технологічні флуктуації) має належні спектральні характеристики. Аналізування в частотній та часовій області — це два різні методи для визначення часу реагування давачів і зазвичай корисно проаналізувати дані обома методами й усереднити результати, крім будь-яких викидів. Нижче наведено опис аналізування шумових даних у частотній та часовій областях для визначення часу реагування давачів тиску.
С.3.1 Аналізування частотної області
Під час аналізування частотної області спочатку генерується спектральна щільність потужності (СЩП) шумового сигналу, зазвичай за допомогою алгоритму швидкого перетворення Фур’є (ШПФ). Це охоплює передавання запису шумових даних у стандартний програмний пакет ШПФ, щоб одержати на виході СЩП. Звісно, усі пакети програм, використовувані для генерації СЩП та іншого аналізування, спочатку має бути перевірено та затверджено відповідно до формальної програми забезпечення якості (ЗЯ), що охоплює формальні процедури розроблення програмного забезпечення та програму верифікації і валідації програмного забезпечення (ВІВ). Після того як одержано СЩП, математична функція (модель), прийнятна для випробуваного давача, апрок- симується до СЩП для одержання параметрів моделі, які потім застосовують для обчислення часу реагування давача.
СЩП давачів тиску атомної станції мають різні форми залежно від станції, місця встановлення й обслуговування давача, технологічного режиму та інших впливів.
С.3.2 Аналізування часової області
Для аналізування часової області шумових даних застосовують метод авторегресивного (АР) моделювання. Запис шумових даних для кожного давача апроксимують до загальної авто- регресивної моделі порядку «л». Апроксимація запису шумових даних визначає коефіцієнти моделі. Ці коефіцієнти потім застосовують для одержання таких динамічних дескрипторів, як реагування давачів на імпульс, реагування на стрибок і реагування на лінійно-зростальний сигнал, з яких одержують час реагування.
Обґрунтованість методу аналізування шумів досліджено лабораторним випробуванням репрезентативних давачів типів, використовуваних на атомних станціях.
До початку будь-якого аналізування часової або частотної області потрібно дослідити придатність шумових даних комп’ютерним скануванням та сортуванням неопрацьованих даних для підтвердження достовірності аналізування. Цього досягають застосуванням алгоритмів кваліфікації даних на стаціонарність і лінійність даних. Це охоплює побудову графіка амплітудної щільності імовірності (АЩІ) даних для візуального контролювання перекосу та нелінійності, а також обчислення перекошення, площинності чи інших дескрипторів шумових даних, для підтвердження, що ці дані мають нормальний розподіл і не містять небажаних характеристик.
С.4 Випробування вимірювальних трубопроводів
Вимірювальні трубопроводи можуть постраждати від часткових чи повних закупорень, скупчення повітряних пробок, протікань та відмов вирівнювальних, відсічних чи інших клапанів, розміщених на вимірювальному трубопроводі. Для захищення від цих проблем та підтвердження чистоти вимірювального трубопроводу треба застосовувати метод аналізування шумів, описаний для випробування часу реагування давачів тиску. Будь-яке суттєве закупорення чи інші аномалії в трубопроводі вимірювання тиску, найімовірніше, виявиться в результатах випробування часу реагування давачів тиску методом аналізування шумів.
С.5 Випробування часу реагування нейтронних детекторів
Час реагування нейтронних детекторів можна випробувати методом аналізування шумів майже в такий спосіб, як для давачів тиску. Зазвичай час реагування нейтронних детекторів настільки невеликий, що результати аналізування шумів будуть частіше надавати динаміку процесу, ніж детектора. Проте, якщо є суттєве змінення часу реагування нейтронного детектора, то вимірювання аналізування шумів має виявити проблему. Тобто аналізування шумів має ідентифікувати відчутні змінення динаміки детектора, незважаючи на можливість того, що діапазон частот вхідного шумового сигналу може не бути відповідним.
Додатково до часу реагування для нейтронних детекторів треба визначити та відстежити дескриптори шумів, такі як дисперсія, перекошення, АЩІ й ексцес як засіб контролювання змінення робочих характеристик детектора.
ДОДАТОК D (довідковий)
МЕТОДИ ВИПРОБУВАННЯ ЧАСУ РЕАГУВАННЯ
ДЛЯ ТЕРМОПЕРЕТВОРЮВАЧА ОПОРУ
D.1 Вступ
Вимірювання часу реагування виконують на термоперетворювачах опору системи безпеки на атомних станціях для підтвердження, що станцію може бути вчасно зупинено в разі потужного температурного перехідного процесу в реакторі. У реакторах з охолодженням водою під тиском (ВВЕР) термоперетворювачі опору теплоносія першого контуру, які входять до системи безпеки станції, зазвичай випробовують одноразово кожен паливний цикл чи приблизно кожні вісімнад- цять—двадцять чотири місяці. Крім того, щоразу після замінення чи ремонту термоперетворювача опору, вимірюють його час реагування, перш ніж станція відновить роботу на потужності.
