ITER: Schaltgeräte

Eine Person drückte es treffend aus: „Wenn sich im ITER-Projekt ein Hocker in der Halle befindet, besteht ihre Großmutter notwendigerweise aus Hafnium mit internen Kühlkanälen, und ihre Beine bestehen aus einer Tantallegierung, von denen eine aus Japan und die anderen drei aus den USA stammen.“ Dieses Projekt scheint so angelegt worden zu sein, dass jede Ausrüstung rekordverdächtig und erstaunlich ist.


Elektrische Verkabelung des Stromversorgungssystems der ITER-Magnete, einschließlich Schaltgeräte.

Heute ist eine kurze Geschichte über Systeme, die ITER-Supraleiterspulen und die nächste technische Komplexität schnell verbinden und trennen, insbesondere seit sie im März Qualifikationstests für Geräte bestanden haben, die diese Aufgabe ausführen.

Für den Anfang ein wenig über die Elektrik des ITER-Magnetsystems. Der internationale Tokamak wird 48 supraleitende Magnete haben, nämlich:

• 18 Ringspulen (TF), elektrisch in Reihe geschaltet, jedoch mit einer schnellen Energiefreigabevorrichtung (FDU) für jedes Spulenpaar
• 6 Zentralmagnetmodule (CS), die unabhängig voneinander angeschlossen sind
• 6 Poloidalspulen (PF) unabhängig voneinander angeschlossen
• 9 Paare von Korrektorspulen (CC), unabhängig voneinander verbunden

ITER Magnetic System Diagramm

Wie Sie sich vorstellen können, ist eine unabhängige Verbindung erforderlich, um unterschiedliche Ströme (= Magnetfeldstärken) in verschiedenen Spulen zu erzeugen, um das Plasma (seine Position, Form, Strom usw.) zu steuern. Der Strom wird auf zwei Arten gesteuert: Erstens durch einen Satz leistungsstarker Gleichrichter (zehn Megawatt, in der Summe von etwa 250), die den Strom in den Spulen reibungslos erzeugen und ändern, und zweitens durch kurzes Einsetzen eines Widerstands (natürlich Megawiderstände mit einer Gesamtleistung von 2,5 Gigawatt (! ), dies ist ITER) im Spulenstromkreis, um einen Teil der Energie daraus zu entfernen.


Ein etwas detaillierteres Diagramm des Anschlusses von ITER-Magneten an Stromquellen

Widerstandseinfügungsoperationen sind eine klassische Methode zum Starten von Tokamaks. In diesem Fall erzeugt eine starke Änderung des Feldes in den Poloidspulen und im Zentralmagneten ein elektrisches Wirbelfeld, das das Plasma durchbricht und einen Ringstrom in ihm induziert, der Teil des Plasmaeinschlusssystems ist.


Ein ITER-Widerstandsbaugruppenmodul - luftgekühlter Stahl, 2 Megawatt

Der aktuelle Held - SNU (Switching Network Unit), der im März 2017 auf der NIIEFA getestet wurde (und wen interessiert das ITER-Magnetstromversorgungssystem mehr ), ist für die Einführung von Widerständen in die Spulenschaltungen verantwortlich. In ITER werden insgesamt 8 SNUs installiert (auf CS und den Spulen PF1 und PF6).

Die Hauptschwierigkeit bei der Erzeugung der SNU sind die Ströme von bis zu 60 Kiloampere und die große Induktivität der geschalteten Spulen, was zum Auftreten einer Spannung von 8,5 Kilovolt zum Zeitpunkt des Kontaktbruchs führt. In Anbetracht des extrem niedrigen Widerstands der Stromkreise erzeugt der Leistungsschalter einen Lichtbogen, der mit einem Strom von 60 kA gezündet wird, wodurch er sofort unbrauchbar wird. Und wir brauchen eine Switch-Ressource von 30.000 Abschaltungen.

Sackgasse? Nein, wir können die Dinge viel komplizierter machen!



Dies ist das SNU-Schema. Leider müssen wir viele Abkürzungen verstehen, aber versuchen wir es: SNRs sind also dieselben Widerstände, die in den Spulenstromkreis eingefügt werden. Zunächst sind sie parallel zu dem Stromkreis, durch den Strom vom Gleichrichter zur Spule fließt, die von den FOS- und FDS-Trennschaltern gebildet wird. Unten befindet sich das Thyristor-Gegenimpulsmodul TCB, das aus zwei identischen Schaltkreisen TH1, TH2 und parallel zu FOS und FDS besteht - FMS-Schütze und EPMS-Notschaltertrennschalter.


Die SNU in der Realität - die roten und blauen Zylinder - sind FOS und FDS, und die Boxen TH1, TH2 und die pneumatische Automatisierung sind von unten zu sehen.

Uff. Es wird wahrscheinlich klarer, wenn Sie erklären, wie es funktioniert:

Der Strom fließt also zunächst durch geschlossene FOS und FDS.

1. Zuerst schließt der Effektivwert und verbindet den SNR-Widerstand parallel. Da jedoch der Widerstand des Hauptstromkreises viel geringer ist, geschieht nichts.
2. Dann öffnet die Pneumatik den FOS für weniger als 5 ms und zum ersten Mal wird der Strom um 0,25 ms zu den ihn umgebenden Thyristoren T übertragen (dies ist notwendig, um den Lichtbogen zu verhindern).
Gleichzeitig wird der Thyristorschalter TH1 ausgelöst, wodurch der Kondensator C1 über die Verbindungspunkte L1 und FDS entladen wird und der Strom durch die Thyristoren T und FDS auf Null gesetzt wird.
4. Der gesamte Strom durch das Gerät wird an die Thyristorgruppe TH1 übertragen, sodass Sie den FDS öffnen können, der zum Isolieren der FOS-Thyristoren von einer Spannung von 8,5 kV erforderlich ist, die zum Zeitpunkt der Stromübertragung an das energieextrahierende Widerstands-SNR auftritt.
5. Nach dem Entladen von C1 und dem Öffnen von FDS müssen Sie TH1 schließen. Verwenden Sie dazu die zweite Kette C2 - TH2 (und die Diode D1 wird benötigt, um C1 kurzzuschließen).
6. Danach fließt der Spulenstrom durch den SNR-Widerstand und erzeugt den gewünschten Spannungsstoß.

Ich hoffe, das war klar :) Eines der Hauptmerkmale dieses Schalters sind ultraschnelle pneumatische Leistungsschalter und Schütze (FOS, FDS, FMS), die etwa zehnmal schneller arbeiten als herkömmliche Leistungsschalter.



FOS, FMS und FDS in Models und Live. Erfreut sich über eine ziemlich hohe Leistung dieser Geräte.

Zusammen mit dem Prototyp der seriellen SNU wurde das Steuerungssystem getestet (ein Beitrag über die Organisation des gesamten ITER-Gerätesteuerungssystems). Wie Sie verstehen, können Sie hier nicht mit zwei Tasten oder einem Kippschalter (dies ist ITER) arbeiten, und die Steuerschaltung besteht aus 2 modularen SPS und mehreren Schalter.



Es ist lustig, dass ABB vor einigen Jahren ein ähnliches Gerät für ganz andere Zwecke entwickelt hat - um die Zweige von Hochspannungs-Gleichstromleitungen abzuschneiden. Obwohl das Problem beim Hybridschalter von ABB etwas anders ist (sehr hohe Spannung bei mäßigem Strom), wurde seine Entwicklung als Revolution auf dem Gebiet der Lösungen für die Energieübertragung mit Gleichstromleitungen dargestellt .