DE2555678A1

DE2555678A1 - Verfahren und vorrichtung zum steuern eines schutzsystems

Info

Publication number: DE2555678A1
Application number: DE19752555678
Authority: DE
Inventors: Jean Paul Therond
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1974-12-11
Filing date: 1975-12-11
Publication date: 1976-06-16
Also published as: FR2294473B1; NL7514384A; GB1534148A; SE431262B; BE836468A; SE7513941L; US4105496A; FR2294473A1; ES443403A1; JPS5183996A; JPS5927922B2; IT1051469B

Description

Commissariat a !'Energie Atomique, Paris (Frankreich)

Verfahren und Vorrichtung zum Steuern eines Schutzsystems

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektronisches Rechenverfahren mit positiver Sicherheit, das mit. einer Auswahl des Mittelwertes aus einer Serie von N Meßgrößen und einem Vergleich dieses Mittelwertes mit; einem Bezugswert arbeitet.

Weiterhin betrifft die Erfindung eine elektronische Steuervorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens, die insbesondere zur Gewährleistung der Notabschaltung eines Atomkernreaktors durch Einführen von Sicherheitsabsorptionsstäben in den Reaktorkern eingesetzt werden kann.

Die Erfindung fügt sich insbesondere in das Schutzsystem für einen Atomkernreaktor einj in einem solchen Schutzsystem sollen Sicherheitsabsorptionsstäbe unter Einführung in den Reaktorkern in diesen hineinfallen, sobald der Wert für eine oder mehrere physikalische Größen erheblich von einem

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Bezugswert abweicht. Im Falle einer Anwendung zur Steuerung der Regelstäbe für einen Atomkernreaktor sind die vorerwähnten N physikalischen Eingangsgrößen beispielsweise der Druck, die Temperatur oder der Neutronenfluß, für die Meßwerte an N verschiedenen Stellen im Atomkernreaktor entnommen werden können.

Die extremen Vorsichtsmaßregeln, die bei einem Schutzsystem für Atomkernreaktoren notwendigerweise beachtet werden müssen, verlangen, daß die elektronischen Steuereinrichtungen eine ausgezeichnete Betriebssicherheit aufweisen. Es ist daher von Vorteil, für diesen Zweck Steuersysteme mit innewohnender positiver Sicherheit zu entwickeln.

Der Begriff der "positiven Sicherheit" ist im Kreise der mit Sicherheitsproblemen befaßten Spezialisten wohl bekannt; man versteht darunter die Fähigkeit einer Einrichtung, im Sinne einer Auslösung desjenigen Vorgangs zu reagieren, für die sie gedacht ist, wenn sie von einem Pannenfall betroffen wird, wobei solche Pannen als "sichere Pannen" bezeichnet werden. Die Anwendung für die Steuerung der Notabschaltung eines Atomkernreaktors ist ein Beispiel für einen solchen Fall. Bei den heute üblichen Einrichtungen liegt die Rate für "sichere Pannen" in der gleichen Größenordnung wie die Rate für "nicht sichere Pannen". Die erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung weist eine erheblich verminderte Rate für "nicht sichere Pannen" auf, während die Rate für "sichere Pannen" in der gleichen Größenordnung verbleibt. Die "nicht sicheren Pannen" sind dabei die Pannen, die im Falle eines Überschreitens der vorgegebenen Schwelle durch eine physikalische Größe im Schutzsystem nicht zur Auslösung der gewünschten Schutzmaßnahme führen. In absoluten Werten

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alisgedrückt ist die Rate für die "nicht sicheren Pannen" bei der vorliegenden Erfindung etwa 100 mal geringer als bei den heute üblichen Einrichtungen, und dies wird ohne merkliche Vergrößerung der Kosten oder der Abmessungen für die zugehörige Elektronik erreicht.

Genauer gesagt ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung ein Steuerverfahren für ein Schutzsystem, insbesondere in einem Atomkernreaktor, bei dem ausgehend von N Messungen ein und derselben oder mehrerer physikalischer Größen die Messungen durch N Anpassungs- und/oder Rechenglieder verarbeitet werden und daa sich dadurch kennzeichnet, daß man den Mittelwert von N den N- Messungen entsprechenden und am Ausgang der Anpassungs- und/oder Rechenglieder erhaltenen Signalen auswählt und mit einem Bezugswert vergleicht, um anhand dieses Vergleichs die in Rede stehende Schutzmaßnahme zur Auslösung zu bringen.

Ganz allgemein umfaßt eine elektronische Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens N von den N Anpassungs- und/oder Rechengliedern kommende und kontinuierliche Signale führende Eingänge, N mit jedem Eingang in Serie liegende Umformer zum Umformen eines kontinuierlichen Eingangssignals in ein periodisches Signal der Frequenz f mit der Größe des kontinuierlichen Eingangssignals proportionaler Amplitude, eine Speisequelle für die Abgabe eines periodischen Signals der Frequenz f an die Umformer über einen Isoliertransformator, einen Mediatorkreis mit Einrichtungen zum Auswählen des Mittelwertes für die Amplituden der von den Umformern abgegebenen periodischen Signale und einen Komparator zum Vergleichen dieses Amplitudenmittelwertes Vm mit einem bestimmten kontinuierlichen Bezugswert Vr, der über einen Isoliertransformator ein Signal abgibt, das für den Fall Vm - Vr ^ 0 einer logischen 1 und für den

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PaIl Vm -Vr-O einer logischen 0 entspricht, wobei alle Elemente der Vorrichtung positive Sicherheit aufweisen.

Die N Umformer sind Gleichspannungs/toechseIspannungs-Wandler, die jeweils eine Gleichspannung in ein periodisches Signal der Frequenz f (beispielsweise 1 kHz) umwandeln, wobei die Amplitude dieses Wechselspannungssignals der Größe der Eingangsgleichspannung proportional ist.

