ITER: equipos de conmutación

Como dijo una persona acertadamente: "En el proyecto ITER, si hay un taburete en el pasillo, entonces su abuela está necesariamente hecha de hafnio con canales de enfriamiento internos, y sus piernas están hechas de aleación de tantalio, una traída de Japón y las otras tres de los Estados Unidos". Este proyecto parece haber sido creado para que cualquier equipo sea récord y sorprendente.


Cableado eléctrico del sistema de alimentación de imanes ITER, incluido el equipo de conmutación.

Hoy es una historia corta sobre sistemas que conectarán y desconectarán rápidamente las bobinas superconductoras ITER y la próxima complejidad de ingeniería, especialmente desde que en marzo pasaron las pruebas de calificación de dispositivos que realizan esta tarea.

Para empezar, un poco sobre la electricidad del sistema magnético ITER. El tokamak internacional tendrá 48 imanes superconductores, a saber:

• 18 bobinas toroidales (TF), conectadas eléctricamente en serie, pero que tienen un dispositivo de liberación de energía rápida (FDU) para cada par de bobinas
• 6 módulos de solenoide central (CS) conectados independientemente
• 6 bobinas poloidales (PF) conectadas independientemente
• 9 pares de bobinas de corrección (CC), conectadas independientemente

Diagrama del sistema magnético ITER

Como puede suponer, se necesita una conexión independiente para crear diferentes corrientes (= intensidades de campo magnético) en diferentes bobinas para controlar el plasma (su posición, forma, corriente, etc.). La corriente se controla de dos maneras: en primer lugar, mediante un conjunto de rectificadores potentes (decenas de megavatios, en la suma de aproximadamente 250), que crean y cambian suavemente la corriente en las bobinas, y en segundo lugar mediante una pequeña inserción de una resistencia (por supuesto, mega-resistencias con una potencia total de 2.5 gigavatios (! ), esto es ITER) en el circuito de la bobina para eliminar parte de la energía.


Un diagrama un poco más detallado de la conexión de los imanes ITER a las fuentes de alimentación.

Las operaciones de inserción de resistencias son una forma clásica de iniciar tokamaks. En este caso, un cambio brusco en el campo en las bobinas poloidales y el solenoide central crea un campo eléctrico de vórtice que atraviesa el plasma e induce una corriente de anillo en él, que es parte del sistema de confinamiento del plasma.


Un módulo de ensamblaje de resistencia ITER - acero refrigerado por aire, 2 megavatios

El héroe actual - SNU (Switching Network Unit), que se probó en el NIIEFA en marzo de 2017 (bueno, y a quién le importa, más sobre el sistema de suministro de energía del imán ITER ) es responsable de introducir resistencias en los circuitos de la bobina. Se instalarán un total de 8 SNU en ITER (en CS y bobinas PF1 y PF6).

La principal dificultad para crear la SNU son las corrientes de hasta 60 kiloamperios y la gran inductancia de las bobinas conmutadas, lo que conduce a la aparición de un voltaje de 8,5 kilovoltios en el momento de la ruptura del contacto. Teniendo en cuenta la resistencia extremadamente baja de los circuitos, el disyuntor produce un arco encendido con una corriente de 60 kA, que lo vuelve instantáneamente inutilizable. Y necesitamos un recurso de conmutación de 30 mil paradas.

Callejón sin salida? ¡No, podemos hacer las cosas mucho más complicadas!



Este es el esquema SNU. Desafortunadamente, tenemos que entender muchas abreviaturas, pero intentemos: Entonces, las SNR son las mismas resistencias que se insertan en el circuito de la bobina, al principio son paralelas al circuito a través del cual la corriente fluye desde el rectificador a la bobina formada por los seccionadores FOS y FDS. En la parte inferior se encuentra el módulo de contrapulso de tiristores TCB, compuesto por dos circuitos idénticos TH1, TH2, y en paralelo con FOS y FDS - contactores FMS y seccionador de emergencia EPMS.


La SNU en realidad, los cilindros rojo y azul, son FOS y FDS, y las cajas TH1, TH2 y la automatización neumática se pueden ver desde abajo.

Uff Probablemente será más claro si explica cómo funciona:

Entonces, inicialmente la corriente fluye a través de FOS y FDS cerrados.

1. Primero, el RMS se cierra y conecta la resistencia SNR en paralelo; sin embargo, dado que la resistencia del circuito de corriente principal es mucho menor, no sucede nada.
2. Luego, la neumática abre el FOS durante menos de 5 ms, y por primera vez la corriente se transfiere en 0.25 ms a los tiristores T que lo rodean (esto es necesario para evitar el arco).
3. Al mismo tiempo, se dispara el interruptor de tiristor TH1, descargando el condensador C1 a través del punto de conexión L1 y FDS, y llevando a cero la corriente a través de los tiristores T y FDS.
4. Toda la corriente a través del dispositivo se transfiere al grupo de tiristores TH1, lo que le permite abrir el FDS, que es necesario para aislar los tiristores FOS de un voltaje de 8,5 kV, que aparece cuando la corriente se transfiere a la resistencia de extracción de energía SNR.
5. Después de descargar C1 y abrir FDS, debe cerrar TH1; para hacerlo, use la segunda cadena C2 - TH2 (y se necesita el diodo D1, respectivamente, para cortocircuitar C1).
6. Después de eso, la corriente de la bobina fluirá a través de la resistencia SNR, creando la sobretensión deseada.

Espero que esto esté claro :) Una de las características clave de este interruptor son los interruptores y contactores neumáticos ultrarrápidos (FOS, FDS, FMS), que funcionan aproximadamente 10 veces más rápido que los interruptores de circuito convencionales.



FOS, FMS y FDS en modelos y en vivo. Satisface el rendimiento de alta calidad de estos dispositivos.

Junto con el prototipo de la SNU en serie, se probó su sistema de control (una publicación sobre la organización del sistema de control del equipo ITER en su conjunto), como puede ver, hay dos botones o un interruptor de palanca (ITER), y el circuito de control consta de 2 PLC modulares y varios interruptores



Es curioso que hace unos años ABB haya desarrollado un dispositivo similar para propósitos completamente diferentes: cortar las ramas de las líneas de alimentación de CC de alto voltaje. Aunque el problema en el conmutador híbrido de ABB es algo diferente (voltaje muy alto a corriente moderada), su desarrollo se presentó como una revolución en el campo de las soluciones para la transferencia de energía utilizando líneas eléctricas de corriente continua .