Оскільки час реагування термоперетворювачів опору залежить від температури технологічного процесу, тиску та витрат під час роботи, вимірювання часу реагування має бути виконано за нормальних умов роботи чи наближених до них, для одержання часу реагування давачів за умов експлуатування. Для цього наприкінці 1970-х років розробили метод вимірювання часу реагування на східчасте змінення контурного струму (РЗКТ), використовуваного тепер на багатьох атомних станціях по всьому світу для відповідності вимог щодо випробування часу реагування.
D.2 Передумова
Випробування термоперетворювачів опору на атомних станціях почалося в 1978 році після того як затвердили метод РЗКТ та розробили серійне випробувальне устатковання, навчання та процедури РЗКТ. До 1978 року деякі станції виконували випробування часу реагування термоперетворювача опору, а випробування зазвичай виконували із застосуванням методу випробування із зануренням. Випробування із зануренням охоплює вилучення термоперетворювачів опору зі станції та їхнє випробування в лабораторному середовищі. Під час розробляння методу РЗКТ у середині 1970-х років визначили, що метод випробування із зануренням — недопустимий метод для випробування часу реагування термоперетворювачів опору атомної станції. У зв’язку з цим ядерна промисловість поступово відмовилася від цього методу, крім лабораторних кваліфікаційних випробувань нових термоперетворювачів опору та захисних гільз для їхнього встановлення на станції.
D.3 Методи випробування часу реагування термоперетворювачів опору
D.3.1 Опис випробування із зануренням
Час реагування температурного давача класично вимірюють у лабораторному середовищі методом випробування із зануренням. У цьому випробуванні давач піддають раптовому зміненню температури, а його вихідний сигнал реєструють, доки він не досягне сталого стану.
Аналізування випробування із зануренням для одержання часу реагування давача дуже простий. Наприклад, якщо перехідний процес вихідного сигналу давача реєструється в реєстраторі, то час реагування визначають вимірюванням часу, за якого вихідний сигнал давача сягає 63,2 % від свого кінцевого сталого значення. Треба зазначити, що це визначення часу реагування аналітично суттєво тільки для системи першого порядку, його традиційно застосовують для визначення часу реагування більшості температурних давачів незалежно від їхнього динамічного порядку. Через це визначення «час реагування» та «постійна часу» часто вживають для описання динамічних характеристик термоперетворювачів опору, навіть зважаючи на те, що термін «постійна часу» стосується тільки системи першого порядку.
Час реагування термоперетворювача опору, одержаний методом випробування із зануренням — це відносний показник, який треба супроводжувати описом умов, за яких термоперетворювач опору випробували. Це важливо, тому що час реагування термоперетворювачів опору залежить від властивостей кінцевого середовища, у яке його занурюють. Тип середовища (повітря, вода тощо) і його швидкість, температура та тиск завжди має бути зазначено з результатами часу реагування. Швидкість рідини зазвичай — найважливіший чинник, наступні чинники — температура та тиск. Ці чинники впливають на коефіцієнт теплопередавання плівки на поверхні давача, пов’язаного з часом реагування. Вищі швидкості рідини збільшують коефіцієнт теплопередавання плівки на поверхні давача та зменшують час реагування. Температура, однак, має змішаний вплив. З одного боку, температура діє в такий самий спосіб, як швидкість рідини, тобто вона збільшує коефіцієнт теплопередавання плівки та зменшує час реагування. З іншого боку, високі температури можуть впливати на властивості матеріалів усередині давача і можуть чи збільшити, чи зменшити час реагування. Тиск зазвичай несуттєво впливає на час реагування давача, крім його впливу на властивості рідини, які керують коефіцієнтом теплопередавання поверхні.
Додатково до впливу технологічних умов на час реагування термоперетворювачів опору, здебільшого вливає встановлення термоперетворювача опору в технологічний процес. Вплив місця встановлення особливо важливий для термоперетворювачів опору, закріплених у захисній гільзі, у яких кожен міл повітряного зазору в місці сполучення термоперетворювач опору/захисна гільза може становити суттєву різницю в часі реагування збірки термоперетворювач опору/захисна гільза. (Міл дорівнює 1/1000 дюйма чи 0,0254 мм).