Die Umwandlung der kontinuierlichen oder Gleichspannungsgrößen in alternierende oder Wechselspannungsgrößen bietet zahlreiche Vorteile: Sie gestattet zum einen die Verwendung von Isolationstransformatoren, also Transformatoren mit galvanischer Trennung, so daß im Falle einer Panne,

die einen Teil der Schaltung ausfallen läßt, diese Panne nicht auf die anderen Schaltungsteile durchschlägt und dort weitere Ausfälle verursachen kann; weiterhin ermöglicht es das Arbeiten mit Wechselspannung, die gesamte Vorrichtung ständig mit einer Frequenz zu überprüfen, die der Wechselstromfrequenz entspricht.

Das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung sind so ausgelegt, daß der Ausfall eines einzigen Elements in der Schaltung automatisch zu einer "sicheren Panne" führt, während allein der gleichzeitige Ausfall einer Mehrzahl von Elementen den Anlaß für eine "nicht sichere Panne" geben kann.

Für die weitere Erläuterung der Merkmale und Vorteile der Erfindung wird nunmehr auf die Zeichnung Bezug genommen, in der bevorzugte Ausführungsbeispiele für die Erfindung veranschaulicht sind; dabei zeigen in der Zeichnung:

Fig. 1 ein Blockschaltbild für den Aufbau einer erfindungsgemäß ausgebildeten Steuervorrichtung für die Sicherheitsstäbe eines Atomkernreaktors;

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Pig. 2 ein Übersichtsbild für die erfindungsgemäß aus-. gebildete Steuervorrichtung;

Fig. 3 den elektrischen Aufbau eines im Rahmen der Erfindung verwendeten Gleichspannungs/Wechselspannungs-Wandlers;

Fig. 4 das Schaltschema für einen Mediatorkreis für den Fall von N = 4 Eingängenj

Fig. 5 ein Schaltschema für einen den Mediatorkreisen ausgangsseitig nachgeschalteten Minorationskreis;

Fig. 6 ein Schaltbild für den Aufbau eines elektronischen !Comparators für eine erfindungsgemäß ausgebildete Steuervorrichtung und

Fig. 7 ein Diagramm zur Veränschaulichung verschiedener

elektrischer Signale, wie sie beim Betrieb des Komparators von Fig. 6 auftreten.

Bei dem dargestellten AusfUhrungsbeispiel ist für die Zahl N der Eingänge ein Wert N = 4 gewählt. Die Eingangsgrößen entsprechen dabei beispielsweise vier Werten für den Druck, den Neutronenfluß oder die Temperatur an verschiedenen Stellen im Atomkernreaktor.

In Fig. 1 ist ein Blockschaltbild für eine Steuereinrichtung für die Sicherheitsabsorptionsstäbe eines Atomkernreaktors dargestellt, die in erfindungsgemäßer Weise ausgebildet ist. Die Darstellung in Fig. 1 zeigt vier Fühler 1, 3, 5 und 7, die alle die gleiche physikalische Größe, beispielsweise den Neutronenfluß, messen. Am Ausgang jedes dieser vier Fühler 1, 3* 5 und 7 ist ein Anpassungs- und/oder Rechenglied 9, 11, 13 bzw. 15 vorgesehen. Die N - im dargestellten Falle vier - Ausgangssignale der Anpassungs- und/oder Rechenglieder 9» H* 13 und 15 werden in Fig. 1 Baustufen 19* 21

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und 23 zugeführt, welche die erfindungsgemäß ausgebildeten Steuervorrichtungen mit positiver Sicherheit darstellen. Da die Baustufen I.9, 21 und 23 sämtlich der gleichen Auf ^- gäbe dienen, bringt ihr mehrfaches Vorhandensein bereits eine erste Redundanz für die gesamte Vorrichtung und einen entsprechenden Sicherheitsfaktor. Die Darstellung in Fig. 1 zeigt, daß alle drei Baustufen I9, 21 und 23 mit jedem der vier Paare aus Fühlern (1, 3, 5* 7) und Anpassungs- und/oder Rechengliedern (9, 11, 13, 15) verbunden sind. Dies ermöglicht es, gewünschtenfalls ein Paar aus Fühlern und Anpassungs- und/oder Rechengliedern abzutrennen und zu Prüf- oder Umbauzwecken durch ein anderes der gleichen Serie zu ersetzen. An den Baustufen I9 werden im allgemeinen nur drei Kanäle effektiv geschaltet (Redundanz 2/5). Ausgehend von den von den Baustufen I9, 21 und 23 abgegebenen logischen Gleichspannungssignalen gewinnen diesen Baustufen 19, 21 und 23 nachgeschaltete 1/n-Logiken 25, 27 bzw. 29 jede einen Triggerbefehl. Die verschiedenen Eingänge der 1/n-Logiken 25, 27 und 29 sind mit Meßsystemen und Steuerorganen für verschiedene physikalische Größen (Neutronenfluß, Druck, Temperatur usw.) verbunden. Die Ausgangssignale dieser 1/n-Logiken 25, 27 und 29 steuern Speiserelais 31, 33 bzw. 35 für Spulen 37* 39 bzw. 41. Im Normalbetrieb befinden sich die Sicherheitsabsorptionsstäbe in ihrer oberen Stellung, d. h. außerhalb des Reaktor kernes. Wenn jedoch zwei der drei Spulen 37* 39 und 41 nicht mehr über das zugehörige Relais 31, 33 bzw. 35 mit Strom gespeist werden, fällt der zugehörige Sicherheitsabsorptionsstab 43 in den Reaktorkern hinein und bewirkt eine Notabschaltung des Atomkernreaktors (Redundanz 2/5).

