Systemy ekstrakcji energii magnetycznej z

Systemy ekstrakcji energii magnetycznej
z nadprzewodzących obwodów LHC
► Stosowane metody ochrony przed skutkami
utraty nadprzewodnictwa
(Quench Protection System):
Aleksander SKALA
1. Diody półprzedownikowe bocznikujące główne
magnesy LHC
2. Grzejniki propagujące quench na całą cewkę
elektromagnesów (Heatery)
3. System ekstrakcji energii (Energy Extration System)
CERN AT-MEL-PM
Systemy ekstrakcji energii magnetycznej
z nadprzewodzących obwodów LHC
SYSTEM EKSTRAKCJI
ENERGII:
1.
2.
3.
Elektroniczne wykrycie quenchu
Otwarcie stycznika S
Zanik prądu
I = Ioe
−
t
τ
ze stałą czasową
Aleksander SKALA
τ =
L
Rp
CERN AT-MEL-PM
w skutek rozproszenia energii na Dump
Resistorze Rp
Uwagi:
Stycznik jest rozwierany przy pełnym
prądzie co powoduje powstanie łuku
elektrycznego
Systemy ekstrakcji energii magnetycznej
z nadprzewodzących obwodów LHC
HEATER FIRING SYSTEM:
1.
2.
3.
Aleksander SKALA
Elektroniczne wykrycie quenchu
Zasilenie z baterii kondensatorów
grzałek (heaterów) wykonanych w
postaci taśm oporowych
przylegających do cewek
elektromagnesów
Podgrzanie cewek
nadprzewodzących spowoduje
wzrost ich rezystancji i rozproszenie
energii w większej objętości
CERN AT-MEL-PM
Uwagi:
Do zasilenia heaterów użyto baterii
kondensatorów, co powoduje
konflikt: dobry kontakt termiczny
kontra dobra izolacja
Systemy ekstrakcji energii magnetycznej
z nadprzewodzących obwodów LHC
POWER
CONWERTER
37,5 mOhm
DIPOLE
Aleksander SKALA
37,5 mOhm
DIPOLE
DIPOLE
DIPOLE
DIPOLE
DIPOLE
DIPOLE
DIPOLE
DIPOLE
37,5 mOhm
37,5 mOhm
CERN AT-MEL-PM
► Schemat elektryczny zasilania i Quench Protection System magnesów (154 sztuki) w
jednym sektorze LHC
Systemy ekstrakcji energii magnetycznej
z nadprzewodzących obwodów LHC
►Trochę danych:
► Magnesy nadprzewodzące w LHC będą zasilane w około 1700 obwodach
elektrycznych.
► Prąd zasilania elektromagnesów dipolowych i kwadrupolowych będzie
wynosił 13 kA.
Aleksander SKALA
► Energia zgromadzona w magnesach może dochodzić do 1,3 GJ na obwód
(np. w jednym sektorze magnesów dipolowych).
► W każdym sektorze znajdują się trzy obwody o prądzie maksymalnym 13
kA:
► Obwód z magnesami dipolowymi MB
► Obwód z magnesami kwadrupolowymi ogniskującymi wiązkę MQF
► Obwód z magnesami kwadrupolowymi rozpraszającymi wiązkę MDF
CERN AT-MEL-PM
► LHC wymaga 32 systemów ekstrakcji dla jego 24 obwodów 13 kA.
Systemy ekstrakcji energii magnetycznej
z nadprzewodzących obwodów LHC
► Główne parametry dla obwodów z magnesami dipolowymi
MB:
Aleksander SKALA
CERN AT-MEL-PM
• Ilość magnesów: 154 sztuki
• Indukcyjność: 15.7 H
• Gromadzona energia przy prądzie 13 kA: 1327 MJ
• Rezystancja ekstrakcyjna: 2 x 75 mOhm
• Stała czasowa:105 s
• Totalny czas zaniku prądu: 780 s
• Maksymalna pochodna prądu podczas ekstrakcji: 124 A/s
• Maksymalne napięcie względem ziemi podczas ekstrakcji:
488 V
• Czas chłodzenia po ekstrakcji przy maksymalnym prądzie:
2 godziny.
Systemy ekstrakcji energii magnetycznej
z nadprzewodzących obwodów LHC
► Główne parametry dla obwodów z magnesami dipolowymi MQ:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Ilość magnesów: 47 lub 51 (zależnie od sektora) sztuk
Indukcyjność: 263mH / 286 mH
Gromadzona energia przy prądzie 13 kA: 22 MJ / 24 MJ
Rezystancja ekstrakcyjna: 6,6 mOhm / 7,7 mOhm
Stała czasowa: 40 s / 37 s
Totalny czas zaniku prądu: 300 s
Maksymalna pochodna prądu podczas ekstrakcji: 351 A/s
Maksymalne napięcie względem ziemi podczas ekstrakcji: 100 V
Czas chłodzenia po ekstrakcji przy maksymalnym prądzie: 2 godziny.
Aleksander SKALA
► Główne parametry dla obwodów z magnesami zasilanych 600A:
CERN AT-MEL-PM
•
•
•
•
•
•
Ilość systemów ekstrakcji: 366
Indukcyjność: 12 - 720 mH
Gromadzona energia przy prądzie 13 kA: 22 MJ / 24 MJ
Rezystancja ekstrakcyjna: 0,7 Ohm
Stała czasowa: 20 ms
Totalny czas zaniku prądu: 1300 ms
Systemy ekstrakcji energii magnetycznej
z nadprzewodzących obwodów LHC
► Dlaczego styczniki elektromagnetyczne?
► Łączniki półprzewodnikowe:
•
•
•
ograniczona odporność radiacyjna
wysokie straty (rezystancja) w stanie przewodzenia
otwarcie za pomocą pojedynczego aktywnego impulsu
Aleksander SKALA
► Styczniki elektromagnetyczne:
•
•
10 razy mniejsze straty elektryczne
możliwa instalacja w tunelu w „radiation field”
CERN AT-MEL-PM
Systemy ekstrakcji energii magnetycznej
z nadprzewodzących obwodów LHC
► Układ styczników 13 kA
(czas żywotności 1000-4000 cykli)
Aleksander SKALA
Breaker A
Breaker B
CERN AT-MEL-PM
Breaker Z
► Układ styczników 600 A
Systemy ekstrakcji energii magnetycznej
z nadprzewodzących obwodów LHC
Aleksander SKALA
CERN AT-MEL-PM
Rezystory ekstrakcyjne dla obwodów 13 kA
Systemy ekstrakcji energii magnetycznej
z nadprzewodzących obwodów LHC
Aleksander SKALA
CERN AT-MEL-PM
► Układ styczników dla obwodu 13 kA
Systemy ekstrakcji energii magnetycznej
z nadprzewodzących obwodów LHC
Aleksander SKALA
CERN AT-MEL-PM
► Układ styczników dla
obwodów 600A
Systemy ekstrakcji energii magnetycznej
z nadprzewodzących obwodów LHC
Aleksander SKALA
CERN AT-MEL-PM
► Pętla prądowa blokady sprzętowej (Interlock loop)