D.3.2 Опис випробування РЗКТ
Оскільки на час реагування температурного давана сильно впливають технологічні умови та місце встановлення, лабораторні вимірювання, такі як випробування із зануренням за еталонних умов, не можуть забезпечити точну інформацію щодо часу реагування давача «за умовах експлуатування». Тому має бути застосовано натурний метод, який можна виконувати в робочому технологічному режимі. Метод РЗКТ розроблено для забезпечення можливості натурних випробувань часу реагування, потрібних для вимірювання часу реагування за умов експлуатування термоперетворювачів опору, установлених у робочих технологічних процесах.
Випробування РЗКТ виконують, з’єднуючи термоперетворювача опору з одним контактом мосту Уітстона та змінюючи струм мосту від кількох міліамперів приблизно до (40—80) мА. Східчасте змінення струму дає нагрівання джоулевим теплом в елементі термоперетворювача опору та змушує його опір мінятися пропорційно здатності термоперетворювачів опору розсіювати теплоту в навколишнє середовище. Перехідне змінення термоперетворювача опору утворює сигнал перехідної напруги на виході мосту Уітстона, що називають перехідним процесом РЗКТ або даними РЗКТ для термоперетворювача опору. Потім аналізують цей перехідний процес для, щоб одержати час реагування термоперетворювача опору за випробуваних умов. Це аналізування охоплює алгоритм математичної апроксимації для перетворення даних РЗКТ й одержання перехідної характеристики термоперетворювача опору на східчасте змінення температури рідини зовні термоперетворювача опору.
Перевага випробування РЗКТ полягає в тому, що воно дає змогу проводити оперативне випробування термоперетворювачів опору, установлених ззовні гермооболонки реактора та забезпечує фактичні часи реагування термоперетворювачів опору «за умов експлуатування». Випробування враховує всі впливи, спричинені місцем установлення на час реагування термоперетворювача опору. А також містить вплив захисної гільзи, у разі її використання, посадки між термоперетворювачем опору та захисною гільзою й усі впливи технологічних умов, таких як температура технологічного процесу, тиск і витрата.
Будь-який тип або модель термоперетворювача опору, що підлягає випробуванню методом РЗКТ, має бути спочатку атестовано для можливості випробування РЗКТ. Це охоплює всю низку лабораторних випробувань для підтвердження, що метод РЗКТ — дійсний для вимірювання часу реагування термоперетворювача опору та встановлення похибки результатів часу реагування для конкретної конструкції термоперетворювача опору. Якщо термоперетворювач опору встановлюють у захисній гільзі, то має бути виконано валідацію РЗКТ із термоперетворювача опору, також установленим у захисній гільзі. Класифікування термоперетворювача опору методом РЗКТ потрібно, тому що обґрунтованість методу РЗКТ залежить від певних допущень щодо характеристики теплопередавання термоперетворювача опору, які має бути задоволено для підтвердження одержання точних результатів методом РЗКТ. На основі результатів лабораторних валідаційних випробувань численних термоперетворювачів опору, середню похибку методу РЗКТ установлено на рівні ±10 %. Тобто метод РЗКТ зазвичай забезпечує результати часу реагування, які перебувають у межах ± 10 % від фактичного часу реагування термоперетворювача опору.
D.3.3 Опис випробування саморозігрівання
Випробування саморозігрівання виконують на термоперетворювачі опору за допомогою того самого устатковання, що й для випробування РЗКТ. Для випробування саморозігрівання спочатку використовують малий струм (наприклад, 5 мА) для нагрівання чутливого елемента термоперетворювача опору. Струм подають, доки опір термоперетворювача не стабілізується. Потім цей опір вимірюють (R) й обчислюють його потужність через термоперетворювач опору за формулою Р = /2Р. Цей крок повторюють із більшими значеннями струму до (40—80) мА для одержання трьох чи більше вхідних даних і результати зводять у таблицю, із зазначенням опору термоперетворювача для кожного струму залежно від електричної потужності, що генерується в термоперетворювачі опору. Потім цю інформацію одержують у вигляді графіка залежності R від Р і результат (який має бути прямою лінією) називають кривою саморозігрівання термоперетворювача опору. Градієнт кривої саморозігрівання називають індексом саморозігрівання (ІСР) в омах/ват (Ом/Вт), що є параметром, потрібним у цьому випробуванні. ІСР — це показник, який узгоджується з теплопередаванням термоперетворювача опору. Значення ІСР змінюється, якщо є суттєве змінення теплопередавання термоперетворювача опору (тобто, часу реагування). Це випробування не замінює методу РЗКТ або методу аналізування шумів для одержання часу реагування термоперетворювача опору. Воно не показує часу реагування термоперетворювача опору.