In Fig. 2 ist das Gesamtschema einer erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung dargestellt. Die kontinuierlichen

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Größen Gl, G2, G3 und g4 werden in Form von Gleichspannungen an den Klemmen 2, 2'; 4, 4'; 6, 6' und 8, 8¹ zugeführt und über Tiefpaßfilter, die jeweils aus einer Serieninduktivität 12 und einer Parallelkapazität 14 bestehen, in Gleichspannungs/Viechselspannungs-Wandler 10 eingespeist. Die Wandler 10 erhalten ihre Stromversorgung über einen Transformator Ta, dessen Primärwicklung 17 an eine Wechselspannungsquelle 20 angeschlossen ist, deren Ausgangsspannung die Amplitude 1 und eine Frequenz von beispielsweise 1 kHz besitzt. Die einzelnen Wandler 10 sind jeweils über Klemmen und 18 mit der Sekundärwicklung des Transformators Ta verbunden, die ihrerseits über die an die Wechselspannungsquelle 20 angeschlossene Primärwicklung 17 gespeist wird. Die Ausgangswicklungen 22 der Wandler 10 bilden die Primärwicklungen von Transformatoren Tb. Die Ausgangsspannungen der Wandler 10, deren Amplituden der Größe der jeweiligen Eingangsspannungen Gi proportional sind und deren Frequenz gleich der Speisefrequenz der Wechselspannungsquelle 20 ist, werden über die als Einheitstransformatoren ausgelegten Transformatoren Tb, die lediglich zur galvanischen Trennung der Stromkreise dienen, einem Mediatorkreis A zugeführt. Die Transformatoren Tb sind beispielsweise Transformatoren mit dem Übertragungsverhältnis 1. An ihren Sekundärwicklungen 24 erscheinen Wechselspannungen, deren Amplituden denen der entsprechenden Eingangsgleichspannungen Gi proportional sind. Über Leitungen 26, 28, 30 und 32 werden die Werte der vier Eingangsgrößen in den Mediatorkreis A eingegeben. Je eine der möglichen Kombinationen von jeweils dreien dieser vier Werte wird dem Eingang von einem von vier Kreisen Al, A2, A3 bzw. A4 zugeführt. Beispielsweise am Ausgang des Kreises A2 erscheint dann auf einer Leitung 36 während der negativen Halbwelle des periodischen Rechtecksignals der vorherrschende

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der drei Eingangswerte Gl* G3 und G4. In gleicher Weise tritt während der positiven Halbwelle des Signals am Ausgang des Kreises A2 und damit auf der Leitung 36 der kleinste dieser drei Eingangswerte Gl, G3 und G4 auf. Das entsprechende Verhalten zeigen auch die übrigen Kreise Al, A3 und A4 mit den angeschlossenen Leitungen 34, 38 und 40. Die Leitungen 34, 36, 38 und 40 führen von den Kreisen Al, A2, A3 bzw. A4 zu den vier Eingängen einer Baustufe 42, die auf diese Weise während der negativen Halbwelle des Signals über die Leitung 34 mit dem größten der drei Eingangswerte Gl, G2 und G3 gespeist wird, während der positiven Halbwelle des Signals dagegen auf der gleichen Leitung 34 den kleinsten der drei Eingangswerte Gl, G2 und G3 zugeführt erhält. In analoger Weise liegen an den mit den Leitungen 36, 38 und 40 verbundenen Eingängen der Baustufe während der negativen Halbwelle des Signals jeweils der größte und während der positiven Halbwelle des Signals jeweils der kleinste von den drei Eingangswerten Gl, G3 und G4 bzw. Gl, G2 und g4 bzw. G2, G3 und G4 an. Die Baustufe 42 ihrerseits wählt von den vier ihr zugefUhrten Werten während der negativen Halbwelle des Signals jeweils den kleinsten und während der positiven Halbwelle des Signals jeweils den größten aus. Dieser kleinste Wert (die mittlere Höhe der vier Werte) wird bei 44 in Form einer negativen Spannungsamplitude mit der Frequenz f der Wechselspannungsquelle 20 abgenommen. Dieser Mittelwert wird über eine galvanisch von der sonstigen Vorrichtung abgetrennte Baustufe C angezeigt, und er lenn außerdem über eine Leitung 46 abgegriffen werden. Dieser Mittelwert, der in diesem Falle hoch ist, da die Zahl N geradzahlig und gleich 4 iet, wird außerdem über eine Leitung 48 einer Überwachungsschaltung 50 zugeführt. Diese Schaltung 50 berechnet den hohen Mittelwert

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und den höchsten Wert und den niedrigen Mittelwert für die vier Eingangswerte.

Die Darstellung in Fig. 2 gibt die Verhältnisse für den Fall von vier Eingängen wieder, sie läßt sich jedoch ohne weiteres auf den allgemeinen Fall mit N Eingängen erweitern. In diesem Falle ist es möglich, in jedem Kreis Ai den größten Wert für die eine Halbwelle der Eingangssignale - und den kleinsten Wert für die Halbwelle umgekehrter Polarität des Eingangs signals - zu berechnen, wie dies im folgenden anhand der Darstellungen in den weiteren Figuren gezeigt wird, wobei lediglich der Typ der verwendeten Transistoren entsprechend auszuwählen ist. Ist die Anzahl N der Eingänge eine ungerade Zahl, so fallen der hohe Mittelwert und der niedrige Mittelwert zu einem einzigen Mittelwert zusammen.

