放射性廢物庫設計中的長線控制

□李尚武 張 巍 宋曉蘭

隨著近年來我國經濟建設的迅猛發展，核技術已在工業、農業、科研、教學、醫療、石油、地質、水文等各個領域廣泛應用。隨之而來的是科研、教學、醫療及其它放射性同位素和核技術應用過程中產生的放射性廢物不斷增加。放射性廢物庫的建設就顯得尤為重要。

一、放射性廢物庫的作用及構成

(一)放射性廢物庫的作用。放射性廢物庫不是一般意義上的庫房，它是一個地區性的低水平放射性廢物專用貯存庫，同時也是可回取的和可周轉使用的貯存庫，屬社會公益性環境保護設施。放射性廢物庫的主要任務是解決所在省(自治區)各城市科研、教學、醫療及其它放射性同位素和核技術應用過程中產生的固體廢物和廢放射源的貯存。放射性廢物庫收貯的放射性廢物多為中、低放固體廢物，而且以低放固體廢物為主。

(二)放射性廢物庫的構成。庫區總平面的特點就是地形復雜、設施布置分散。庫區總平面布置根據工藝、運輸、防火、安全、衛生、施工、管理等要求，并結合現場用地條件，將庫區布置為工作區、監測區和管理辦公區:一是工作區，包括廢物庫、洗車設施，將其布置在一個區域，便于設施之間的聯系。二是管理辦公區，設有泵房、生活辦公綜合用房以及配電室。三是監測區，布置在工作區和管理辦公區之間，位于廠區中間場地，既能起到監測的作用，又能美化環境，達到生產、生活的和諧統一。放射性廢物庫項目的主體為放射性廢物庫，包括:廢物貯存坑、大廳、排風機房、衛生出入口、控制室等，并配置相應的工藝設備及車輛。為了安全、有效地貯存核技術應用產生的放射性廢物及廢放射源，并方便廢物的回取和轉運，同時考慮到庫址的環境特點，放射性廢物庫采用全地下式庫，廢物庫坑和廢源庫坑分區建設，庫坑、蓋板為鋼筋混凝土結構。放射性廢物由廢物庫專用運輸車輛運輸。庫區輔助設施主要有:辦公生活用房、專用車庫、洗車設施、蒸發池、水泵房及水塔、貯水池、室外管線，以及大門、圍墻、值班室(門衛用房)、庫區及庫外道路等設施;設置魚類監測池、綠化隔離帶等。

二、電氣控制的特點

為防止入侵者使用懸掛式起重機在庫區總配電室廢物庫動力回路電源出線斷路器設電動操作機構，值班人員可在庫區監控室控制該路電源的通斷。有的廢物庫比較特殊，只擴建一座庫房，現有變配電室與監控室的距離大于新建庫房配電室與監控室的距離，那么，選用的控制方式就是在起重機回路設一接觸器，采用硬接線方式引至監控室，按鈕控制。廢物庫廠區內庫房及各輔助設施分布比較分散，供電距離遠、控制線長的問題顯得尤為突出。這就使得長線控制計算成為廢物庫設計的重點，也是廢物庫設計的難點。

三、長線控制計算

當控制線路很長時，應注意以下幾點才能正常工作:

(一)控制導線上最大允許電壓降。接觸器線圈正常工作的最低電壓為額定電壓的85%，考慮網絡的電壓波動10%，則控制導線的電壓降不應大于5%。

對于交流電源，單根導線的允許長度Lyun 為

式中Ue——線圈額定電壓，V;ΔUSL——控制導線上的電壓降，%;RSL——控制線中單根導線每1km 的電阻，Ω/km;Pjs——接通時接觸器線圈的額定功率，VA;cosφj——接通時接觸器線圈的功率因數。

(二)線路電容對交流接觸器工作的影響。帶有電位差

的電纜芯線間類似一個電容。在控制電纜中，兩芯電纜的芯線間的電容量約為0．3μF/km;三芯電纜中的兩芯具有相同的電勢，第三芯對這兩芯的電容量約為0．6μF/km。導線的臨界長度:

式中:Le——導線的臨界長度，m;PH——線圈的吸持功率，W;Ue——線圈額定電壓，V。

下面就以西北某庫為例，對長線控制計算來校驗設計是否合理。廢物庫配電室位于庫房的東側，監控室位于庫房的西側，兩者相距約為580m。現有變配電室與監控室的距離大于庫房配電室與監控室的距離。根據上文所述，廢物庫的吊車電源需在監控室進行控制，選用的控制方式就是在起重機回路設一接觸器，在監控室采用按鈕控制。

首先采用LC1 -25 型接觸器，PH=7W，cosφj=0．75，Pjs=70VA。采用鎧裝2．5mm2的控制導線，RSL=7．98Ω/km。控制導線上的電壓降取最大允許壓降ΔUSL=5%。

此時單根導線的允許長度Lyun 由公式(1)可算出:

導線的臨界長度Le由公式(2)可算出

此時的單根導線的允許長度Lyun 遠遠超過我們所需要的580m，但是導線的臨界長度Le 差得很遠。由公式(2)可以看出，導線的臨界長度Le 只與接觸器的吸持功率有關。因此，要想提高Le，只能選用線圈的吸持功率(PH)大的接觸器。

現將接觸器換為LC1 -40 型，PH=26W，COSφj=0．75，Pjs=245VA;其它參數不變。此時單根導線的允許長度Lyun為:

導線的臨界長度Le 為

此時Lyun ＞580m、Le ＞580m，此時滿足控制要求。

根據計算公式(1)、(2)，在220V 時，對1．5mm2、2．5mm2、4mm2控制線分別與LC1 -25 型、LC1 -40 型接觸器配合時進行長線控制計算，計算結果見表1。

表1 不同導線截面配合不同型號接觸器時的單根導線的允許長度、導線的臨界長度對照表

四、結語

通過長線控制計算，可以得出結論:一是當控制電壓為交流220V、采用小接觸器(≤25A，25A 及以下的接觸器PH、Pjs、COSφj等參數相同)時，控制電纜最大長度不應超過240m。二是從壓降角度考慮，當接觸器一定時，改變控制電纜的截面，可以改變單根導線的允許長度;對于同一根控制電纜來說，使用較大的接觸器使單根導線的允許長度變小。三是從線路電容角度考慮，使用較大的接觸器可以使導線的臨界長度值也較大。四是從經濟技術指標考慮，可以采用較低的控制電壓。較低的控制電壓可以使導線臨界電容和導線長度相應增加。在大型接觸器上使用低控制電壓比較經濟，但有時帶來長線控制中線路壓降過大的矛盾，當出現這一情形時應作綜合權衡。

［1］ 中國航空工業規劃研究設計院組編．工業與民用配電設計手冊［M］．北京:中國電力出版社，2005，第3 版

［2］ 鋼鐵企業電力設計手冊［M］．北京:冶金工業出版社，2007