vorstehend für ein 2-von-4-Systemen erläuterte wesentliche Erfindungsgedanke der zyklischen Vertauschung einer Wicklung mit umgekehrtem Wicklungssinn für jeden Einstellimpuls läßt sich sinngemäß auch für anderswertige Sicherheitssysteme, allgemein für ein m-von-n-System, anwenden. Dabei ist es je nach dem absoluten Wert von m und η und nach dem Verhältnis von m zu η erforderlich, einzelne Wicklungsstellen unbeschaltet zu lassen, oder die dort sitzenden Wicklungen unmittelbar mit Impulsen der Taktgeber zu'beaufschlagen. Dies liegt daran, daß von den η Wicklungen auf den jeweils η Kernen immer zwei durch die umgekehrte Magnetisierungsrichtung einer Wicklung unwirksam gemacht werden. Falls also η — m ^2 ist, muß die Schaltung im angegebenen Sinne weitergebildet werden« Ferner muß der Sperrsignalverteiler m-1 Impulse auslassen, damit bei einem inneren Fehler in einem Kanal jeweils für die Dauer eines Impulses die m-von-n-3edingung erfüllt ist. Für ein 3-von-5-System müßten also gleichzeitig zwei Impulse unterdrückt werden. Die Beschaltung der Magnetkerne mit Wicklungen entspricht dagegen wegen n-m =2 dem vorstehenden 2-von-4-System mit je fünf Wicklungen auf fünf Magnetkernen, wobei eine der fünf Wicklungen einen umgekehrten Wicklungssinn hat.

5 Patentansprüche
2 Figuren

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Claims

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Patentansprüche:

l-.j Dynamisch arbeitendes Sicherheitssystem, insbesondere für Kernreaktoren, mit einer Mehrfachanordnung von Taktgebern für Einstell- und Auslöseimpulse, Grenzwertmeldern für die zu überwachenden Größen, Verknüpfungseinheiten mit Magnetkernen, .die Wicklungen für die Einstellimpulse tragen, und mit Ausgangsrelais zur Signalgabe bei einer Störung, dadurch gekennzeichnet, daß der verknüpfende Magnetkern schon durch einen Einstellimpuls in positiver Richtung gekippt wird und daß dies durch Erregung einer der übrigen Einstellwicklungen in entgegengesetzte Richtung kompensiert wird.
2. Sicherheitssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine 2-von-4-Verknüpfung durch Hintereinanderschalten von vier Kernen gebildet wird, von denen jeder vier Einstellwicklungen trägt, von denen zyklisch je eine entgegengesetzt zu den anderen drei erregt wird.
3. Sicherheitssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Verknüpfungseinheit (4) für ein 2-von-4-3ystem von den den vier Einstellimpulsen zugeordneten jeweils vier Wicklungen (28,29,30,31,28'usw.) auf vier Hagnetkernen (20,21,22,23) jeweils eine Wicklung (31,3O',29",28"') in zyklischer Vertauschung umgekehrten Wicklungssin aufweist.
4. Sicherheitssystem nach Anspruch 1, 2 oder 3 mit einer Erweiterung für ein m-von-n-System, dadurch gekennzeichnet, daß einzelne Wicklungsstellen unbeschaltet oder dort sitzende Wicklungen unmittelbar mit Impulsen der Taktgeber (l) beaufschlagt sind.
5. Sicherheitssystem nach Anspruch 4 mit einem Sperrsignalverteiler zur Peststellung interner Fehler, dadurch gekennzeichnet, daß eier Sperrsignalverteiler (7) bei einem m-vonn-System m-1 Impulsen in zyklischer Vertauschung ausläßt.

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