In der in Fig. 2 dargestellten Schaltung wird die Größe des hohen Mittelwertes in einer Baustufe 56 mit einem in einer Baustufe 60 erzeugten und über eine Leitung 58 in die Baustufe 56 eingespeisten Bezugswert verglichen; dieser Bezugswert kann mit Hilfe einer Baustufe 62 modifiziert werden. Am Ausgang der Baustufe 56 ist wieder ein Isoliertransformator Tc vorgesehen,

der eine galvanische Stromkreistrennung bewirkt. Die an der Sekundärwicklung 66 des Transformators Tc auftretende Wechselspannung wird durch eine Gleichrichterschaltung 68 gleichgerichtet und sodann über eine Leitung beispielsweise den Relaiskreisen für die Sicherheitsabsorptionsstäbe zugeführt. Das Ausgangssignal auf der Leitung 70 besitzt den Wert +1, wenn der Mittelwert größer ist als der Bezugswert. Im umgekehrten Falle und bei jeder Panne an irgendeinem Element der erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung weist die Ausgangsspannung auf der Leitung 70 den Wert 0 auf, und dieser Wert läßt über die in

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Pig. 1 dargestellten Relais die Sicherheitsabsorptionsstäbe in den Reaktorkern hinabfallen. Die Gleichspannungsversorgung für die Baustufe 56 wird über eine Speicherstufe 72 gesteuert.

Die in Fig. 2 dargestellte Schaltung läßt sich in einfacher Weise überprüfen, indem an die Eingangsklemmen 2, 4, 6 und 8 vorgegebene Gleichspannungswerte angelegt werden. Dieser Test ermöglicht es, die einwandfreie Funktion der gesamten Vorrichtung und ebenso die einwandfreie Funktion der Fühler zu überprüfen.

In Fig. 3 ist das Schaltbild für einen Gleichspannungs/ Wechselspannungs-Wandler 10 dargestellt. Die in einem Diagramm 80 veranschaulichte Speisewechselspannung ist eine Rechteckspannung der Amplitude 1. Diese Spannung erscheint von der Wechselspannungsquelle 20 her an der Primärwicklung des Transformators Ta. An die Sekundärwicklung des Transformators Ta sind in Fig. 2 vier Wandler 10 angeschlossen. Jeder dieser Wandler 10 weist eine Sekundärwicklung 82 auf, an deren Enden zwei Transistoren 84 und 86 jeweils mit ihrer Basis angeschlossen sind. Die beiden Transistoren 84 und 86 sind vom gleichen Typ, in dem in Fig.5 dargestellten Fall vom npn-Typ. Die Emitter der beiden Transistoren 84 und 86 sind miteinander verbunden und .über einen Widerstand an die Mittelanzapfung 88 der Sekundärwicklung 82 des Transformators Ta angeschlossen. Die Eingangsspannung Gl liegt zwischen dem Verbindungspunkt 92 der Emitter der beiden Transistoren 84 und 86 einerseits und der Mittelanzapfung 94 der Primärwicklung 22 des Transformators Tb an. An der Sekundärwicklung 24 des Transformators Tb erscheint eine Wechselspannung mit rechteckigem Amplitudenverlauf, wie sie in ihrem zeitlichen Verlauf in Fig. J5 durch ein Diagramm 96 veranschaulicht ist. Die Gesamtamplitude dieser Wechsel-

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spannung mit dem Amplitudenmittßlwert O ist gleich dem doppelten Wert.2 Gl der Eingangsgleichspannung Gl.

Der in Fig. 3 dargestellte Wandler 10 arbeitet in folgender Weise:

Während der einen Halbwelle der über den Transformator Ta zugeführten Speisespannung ist einer der beiden Transistoren und 86, beispielsweise der Transistor 84, gesperrt, während der andere Transistor, in diesem Falle der Transistor 86, so gepolt ist, daß er leitet. Die an der Primärwicklung des Transformators Tb auftretende Spannung ist dann gleich der Spannung Gl. Während der anschließenden Halbwelle der von der Wechselspannungsquelle 20 abgegebenen Speisespannung ist dann der Transistor 86 gesperrt, während der Transistor 84 leitet. Daher erscheint an den Enden der Primärwicklung 22 des Transformators Pb eine Spannung mit umgekehrtem Vorzeichen und wiederum der Eingangsgleichspannung Gl gleicher Amplitude. Damit ergibt sich, da die Sekundärwicklung 24 des Transformators Tb die gleiche Windungszahl aufweist wie dessen Primärwicklung 22, am Ausgang des Transformators Tb, also an dessen Sekundärwicklung 24 der im Diagramm 96 in Fig. 5 dargestellte zeitliche Spannungsverlauf. Die Darstellung in Fig. 5 läßt erkennen, d6ß der Wandler 10 ein Bauelement mit innewohnender positiver Sicherheit ist, da bei einem Kurzschluß eines der beiden Transistoren 84 und 86 infolge einer Panne der Transformator Tb durch den auf die Spannung Gl zurückgehenden Strom zur Sättigung kommt und kein Signal an seiner Sekundärwicklung 24 auftritt. Wie nachstehend gezeigt wird, führt aber ein solcher Ausfall des Ausgangs Signa Is des Transformators Tb zu einem endgültigen Ausgangssignal mit dem Zahlenwert 0, was nach der vorstehenden Darstellung gleichbedeutend ist mit einem Ansprechen der Sicherheitseinrichtungen.

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In Fig, 4 ist einer der Kreise Ai des Mediatorkreises A von Fig. 2, nämlichder Kreis Al, im einzelnen dargestellt, Dieser Kreis Al enthält drei Transistoren IQG, 102 und Iö4, die bei dem dargestellten Beispiel zum pnp-Typ gehören. Die Kollektoren dieser drei Transistoren 100, 102 und 104 sind gemeinsam an den negativen Pol 1θβ einer Speisespannungsquelle angeschlossen, während die Emitter aller drei Transistoren 100, 102 und 104 über einen Widerstand mit dem positiven Pol 108 der Speisespannungsquelle verbunden sind. Die drei Eingangsleitungen 26, 28 und 30 führen jeweils zur Basis eines der drei Transistoren 100, 102 und 104. Der dargestellte Kreis Al ist ein Majorationskreis mit negativer Logik, es bestimmt also die kleinste der drei auf den Leitungen 26, 28 und JO zugeführten Spannungen die Spannung am gemeinsamen Emitterpunkt 112 aller drei Transistoren 100, 102 und 104, da der Transistor, an dessen Basis die im Absolutwert kleinste Spannung anliegt, gesperrt wird. Daher erscheint auf der vom gemeinsamen Emitterpunkt 112 ausgehenden Leitung 114 eine Wechselspannung, deren negative Amplitude gleich der größten Eingangsspannung ist. Bei Ausführung der Transistoren 100, 102 und 104 als npn-Transistoren müßten die Spannungspolaritäten an den Polen 106 und lo8 vertauscht werden, und der so entstehende Kreis Al würde dann mit positiver Logik arbeiten.

