ITER: equipamento de comutação

Como uma pessoa colocou apropriadamente: "No projeto ITER, se houver um banquinho no corredor, sua avó é necessariamente feita de háfnio com canais de refrigeração internos e suas pernas são feitas de liga de tântalo, uma sendo trazida do Japão e as outras três dos EUA". Este projeto parece ter sido criado para que qualquer equipamento seja incrível e recorde.


Fiação elétrica do sistema de alimentação de ímãs ITER, incluindo equipamentos de comutação.

Hoje é uma história curta sobre sistemas que conectam e desconectam rapidamente bobinas supercondutoras do ITER e outra complexidade de engenharia, especialmente desde março que passaram os testes de qualificação dos dispositivos que executam essa tarefa.

Para iniciantes, um pouco sobre a parte elétrica do sistema magnético ITER. O tokamak internacional terá 48 ímãs supercondutores, a saber:

• 18 bobinas toroidais (TF), conectadas eletricamente em série, mas com um dispositivo de liberação rápida de energia (FDU) para cada par de bobinas
• 6 módulos de solenóide central (CS) conectados independentemente
• 6 bobinas poloidais (PF) conectadas independentemente
• 9 pares de bobinas de correção (CC), conectadas independentemente

Diagrama do sistema magnético ITER

Como você pode imaginar, é necessária uma conexão independente para criar correntes diferentes (= forças do campo magnético) em bobinas diferentes para controlar o plasma (sua posição, forma, corrente, etc.). A corrente é controlada de duas maneiras: primeiro, por um conjunto de retificadores poderosos (dezenas de megawatts, na soma de cerca de 250), que criam e alteram suavemente a corrente nas bobinas e, segundo, por uma breve inserção de um resistor (é claro, mega-resistores com potência total de 2,5 gigawatts (! ), é o ITER) no circuito da bobina para remover parte da energia dele.


Um diagrama um pouco mais detalhado da conexão dos ímãs ITER às fontes de energia

As operações de inserção de resistores são uma maneira clássica de iniciar tokamaks. Nesse caso, uma mudança acentuada no campo nas bobinas poloidais e no solenóide central cria um campo elétrico de vórtice que rompe o plasma e induz uma corrente de anel nele, que faz parte do sistema de confinamento do plasma.


Um módulo de montagem de resistor ITER - aço resfriado a ar, 2 megawatts

O herói atual - SNU (Switching Network Unit), testado na NIIEFA em março de 2017 (bem, e quem se importa, mais sobre o sistema de fonte de alimentação do ímã ITER ) é responsável pela introdução de resistores nos circuitos da bobina. Um total de 8 SNUs serão instalados no ITER (no CS e nas bobinas PF1 e PF6).

A principal dificuldade na criação de SNUs são correntes de até 60 kiloamperes e a grande indutância de bobinas comutadas, o que leva ao aparecimento de uma tensão de 8,5 quilovolts no momento da quebra de contato. Considerando a resistência extremamente baixa dos circuitos, o disjuntor produz um arco inflamado com uma corrente de 60 kA, que instantaneamente o torna inutilizável. E precisamos de um recurso de switch de 30 mil desligamentos.

Beco sem saída? Não, podemos tornar as coisas muito mais complicadas!



Este é o esquema SNU. Infelizmente, temos que entender muitas abreviações, mas vamos tentar: Então, os SNRs são os mesmos resistores que são inseridos no circuito da bobina; no início, são paralelos ao circuito pelo qual a corrente flui do retificador para a bobina formada pelos seccionadores FOS e FDS. Na parte inferior, encontra-se o módulo de contra-pulso do tiristor TCB, composto de dois circuitos idênticos TH1, TH2 e em paralelo com os contatores FOS e FDS-FMS e o interruptor seccionador de emergência EPMS.


Na realidade, os SNU - os cilindros vermelho e azul - são FOS e FDS, e as caixas TH1, TH2 e automação pneumática podem ser vistas de baixo.

Uff. Provavelmente será mais claro se você explicar como funciona:

Assim, inicialmente a corrente flui através do FOS e FDS fechados.

1. Primeiro, o RMS fecha, conectando o resistor SNR em paralelo - no entanto, como a resistência do circuito principal de corrente é muito menor, nada acontece.
2. Além disso, a pneumática abre o FOS por menos de 5 ms e, pela primeira vez, a corrente é transferida em 0,25 ms para os tiristores T ao seu redor (isso é necessário para evitar o arco).
3. Ao mesmo tempo, a chave TH1 do tiristor é acionada, descarregando o capacitor C1 através do ponto de conexão L1 e FDS e levando a zerar a corrente através dos tiristores T e FDS.
4. Toda a corrente através do dispositivo é transferida para o grupo de tiristores TH1, permitindo abrir o FDS, necessário para isolar os tiristores FOS de uma tensão de 8,5 kV, que aparece quando a corrente é transferida para o resistor de extração de energia SNR.
5. Após descarregar C1 e abrir o FDS, é necessário fechar o TH1 - para isso, use a segunda cadeia C2 - TH2 (e o diodo D1 é necessário, respectivamente, para causar um curto-circuito no C1).
6. Depois disso, a corrente da bobina fluirá através do resistor SNR, criando o aumento de tensão desejado.

Espero que isso esteja claro :) Um dos principais recursos desse switch são os disjuntores e contatores pneumáticos ultrarrápidos (FOS, FDS, FMS) - operando 10 vezes mais rápido que os disjuntores convencionais.



FOS, FMS e FDS em modelos e ao vivo. Agradável desempenho de alta qualidade desses dispositivos.

Juntamente com o protótipo do SNU serial, seu sistema de controle foi testado (um post sobre a organização do sistema de controle de equipamentos ITER como um todo), como você pode ver, existem dois botões ou uma chave seletora (ITER), e o circuito de controle consiste em 2 PLCs modulares e vários interruptores.



É engraçado que, alguns anos atrás, um dispositivo semelhante tenha sido desenvolvido pela ABB para finalidades completamente diferentes - para cortar os galhos das linhas de energia CC de alta tensão. Embora o problema no comutador híbrido da ABB seja um pouco diferente (tensão muito alta a corrente moderada), seu desenvolvimento foi apresentado como uma revolução no campo de soluções para transferência de energia usando linhas de energia de corrente contínua .