ITER: peralatan switching

Seperti yang dikatakan oleh seseorang, “Dalam proyek ITER, jika ada bangku di aula, maka neneknya harus terbuat dari hafnium dengan saluran pendingin internal, dan kakinya terbuat dari paduan tantalum, satu dibawa dari Jepang dan tiga lainnya dari Amerika Serikat.” Proyek ini tampaknya telah dibuat sehingga peralatan apa pun memecahkan rekor dan luar biasa.


Kabel listrik dari sistem catu daya magnet ITER, termasuk peralatan switching.

Hari ini adalah cerita pendek tentang sistem yang akan dengan cepat menghubungkan dan memutuskan kumparan superkonduktor ITER dan kompleksitas teknik berikutnya, terutama sejak Maret mereka lulus uji kualifikasi perangkat yang melakukan tugas ini.

Sebagai permulaan, sedikit tentang listrik dari sistem magnetik ITER. Tokamak internasional akan memiliki 48 magnet superkonduktor, yaitu:

• 18 kumparan toroidal (TF), terhubung secara seri secara elektrik, tetapi memiliki satu perangkat pelepas energi cepat (FDU) untuk setiap pasangan kumparan
• 6 modul solenoid sentral (CS) terhubung secara independen
• 6 koil poloidal (PF) terhubung secara independen
• 9 pasang gulungan koreksi (CC), terhubung secara independen

Diagram Sistem Magnetik ITER

Seperti yang Anda tebak, koneksi independen diperlukan untuk membuat arus yang berbeda (= kekuatan medan magnet) dalam gulungan yang berbeda untuk mengontrol plasma (posisi, bentuk, arus, dll.). Arus dikontrol dalam dua cara: pertama, dengan seperangkat penyearah yang kuat (puluhan megawatt, dalam jumlah sekitar 250), yang dengan lancar membuat dan mengubah arus dalam gulungan, dan kedua dengan menyisipkan resistor pendek (tentu saja, mega-resistor dengan kekuatan total 2,5 gigawatt (! ), ini ITER) di sirkuit kumparan untuk menghilangkan sebagian energi dari itu.


Diagram yang sedikit lebih rinci tentang koneksi magnet ITER ke sumber daya

Operasi penyisipan resistor adalah cara klasik untuk memulai tokamaks. Dalam hal ini, perubahan tajam di bidang dalam gulungan poloidal dan solenoid sentral menciptakan medan listrik pusaran yang menerobos plasma dan menginduksi arus cincin di dalamnya, yang merupakan bagian dari sistem kurungan plasma.


Satu modul perakitan resistor ITER - baja berpendingin udara, 2 megawatt

Pahlawan saat ini - SNU (Switching Network Unit), yang telah diuji di NIIEFA pada Maret 2017 (well, dan siapa yang peduli, lebih lanjut tentang sistem pasokan daya magnet ITER ) bertanggung jawab untuk memperkenalkan resistor ke dalam rangkaian kumparan. Sebanyak 8 SNU akan dipasang di ITER (di CS dan koil PF1 dan PF6).

Kesulitan utama dalam membuat SNU adalah arus hingga 60 kiloampere dan induktansi besar dari kumparan yang diaktifkan, yang mengarah pada penampilan tegangan 8,5 kilovolt pada saat putus kontak. Mengingat resistansi yang sangat rendah dari rangkaian, pemutus sirkuit menghasilkan busur dinyalakan dengan arus 60 kA, yang langsung membuatnya tidak dapat digunakan. Dan kita membutuhkan sumber daya saklar 30 ribu shutdown.

Jalan buntu? Tidak, kita bisa membuat segalanya menjadi lebih rumit!



Ini adalah skema SNU. Sayangnya, kita harus memahami banyak singkatan, tetapi mari kita coba: Jadi, SNR adalah resistor yang sama yang dimasukkan ke dalam rangkaian kumparan, pada awalnya mereka sejajar dengan sirkuit di mana arus mengalir dari penyearah ke kumparan yang dibentuk oleh pemisah FOS dan FDS. Di bagian bawah adalah modul kontra-pulsa thyristor TCB, terbuat dari dua sirkuit yang identik TH1, TH2, dan secara paralel dengan FOS dan FDS - kontaktor FMS dan pemisah sakelar darurat EPMS.


SNU pada kenyataannya - silinder merah dan biru - adalah FOS dan FDS, dan kotak TH1, TH2 dan otomatisasi pneumatik dapat dilihat dari bawah.

Uff. Mungkin akan lebih jelas jika Anda menjelaskan cara kerjanya:

Jadi, awalnya arus mengalir melalui FOS dan FDS tertutup.

1. Pertama, RMS ditutup, menghubungkan resistor SNR secara paralel - namun, karena resistansi rangkaian arus utama jauh lebih sedikit, tidak ada yang terjadi.
2. Selanjutnya, pneumatik membuka FOS kurang dari 5 ms, dan untuk pertama kalinya arus ditransfer oleh 0,25 ms ke thyristor T yang mengelilinginya (ini diperlukan untuk mencegah lengkungan).
3. Pada saat yang sama, saklar thyristor TH1 dipicu, mengeluarkan kapasitor C1 melalui titik koneksi L1 dan FDS, dan mengarah ke penjajaran arus melalui thyristor T dan FDS.
4. Semua arus melalui perangkat ditransfer ke grup thyristor TH1, memungkinkan Anda untuk membuka FDS, yang diperlukan untuk mengisolasi thyristor FOS dari tegangan 8,5 kV, yang muncul ketika arus dipindahkan ke resistor pengekstraksi energi SNR.
5. Setelah mengeluarkan C1 dan membuka FDS, Anda harus menutup TH1 - untuk melakukan ini, gunakan rantai kedua C2 - TH2 (dan masing-masing dioda D1 diperlukan, untuk hubungan pendek C1).
6. Setelah itu, arus koil akan mengalir melalui resistor SNR, menciptakan lonjakan tegangan yang diinginkan.

Saya harap ini jelas :) Salah satu fitur utama dari saklar ini adalah pemutus dan kontaktor pneumatik ultra-cepat (FOS, FDS, FMS) - beroperasi sekitar 10 kali lebih cepat daripada pemutus sirkuit konvensional.



FOS, FMS dan FDS dalam model dan live. Menyenangkan kinerja perangkat ini cukup berkualitas tinggi.

Bersama dengan prototipe SNU serial, sistem kontrolnya diuji (sebuah pos tentang organisasi sistem kontrol peralatan ITER secara keseluruhan), seperti yang Anda lihat, ada dua tombol atau toggle switch (ITER), dan sirkuit kontrol terdiri dari 2 PLC modular dan beberapa sakelar.



Sangat lucu bahwa beberapa tahun yang lalu perangkat serupa dikembangkan oleh ABB untuk tujuan yang sama sekali berbeda - untuk memotong cabang-cabang saluran listrik DC tegangan tinggi. Meskipun masalah dalam sakelar hibrida dari ABB agak berbeda (tegangan sangat tinggi pada arus sedang), pengembangannya disajikan sebagai revolusi di bidang solusi untuk transfer energi menggunakan saluran listrik arus searah .