In Fig. 5 ist die Baustufe 42 von Fig. 2 im einzelnen dargestellt, über die der kleinste der Ausgangswerte der verschiedenen Kreise Ai aufgegriffen wird. Für den dargestellten Fall von vier Eingangswerten weist die Baustufe vier Transistoren 122, 124, 126 und 128 auf, die jeweils mit ihrer Basis über Leitungen 114, 116, 118 bzw. 120 an die Ausgänge der einzelnen Kreise Al, A2, AJ bzw. A4

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angeschlossen sind. Die vier Transistoren 122, 124, und 128 sind npn-Transistoren, und ihre Emitter liegen gemeinsam über einen Vorspannungswider stand 132 am negativen Pol 130 der Speisespannungsquelle, während ihre Kollektoren gemeinsam an den positiven Pol 134 der Speisespannungsquelle angeschlossen sind. Der gemeinsame Emitterpunkt 134 für die vier Transistoren 122, 124, 126 und 128 stellt sich auf die kleinste der auf den Leitungen 114, 116, 118 und 120 zugeführten Spannungen ein, da diese Spannung einen der Transistoren 122, 124, 126 und 128 leitend steuert, während die drei anderen Transistoren gesperrt sind. Auf der an den gemeinsamen Emitterpunkt angeschlossenen Leitung 138 erscheint ein Wechselspannungssignal, dessen negativer Wert gleich dem hohen Mittelwert und dessen positiver Wert gleich dem niedrigen Mittelwert ist. Wie im Falle der Kreise Ai könnten auch die Transistoren 122, 124, 126 und 128 in Fig.5 vom umgekehrten Typ, also vom pnp-Typ sein; es wäre dann lediglich notwendig, die Spannungspolarität an den Polen 130 und 134 zu vertauschen. Der zeitliche Verlauf der Ausgangsspannung am Ausgang Bc am Ende der Leitung I38 ist in Fig. 5 in einem Diagramm 140 veranschaulicht,das auch den niedrigen Mittelwert Mq und den hohen Mittelwert M_H zeigt.

Die dargestellte Schaltung gestattet es, den hohen Mittelwert und den niedrigen Mittelwert für vier Eingänge zu berechnen. Im allgemeineren Falle mit N Eingängen gestattet die erfindungsgemäß ausgebildete Schaltung die Berechnung der beiden Mittelwerte für den Fall einer geraden Anzahl N von Eingängen und die Berechnung des einzigen Mittelwertes für den Fall einer ungeraden Anzahl N von Eingängen. Im dargestellten Falle (N = 4) wird mit vier Kombinationen (x = 4) für die vier Kreise Al, A2, A3 und A4 gearbeitet,

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-H-

wobei die vier möglichen Eingänge jeweils in Dreiergruppen zusammengefaßt werden.

Im allgemeinen Falle mit N Eingängen ergibt sich für die möglichen Kombinationen in Gruppen von =Μ^— Eingängen die Zahl χ der Kombinationen und damit die Anzahl der Kreise Ai (i =1,2 ,... x) zu:

! für ungerade Zahlen N und

N!
x-

(|+ 1)! (|+ 1)! für gerade Zahlen N.

Es läßtfsich leicht zeigen,daß diese Kombinationen jeweils die Berechnung der interessierenden Mittelwerte ermöglichen. Der entsprechend aufgebaute Mediatorkreis A arbeitet dann in folgender Weise: Für den Fall, daß die Zahl N gerade und gleich 4 ist, berechnet sich anhand der den negativen Signalwerten entsprechenden Folge von Rechteckspannungen der hohe Mittelwert M_H für die vier Eingangswerte Gl, G2, G3 und G4 nach der Formel:

= MIN [mAJ (Gl, G2, G3), MAJ (Gl, G2, g4), MAJ, (Gl, G3, G4),

MAJ (G2, G3, G4)J

wobei MIN den minoranten (kleinsten)Wert und MAJ den majoranten (größten)Wert bezeichnet. Mit der gleichen Shhaltung, wie sie oben beschrieben ist, berechnet sich aus der zweiten, den positiven Signalwerten entsprechenden Folge von Rechteckspannungen der niedrige Mittelwert Mg zu: M_B = MAJ [MIN (Gl, G2, G3), MIN (Gl, G2, g4), MIN (Gl, G3, G4),

MIN (G2, G3, G4)J,

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Am Ausgang jedes der Kreise Ai, das heißt am Emitter jedes der Transistoren ein und desselben Kreises Al tritt während der negativen Halbwelle der größte und während der positiven Halbwelle der kleinste der Eingangswerte auf. Am Anschluß' Bc, dem Ausgang des Mediatorkreises A entsteht ein periodisches Signal, dessen Minimalwert gleich dem hohen Mittelwert VL· und dessen Maximalwert gleich dem niedrigen Mittelwert Mg ist.

