Author´s name: Bc. Stanislav Klimek School: Brno University of Technology, Faculty of Mechanical Engineering, Energy institute Title: Determining the life storage of a carbon steel cask Consultant: Prof. Ing. Oldřich Matal, CSc. Number of pages: 70 Year: 2009 The assignment of this diploma thesis is to estimate the lifetime of spent fuel container made from carbon steel grade. This container is designed for deep geological disposal of spent nuclear fuel. Basic mechanism of corrosion are described in detail in the first part. Further on, this work deals with the other specific phenomena and influences, which affect at corrosion of steel in conditions of a deep geological repository. Heat, radiation and surroundings are considered of particular importance. In the following part an estimate of the lifetime of model container is introduced, which is affected by temperature and radiation. Here recommendations for protection of container are introduced, arising from the model calculation. Finally, the relevancy of incidence of particular parameters is evaluated, which affect the corrosion.

This master‘s thesis deals with radiation damage of reactor pressure vessels, specifically of NPP Dukovany Unit No. 3. In general damage mechanisms of reactor steels are described and possibilities of monitoring of material degradation and its recovery used at NPP’s all over the world are mentioned as well. A practical part of the thesis is focused on interpretation of analyses carried out with the assistance of MOBY DICK code. The ground of these analyses is a neutron fluence value development on different locations of RPV for the whole life of operation up to 24th cycle. The analyses results are put into context with performed in-service inspections. The thesis follows up with neutron fluence computation for the future cycles containing new types of nuclear fuel up to 34th cycle. The outcome of practical part of the master‘s thesis is a comparison between new types of nuclear fuel with respect to radiation damage of RPV’s.

In Geräten und Anlagen des Stromnetzes werden Steckverbinder mit hoher Stromtragfähigkeit eingesetzt, wenn bewegliche Teile kontaktiert werden oder Betriebsmittel mit geringem Aufwand montier- und demontierbar sein müssen. Die elektrische Verbindung der Leiter wird dabei oft mit federnden Kontaktelementen realisiert. Die Kontaktelemente müssen als Teil der Strombahn während der Lebensdauer des Geräts den Betriebsstrom im Kiloampere-Bereich und im Fehlerfall bis zu einige Sekunden lang den eine Größenordnung höheren Kurzschlussstrom tragen. In der vorliegenden Arbeit wurden Rechenmodelle für die innere Erwärmung von Hochstrom-Kontaktsystemen im stationären Dauerbetrieb und im transienten Kurzschlussfall entwickelt. Das elektrische und mechanische Langzeitverhalten im Temperaturbereich (105…180) °C wurde experimentell mit stromdurchflossenen, fettgeschmierten Modellsteckverbindern, die regelmäßig getrennt und neu gesteckt wurden, untersucht. Modellerstellung, Rechnungen und Versuche wurden beispielhaft mit Kontaktelementen vom Typ Multilam durchgeführt. Kontaktelemente und Leiter bestanden aus versilbertem Kupfer. Für das stationäre Betriebsverhalten wurden die mit der analytischen Spannungs-Temperatur-Beziehung nach Kohlrausch berechneten Ergebnisse mit einem Erwärmungsversuch verifiziert. Die Temperaturdifferenz zwischen Kontaktelement und Leiter ist bei Standardanwendungen, wie in Schaltanlagen, mit ≤ 3 K sehr klein. Deshalb ist die Leitertemperatur als Zielgröße beim Dimensionieren der Dauerstrombelastbarkeit ausreichend. Bei Kurzschlussstrombelastung wurde im Kontaktsystem eine schnelle, räumlich unterschiedlich ausgeprägte Erwärmung numerisch berechnet. Leiter und Kontaktelement erwärmen sich kontinuierlich, wobei die mittlere Endübertemperatur im Kontaktelement aufgrund des kleineren stromtragenden Querschnitts eine Größenordnung höher ist. Die Kontakte führen bei 50 Hz-Wechselstrom aufgrund ihrer vernachlässigbaren Wärmekapazität 100 Hz-Temperaturzyklen aus. Dabei können die Maximaltemperaturen noch deutlich größer als die mittlere Temperatur der Kontaktelemente sein. Im Langzeitversuch waren nach 16 000 h Betriebszeit bei 180 °C und regelmäßigen simulierten Steckvorgängen die Verbindungskräfte noch genügend groß, um die elektrischen Anforderungen eines neuen Kontaktsystems zu erfüllen. Allerdings führte bei einer Betriebstemperatur von 105 °C ein thermisch instabiles Schmierfett zum vorzeitigen elektrischen Ausfall eines Teils der Steckverbinder.:Einleitung Hochstrom-Kontaktsysteme – Stand der Technik Theorie der Kontakte bei hoher Strombelastung Stationäres elektrisch-thermisches Betriebsverhalten Transientes elektrisch-thermisches Betriebsverhalten Langzeitverhalten Zusammenfassung Ausblick / Switchgear and devices for the power grid use high-power connectors if moving parts have to be contacted or equipment shall be easily mountable and dismountable. The electrical connection of the conductors is often realized by spring-loaded contact elements. As part of the main circuit, contact elements must carry the full operating current in the kiloampere-range for the entire service life of the device. In case of a fault, the short-circuit current, which is one order of magnitude larger, has to be carried for up to several seconds. In this thesis, calculation models for the inner temperature rise of high-power contact systems in steady-state continuous operation, as well as for the transient short-circuit load case were developed. Electrical and mechanical long-term performance in the temperature range from 105 to 180 °C was experimentally investigated with current carrying, grease-lubricated model connectors which were regularly unplugged and replugged. Modelling, calculations and experiments were exemplarily carried out with Multilam contact elements. Conductors and contact element consisted of silver-plated copper. The analytical voltage-temperature relation was used to calculate the steady-state performance; calculations were verified with a temperature-rise test. The temperature difference from contact element to conductors is very small (≤ 3 K) for standard applications like switchgear. Thus, it is sufficient to use the conductor temperature as a criterion for the design of the continuous ampacity of high-power contact systems. At short-time load, a fast spatially inhomogeneous temperature rise was numerically calculated. Conductor and contact element continuously heat up; due to the smaller current carrying cross section, median final temperature rise in the contact element is one order of magnitude larger than in the conductors. Because of their negligible thermal capacity, contacts perform 100 Hz temperature cycles at 50 Hz AC load; the maximum contact temperatures may be significantly higher than the median temperature of the contact elements. In the long-term test, after 16 000 h operating time at 180 °C and regular plugging operations, contact elements maintained enough joint force to meet the requirements of a new contact system. At 105 °C however, a thermally instable grease led to electrical failure of part of the connectors.:Einleitung Hochstrom-Kontaktsysteme – Stand der Technik Theorie der Kontakte bei hoher Strombelastung Stationäres elektrisch-thermisches Betriebsverhalten Transientes elektrisch-thermisches Betriebsverhalten Langzeitverhalten Zusammenfassung Ausblick

