ITER: équipements de commutation

Comme l'a justement dit une personne: «Dans le projet ITER, s'il y a un tabouret dans le hall, alors sa grand-mère est nécessairement en hafnium avec des canaux de refroidissement internes, et ses jambes sont en alliage de tantale, l'une étant importée du Japon et les trois autres des États-Unis.» Ce projet semble avoir été créé pour que tout équipement soit record et incroyable.


Câblage électrique du système d'alimentation des aimants ITER, y compris l'équipement de commutation.

Aujourd'hui est une courte histoire sur les systèmes qui connecteront et déconnecteront rapidement les bobines supraconductrices ITER et la prochaine complexité d'ingénierie, d'autant plus qu'en mars, ils ont réussi les tests de qualification des appareils qui effectuent cette tâche.

Pour commencer, un peu sur les composants électriques du système magnétique ITER. Le tokamak international aura 48 aimants supraconducteurs, à savoir:

• 18 bobines toroïdales (TF), connectées électriquement en série, mais ayant un dispositif de libération rapide d'énergie (FDU) pour chaque paire de bobines
• 6 modules solénoïdes centraux (CS) connectés indépendamment
• 6 bobines poloïdales (PF) connectées indépendamment
• 9 paires de bobines de correction (CC), connectées indépendamment

Schéma du système magnétique ITER

Comme vous pouvez le deviner, une connexion indépendante est nécessaire pour créer différents courants (= intensités de champ magnétique) dans différentes bobines afin de contrôler le plasma (sa position, sa forme, son courant, etc.). Le courant est contrôlé de deux manières: d'une part, par un ensemble de redresseurs puissants (des dizaines de mégawatts, pour une somme d'environ 250), qui créent et modifient en douceur le courant dans les bobines, et d'autre part par une brève insertion d'une résistance (bien sûr, des méga-résistances d'une puissance totale de 2,5 gigawatts (! ), c'est ITER) dans le circuit de la bobine pour en retirer une partie de l'énergie.


Un schéma légèrement plus détaillé de la connexion des aimants ITER aux sources d'alimentation

Les opérations d'insertion de résistance sont un moyen classique de démarrer des tokamaks. Dans ce cas, un changement brusque du champ dans les bobines poloïdales et le solénoïde central crée un champ électrique vortex qui pénètre dans le plasma et y induit un courant annulaire, qui fait partie du système de confinement du plasma.


Un module de montage de résistance ITER - acier refroidi par air, 2 mégawatts

Le héros actuel - SNU (Switching Network Unit), qui a été testé au NIIEFA en mars 2017 (enfin, et qui se soucie davantage du système d'alimentation magnétique ITER ) est responsable de l'introduction de résistances dans les circuits des bobines. Au total, 8 SNU seront installés dans ITER (sur CS et sur les bobines PF1 et PF6).

La principale difficulté de création de SNU est les courants jusqu'à 60 kiloampères et la grande inductance des bobines commutées, ce qui conduit à l'apparition d'une tension de 8,5 kilovolts au moment de la coupure du contact. Compte tenu de la résistance extrêmement faible des circuits, le disjoncteur produit un arc allumé avec un courant de 60 kA, ce qui le rend instantanément inutilisable. Et nous avons besoin d'une ressource de commutation de 30 000 arrêts.

Une impasse? Non, nous pouvons rendre les choses beaucoup plus compliquées!



Il s'agit du schéma SNU. Malheureusement, nous devons comprendre de nombreuses abréviations, mais essayons: Donc, les SNR sont les mêmes résistances qui sont insérées dans le circuit de bobine, au début, elles sont parallèles au circuit à travers lequel le courant circule du redresseur à la bobine formée par les sectionneurs FOS et FDS. En bas se trouve le module de contre-impulsion thyristor TCB, composé de deux circuits identiques TH1, TH2, et en parallèle avec FOS et FDS - contacteurs FMS et interrupteur-sectionneur d'urgence EPMS.


Les SNU en réalité - les cylindres rouges et bleus - sont FOS et FDS, et les boîtiers TH1, TH2 et l'automatisation pneumatique sont visibles d'en bas.

Uff. Ce sera probablement plus clair si vous expliquez comment cela fonctionne:

Ainsi, au départ, le courant passe par des FOS et FDS fermés.

1. Tout d'abord, le RMS se ferme, connectant la résistance SNR en parallèle - cependant, puisque la résistance du circuit de courant principal est beaucoup moins, rien ne se passe.
2. De plus, la pneumatique ouvre le FOS pendant moins de 5 ms, et pour la première fois le courant est transféré de 0,25 ms aux thyristors T qui l'entourent (cela est nécessaire pour éviter l'arc).
3. En même temps, l'interrupteur à thyristors TH1 est déclenché, déchargeant le condensateur C1 par le point de connexion L1 et FDS, et conduisant à la mise à zéro du courant à travers les thyristors T et FDS.
4. Tout le courant traversant l'appareil est transféré au groupe de thyristors TH1, ce qui vous permet d'ouvrir le FDS, qui est nécessaire pour isoler les thyristors FOS d'une tension de 8,5 kV, qui apparaîtra au moment où le courant est transféré à la résistance d'extraction d'énergie SNR.
5. Après avoir déchargé C1 et ouvert FDS, vous devez fermer TH1 - pour ce faire, utilisez la deuxième chaîne C2 - TH2 (et la diode D1 est nécessaire, respectivement, pour court-circuiter C1).
6. Après cela, le courant de la bobine traversera la résistance SNR, créant la surtension souhaitée.

J'espère que cela était clair :) L'une des principales caractéristiques de ce commutateur est les disjoncteurs et contacteurs pneumatiques ultra-rapides (FOS, FDS, FMS) - fonctionnant environ 10 fois plus rapidement que les disjoncteurs conventionnels.



FOS, FMS et FDS dans les modèles et en direct. Satisfait les performances de haute qualité de ces appareils.

Avec le prototype du SNU série, son système de contrôle a été testé (un article sur l'organisation du système de contrôle de l'équipement ITER dans son ensemble), comme vous pouvez le voir, il y a deux boutons ou un interrupteur à bascule (ITER), et le circuit de contrôle se compose de 2 automates modulaires et plusieurs interrupteurs.



C'est drôle qu'il y a quelques années, un appareil similaire ait été développé par ABB à des fins complètement différentes - pour couper les branches des lignes électriques à courant continu à haute tension. Bien que le problème du commutateur hybride d'ABB soit quelque peu différent (très haute tension à courant modéré), son développement a été présenté comme une révolution dans le domaine des solutions de transfert d'énergie utilisant des lignes électriques à courant continu .