In Fig. 6 ist die Schaltung für den Komparator einer erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung veranschaulicht. Dieser Komparator vergleicht die am Anschluß Bc alternierend auftretenden Spannungswerte mit einer Bezugsgleiöhspannung. Dazu enthält er zwei Differentialverstärker 200 und 202, deren Ausgänge über Widerstände 204 bzw. 206 mit der Primärwicklung 226 des Transformators Tc verbunden sind. Die Eingänge F' und F" der beiden Differentialverstärker 200 und 202 liegen an Masse. Die an den beiden anderen Eingängen E und E' der Differentialverstärker 200 bzw. 202 auftretenden positiven Werte werden Über Dioden 208 bzw. kurzgeschlossen. Über Widerstände 211 werden den Eingängen E und E' der Differentialverstärker 200 und 202 zum einen die am Anschluß Bc auftretenden alternierenden Spannungswerte und zum anderen eine Bezugsgleichspannung Vr zugeführt. Die Bezugsgleichspannung Vr wird ausgehend von zwei Spannungen entgegengesetzten Vorzeichens gebildet, die an Schaltungspunkten 212 und 214 auftreten. Die in Fig. 6 dargestellten Dioden 216 und 218 sind Zenerdioden, und ihr Verbindungspunkt 220 liegt an Masse. Eine Gleichspannungsquelle gibt an einer Klemme 222 eine negative Spannung und an einer Klemme 224 eine positive Spannung ab. Die Spannung am Punkt 214 liegt fest, während die Spannung am Punkt 212 einstellbar ist.

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Die am Punkt 214 auftretende Spannung ist eine feste Verschiebespannung Vd, und die am Punkt 212 herrschende Einstellspannung Va addiert sich zur festen Spannung Vd am Punkte 214, so daß sich die gesamte Bezugsgleichspannung Vr als die Summe aus den Spannungen Vd und Va ergibt. Diese Kombination der beiden Spannungen Vd und Va führt im Falle eines Ausfalls einer dieser Spannungen am Ausgang des Komparators zu einem logischen Niveau des Wertes 0 (Schaltung mit positiver Sicherheit). Die Spannung am Punkte 214 ist größenordnungsmäßig dreimal so groß wie der Amplitudenwert der am Anschluß Bc auftretenden und dem hohen Mittelwert My entsprechenden Spannung, und die Spannung am Punkte 212 ist größenordnungsmäßig etwa zweimal so groß wie dieser Spannungswert, und dank der sich auf diese Weise ergebenden Spannungsdifferenz tritt am Eingang E des Differentialverstärkers 200 eine einstellbare Gleichspannung auf, die in ihrer Größenordnung dem hohen Mittelwert M^ entspricht. Da der Wert für die Bezugsspannung Vr unterhalb des hohen Mittelwertes U₁₁ liegt, wie dies aus der Darstellung in Fig. 7 ersichtlich ist, pendeln die Differentialverstärker 200 und 202 mit einer Frequenz von 1 kHz zu beiden Seiten eines Mittelwertes 0. Es gibt daher einen Leistungsübergang von stromauf zu stromab, und an der Sekundärspule 2^0 des Transformators Tc tritt eine Spannung auf. Wenn der Wert der Bezugsspannung Vr im Absolutbetrag größer ist als die Amplitude des hohen Mittelwertes M₁₁, ändert sich die Polarität des dem Differentialverstärker zugeführten Signals nicht, und man arbeitet auf dem Teil der Hysteresekurve des Transformators Tc, der vernachlässigbaren Änderungen in der magnetischen Induktion B entspricht. Es erscheint dann kein Signal an der Sekundärwicklung 2J0 des Transformators Tc, und dies führt am Ausgang desKomparators zu einem Signal des logischen Niveaus 0. Die Baustufe 62 ermöglichtes, den Wert für die Bezugsspannung Vr leicht zu variieren, wozu

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ein Überbrückungsschalter 228 und ein Potentiometer vorgesehen sind. Mit Hilfe des als Druckknopf ausgebildeten Schalters 228 läßt sich der Komparator triggern, was es gestattet, eine erhebliche Abweichung der Triggerschwelle festzustellen. Es läßt sich leicht zeigen, daß das am Anschluß Bc auftretende Signal kein alternierendes Signal ist, auf die Sekundärwicklung 230 des Transformators Tc wird kein Signal übertragen, und dies führt für das Ausgangssignal zu einem Wert 0, was wiederum bedeutet, daß der im Stromlauf oberhalb des Anschlusses Bc liegende Teil der Schaltung innewohnende positive Sicherheit aufweist. Weiterhin ist die Baustufe 60 so ausgelegt, daß im Falle einer Beschädigung einer der Zenerdioden 216 und 218 die an den Eingängen anliegende Spannung so bemessen ist, daß der Transformator Tc zur Sättigung kommt und damit das Ausgangs signal an der Sekundärwicklung 230 des Transformators Tc zu 0 wird. Auch die Baustufe 60 ist also mit innewohnender positiver Sicherheit versehen. Im Ergebnis erscheint an. der Sekundärwicklung 230 des Transformators Tc dann ein Wechsels pannungs signal, wenn der hohe Mittelwert M^ kleiner ist als der Wert der Bezugsspannung Vr. Bei der in Fig.6 dargestellten Ausführungsvariante wird dieses ausgangsseitige Wechselspannungssignal mittels zweier einander entgegengesetzt geschalteter und aus einer in der Zeichnung nicht eigens dargestellten Batterie gespeister Transistoren verstärkt; ein nachgeschalteter Transformator Td bewirkt eine galvanische Trennung; der eine Sekundärwicklung 234 des Transformators Td durchfließende Strom wird in einem Gleichrichter R gleichgerichtet, der in üblicher Weise als Brückenschaltung aus vier Diodien aufgebaut ist. Wenn an der Sekundärwicklung 234 des Transformators Td eine Wechselspannung erscheint, wird an den Ausgangsklemmen

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iand 238 des Gleichrichters R eine positive Gleichspannung erzeugt. Bei einem Versagen eines Bauelements oder im Falle, daß der Wert der Bezugsspannung Vr größer ist als der hohe Mittelwert M₁₁, gibt as keine solche Ausgangsspannung. Die

erfindungsgemäß ausgebildete Schaltung umfaßt weiter einen Speicherkreis für die Steuerung der Differentialverstärker 200 und 202. Dieser Kreis zweigt von einer Sekundärwicklung des Transformators Td ab; die ihm auf diese Weise zugeführten Wechselspannungen werden mit Hilfe eines Gleichrichters R¹, der wiederum als Brückenschaltung aus vier Dioden ausgebildet ist, zu Gleichspannungen gleichgerichtet, und diese Gleichspannungen dienen zur Speisung von zwei3iotokopplern Pa und Fb, die über Öioden und ein in üblicher Weise aufgebautes Verzögerungsglied 241 an den Gleichrichter R^! angeschlossen sind.