The aim of the study is to analyze the possibility of how and where wind farms should be integrated on the electrical grid. The challenges mainly concern grid capacity and transmission losses. Economic factors will be regarded as well. To fulfill the aim, the Skellefteälven river in Sweden is selected as study object. A regional grid along the river is thereupon simulated with regards to five existing hydro power plants, four electrical consumption points, and the national grid. Additionally, four wind farms are placed on probable sites around the grid. Considering the large amount of data to be calculated in this study, a grid model assembled through numerical analysis in MATLAB is henceforth deemed optimal. Through load flow simulation, the voltage variations and power losses are calculated. Hence, the costs of the losses is found. The investment costs for upgrading the grid are also determined. As the results show, an upgrade of the electrical grid certainly requires a relatively large investment sum. Nevertheless, the return of the project will eventually surpass the initial costs. Accordingly, there are economic benefits of investing in upgrading the grid capacity. / Syftet med studien är att analysera möjligheten till hur och var vindkraftsparker borde integreras i elnätet. Utmaningarna rör främst nätkapacitet och ledningsförluster. Ekonomiska faktorer kommer även att undersökas. För att uppnå syftet bedrivs en fallstudie, där Skellefteälven väljs som studieområde. Ett regionalnät är utformat längs älven med hänsyn till fem existerande vattenkraftverk, fyra valda konsumtionsnoder och stamnätet. Utöver dessa placeras även fyra vindkraftsparker ut på lämpliga ställen. Med tanke på hur mycket data som behandlas vid beräkningarna simuleras därför nätet med hjälp av numerisk analys i MATLAB. Genom att köra effektflödesberäkningar räknas spänningsvariationer och effektförluster fram. Därifrån kan kostnader för ledningsförluster tas fram. Vidare framtas även investeringskostnader för uppgradering av nätet. Resultaten visar att en uppgradering kräver en relativt stor investeringssumma. Däremot kommer inkomsten efter en genomförd uppgradering tillslut att överstiga initialkostnaden. Därav finns det ekonomiska fördelar med att investera i en ökad nätkapacitet.