Ein Schalter 240 gestattet es, für die Speisung der ^hotokoppler Pa und Pb über ein Verzögerungsglied aus einem Widerstand 246 und einem Kondensator 248 mit einer Zeitkonstanten RC in der Größenordnung von beispielsweise einer Sekunde eine Spannungsquelle anzuschließen, die an Anschlußklemmen 242 und 244 wirksam wird. Die Optokoppler Pa und Pb selbst bestehen Jeder aus einem Photoempfänger Ca bzw. Cb und einem Photoemitter 250 bzw. 252. Die Photokoppler Pa und Pb verbinden die Differentialverstärker 200 und 202 mit dem positiven Pol 25I bzw. mit dem negativen Pol 253 einer weiteren Spannungsquelle; die Differentialverstärker 200 und 202 werden also nur dann mit Spannung versorgt, wenn die Photoempfänger Ca und Cb der Photokoppler Pa bzw. Pb leiten, also durch die entsprechenden Photoemitter

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bzw. 252, die beispielsweise als Leuchtdioden ausgebildet sein können> beleuchtet werden.

Wenn die Sekundärwicklung 230 des Transformators Tc Signal führt, gibt es kein Signal an der Sekundärwicklung des Transformators Td, und die Differentialverstärker 200 und 202 werden nicht gespeist. Im normalen Betrieb, wenn der Gleichrichter R¹ Strom führt, fließt auch Strom durch die Deudtdioden der Photoemitter 250 und 252, und damit werden die Photoempfänger Ca und Cb beleuchtet, so daß sie leiten und die Differentialverstärker 200 und 202 gespeist werden. Für die Wiedereinleitung der Messungen nach einem Herabfallen der Steuerstäbe in den Reaktorkern infolge des Auftretens des Wertes 0 am Schaltungsausgang kann durch Betätigen des Schalters 240 der Kondensator 248 entladen werden, und diese Kondensatorentladung bewirkt dann eine Speisung der Leuchtdioden der Photoemitter 25Q und 252.

Es läßt sich leicht zeigen, ohne daß dies für alle Bauelemente im einzelnen erläutert werden muß, daß eine beliebige Panne an einem der Bauelemente der gesamten in Pig. bis 6 veranschaulichten Schaltung zur Folge hat, daß am Ausgang des Komparators kein Signal erscheint, die Ausgangsspannung also den Wert 0 annimmt.

In Fig. 7 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung der Arbeitsweise des in Fig. 6 dargestellten Komparators gezeigt. Das in Fig. 7 dargestellte rechteckförmige Signal 300 ist das Signal, das am Anschluß Bc nach dem Mediatorkreis A erscheint. Dieses Signal wird mit der Summe aus zwei Spannungen, nämlich der am Punkte 214 in Fig. 6 auftretenden festen Verschiebespannung Vd und der über ein Potentiometer

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einstellbaren Einstellspannung Va am Punkte 212 in Fig. 6, verglichen. Die algebraische Summe der beiden Spannungen Vd und Va ergibt die Bezugsspannung Vr; die Spannungen Vd und Va betragen größenordnungsmäßig das Zweifache bzw. das Dreifache des Maximalwertes für den Mittelwert Vm. Wenn wie in dem in der Zeichnung dargestellten Falle die Spannung Vm, im Absolutwert größer ist als die Bezugsspannung Vr, dann ist die Spannung an den Eingängen E und E^! der Differentialverstärker 200 und 202 alternierend positiv und negativ, wie dies im Diagramm von Fig. 7 durch entsprechende Pfeile 302 und 304 angedeutet ist, der Transformator Tc befindet sich nicht im Sättigungszustand, und seine Sekundärwicklung 230 (Fig.6) führt ein Signal, was einem einwandfreien Funktionieren des gesamten Systems entspricht und am Komparatorausgang das Auftreten eines endgültigen Ausgangssignals vom logischen Wert +1 zur Folge hat. Ist dagegen die Spannung Vm₂ größer als die Bezugsspannung Vr, so wird der Transformator Tc in den Sättigungszustand gebracht, da die am Eingang E anliegenden Spannungen (Pfeile ?06 und 308 im Diagramm von Fig. 7) ständig das gleiche Vorzeichen aufweisen, und am Komparatorausgang tritt als endgültiges Ausgangssignal der logische Wert 0 auf. Die Werte für die Spannungen Vd und Va werden erheblich größer gewählt als die Spannung Vm, damit in dem Falle, daß eine der Speis es pannungsquellen, die diese beiden Spannungen liefern, ausfällt, dies automatisch zu einer Sättigung für den Transformator Tc führt.

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Claims

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Patentansprüche

Verfahren zum Steuern eines Schutzsystems, insbesondere für einen Atomkernreaktor, bei dem ausgehend von N Messungen ein und derselben oder mehrerer physikalischer Größen die Messungen durch N Anpassungs- und/oder Rechenglieder verarbeitet werden, dadur ch gekennzeichnet, daß man den Mittelwert von N den N Messungen entsprechenden und am Ausgang der Anpassungs- und/oder Rechenglieder erhaltenen Signalen auswählt und mit einem Bezugswert vergleicht, um anhand dieses Vergleichs die in Rede stehende Schutzmaßnahme zur Auslösung zu bringen.
2. Elektronische Steuervorrichtung mit positiver Sicherheit zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß Sie N von den N Anpassungs- und/oder Rechengliedern kommende und kontinuierliche Signale führende Ein— gänge, N mit jedem Eingang in Serie liegende" Umformer zum Umformen eines kontinuierlichen Eingangssignals in ein periodisches Signal der Frequenz f mit der Größe des kontinuierlichen Eingangssignals proportionaler Amplitude, eine Speisequelle A' für die Abgabe eines periodischen Signals der Frequenz f an die Umformer über einen Isoliertransformator, einen Mediatorkreis A mit Einrichtungen Ai zum Auswählen des Mittelwertes für die Amplituden der von den Umformern abgegebenen periodischen Signale und einen Komparator zum Vergleichen dieses Araplitudenmittelwertes Vm mit; einem bestimmten kontinuierlichen Bezugswert ' Vr, der über einen Isoliertransformator ein Signal abgibt, das für den Fall Vm - Vr > 0 einer logischen 1 und für den Fall Vm - Vr Z einer logischen 0 entspricht, umfaßt, wobei alle ^Elemente der Vorrichtung positive Sicherheit aufweisen.

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3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch ge kennzeichnet, daß der Mediatorkreis A für die Auswahl des niedrigen Mittelwertes bei positivem Wert der Eingangs Signa Ie und die Auswahl des hohen Mittelwertes bei negativem Wert der Eingangssignale χ identische Kreise Ai für die Auswahl des jeweils größten Eingangssignals bei positivem Wert der Eingangssignale und für die Auswahl des jeweils kleinsten Eingangssignals bei negativem Wert der Eingangs Signa Ie, wobei χ gleich der Anzahl der möglichen Kombinationen der N Eingänge

TJ 4. 1 un>
in Gruppen zu je für -geradzahlige N und in Gruppen

zu je ^ + 1 für geradzahlige N ist und jeder der Kreise Ai y Transistoren eines Typs mit y = ^-ί—— für ungeradzahlige N und y = |· + 1 für geradzahlige N enthält, die jeweils mit ihrer Basis an die Sekundärwicklung von Transformatoren Tb, mit ihrem Kollektor an den negativen Pol einer Spannungsquelle und mit ihrem Emitter über einen Widerstand an den positiven Pol der Spannungsquelle angeschlossen sind, einen Kreis B für die Auswahl des kleinsten Eingangssignals bei positivem Wert der Eingangssignale und für die Auswahl des größten EingangesigaaIs bei negativem Wert der Eingangssignale, der aus χ Transistoren von untereinander gleichem, gegenüber den y Transistoren der Kreise Ai aber entgegengesetztem Typ besteht, die jeder mit seiner Basis an den gemeinsamen Emitterpunkt der y Transistoren jeweils eines der Kreise Ai, mit ihrem Kollektor an den positiven Pol einer Spannungsquelle und mit ihrem Emitter über einen Widerstand an den negativen Pol einer Spannungsquelle angeschlossen sind, und einen unmittelbar mit den Emittern der χ Transistoren des Kreises B verbundenen Ausgang aufweist.

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4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Mediatorkreis A χ Kreise Ai umfaßt, die jeweils aus y Transistoren des npn-Typs bestehen, während die χ Transistoren des Kreises B pnp-Transistoren sind.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet,daß der Komparator zwei Differentialverstärker enthält, deren Ausgänge mit den Enden der Primärwicklung eines Transformators Tc verbunden sind und die jeder zwei Eingänge, einen positiven Eingang und einen negativen Eingang, besitzen, von denen der positive Eingang des einen Differentialverstärkers und der negative Eingang des anderen Differentialverstärkers zum einen mit dem ein alternierendes Signal führenden Ausgang des Mediatorkreises A, zum zweiten mit einer Gleichspannungsquelle für die Abgabe einer Verschiebespannung Vd von fester Größe und zum dritten mit einer Gleichspannungsquelle für die Abgabe einer einstellbaren Einstellspannung Va verbunden ist, während die beiden jeweils anderen Eingänge beider Differentialverstärker an Masse gelegt sind, und daß der Komparator außerdem einen Isolierverstärker enthält, auf den eine Leistungsverstärkerstufe mit Transistoren und Transformatoren folgt, an deren Sekundärwicklungen Gleichrichter für die Abgabe kontinuierlicher logischer Ausgangssignale angeschlossen sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Speicherkreis enthält, der aus zwei Photokopplern Pa und Pb aufgebaut ist, von denen jeder wiederum aus einem Photoemitter (250, 252) und einem Photoempfänger Ca, Cb besteht, von denen der Photoempfänger Ca die beiden Differentialverstärker (200 und 202) mit dem positiven Pol einer Spannungsquelle und der Photoempfänger Cb die Differentialverstärker (200 und 202) mit dem negativen Pol der Spannungsquelle verbindet, während Leuchtdioden in den Photoemittern (250 und 252) parallel mit einer von einem der Gleichrichter

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kommenden Spannung und mit einer Gleichspannung gespeist werden können, die von einer über einen der Reaktivierung dienenden Druckknopfschalter anschließbaren Batterie stammt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 2,dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangs- und Ausgangssignale des Mediatorkreises A einer überwachungsschaltung und einer Informationsstufe für die Abgabe eines Gleichspannungssignals mit dem vom Mediatorkreis A berechneten Mittelwert proportionaler Amplitude zugeführt werden.
8. Anwendung einer Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche bis 7 für die Steuerung der Sicherheitsabsorptionsstäbe eines Atomkernreaktors, dadurch gekennzeichnet,daß die N Eingangswerte für die Steuervorrichtung Proben ein und derselben zu überwachenden physikalischen Größe sind und daß das Ausgangssignal des !Comparators der Steuervorrichtung eine Einrichtung für das Herabfallen der Sicherheitsabsorptionsstäbe in den Reaktorkern steuert.

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