Вывод и рекуперация энергии в индуктивных и емкостных накопителях

• Автор: Ерохин, Александр Иванович
• Шифр специальности: 01.04.20
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 144 с. : ил.

Содержание
Введение
Глава 1. Сверхпроводящие магниты и срыв сверхпроводимости. Обзор существующих систем защиты
Глава 2. Постановка задачи
2.1. Общий вид магнитной системы Большого Адронного Коллайдера
2.2. Основные принципы защиты магнитов БАК при срыве сверхпроводимости
2.3. Особенности регистрации срыва сверхпроводимости для магнитов БАК.
2.4. Системы вывода энергии из 13кА дипольных и квадрупольных магнитов.
2.5. Надежность систем вывода энергии
2.6. Постановка задачи для автора
Глава 3. Размыкатель тока для системы вывода энергии из основных магнитов.

3.1. Общее описание и устройство размыкателя
3.2. Принцип работы размыкателя
3.3. Эквивалентная схема магнитной цепи электромагнитного привода.
3.4. Результаты моделирования
3.5. Оптимизация быстродействия размыкания импульсной катушкой
3.6. Выводы
Глава 4. Система вывода энергии из корректирующих магнитов
4.1. Параметры цепей корректирующих магнитов, требования к системам вывода энергии
4.2. Элементы системы вывода энергии
4.3. Выводы
Глава 5. Испытания систем вывода энергии из корректирующих магнитов.
5.1. Экспериментальная отработка основных решений, испытания на соответствие требованиям и на долговременную надежность
5.2. Производственные испытания, монтажные испытания
5.3. Испытания в режиме короткого замыкания. Тепловой прогон
5.4. Испытания систем вывода энергии из корректирующих магнитов на этапе запуска БАК
5.5. Результаты испытаний
Глава 6. Система четырехквадрантных преобразователей напряжения, 600В, 500А с рекуперацией энергии
6.1. Описание установки
6.2. Обоснование требований и выбор схемы системы питания электродов. -1!
6.3. Преобразователь (схемные решения)
6.4. Рекуператор (схемные решения)
6.5. Применение снабберов для подавления коммутационных перенапряжений. Тепловые потери
6.6. Контроллер, система защиты, измерения и обратная связь
6.7. Результаты испытаний па испытательном стенде в ИЯФ
6.8. Результаты испытаний на испытательном стенде Archimedes
6.9. Выводы
Заключение
Литература

Введение
В электрофизических установках, содержащих индуктивные или емкостные накопители энергии, является актуальной проблема безопасного вывода запасенной энергии. В сверхпроводящих магнитах запасенная энергия потенциально может вызвать серьезные повреждения при срыве сверхпроводимости в случае, если дополнительные меры предосторожности не будут приняты.
Институт ядерной физики СО РАН принимал активное участие в строительстве Большого адронного коллайдера (БАК) (ЦЕРН, Швейцария), являющегося на сегодняшний день самым большим коллайдером в мире. Автор диссертации принимал непосредственное участие в контрактной деятельности ИЯФ с ЦЕРН с 1997 года. Магнитная система коллайдера, периметром около 27км, состоит преимущественно из сверхпроводящих магнитов с рабочей температурой 1.9К. Энергия, запасенная во всей магнитной системе, составляет порядка ЮГДж, а максимальный ток варьируется от сотен ампер в цепи корректирующих магнитов до 1 ЗкА в цепи основных магнитов. Большинство сверхпроводящих магнитов коллайдера требуют защиты в случае перехода проводника в резистивное состояние. Это обусловлено тем, что скорость распространения срыва сверхпроводимости не достаточно высока, чтобы избежать локального перегрева и дальнейшего разрушения того участка обмотки, где произошел срыв. При этом основным элементом защиты является система вывода энергии из сверхпроводящих

потенциального сбоя системы вывода энергии, а также при номинальном срабатывании. При этом сопротивление всей цепи приведено как Я_Ша1.
_________________________________________Таблица 5.
7? Ша1 т, с. ЕЪЬ
без сбоев 150мОм 109 305кДж
сбой одной половины системы 75мОм 219 609кДж
сбой обеих половин системы 140мкОм 10* О.ЗЗГДж
Поскольку энергии порядка бООкДж достаточно для повреждения сверхпроводящего шинопровода, то сбой всего одной из половин систем вывода энергии уже приводит к аварийной ситуации.
Для предотвращения подобных ситуаций, как описывалось выше, в каждой системе вывода энергии количество размыкателей тока продублировано, т.е. используется схема двух последовательно включенных размыкателей (раздел 2.3-2.). В случае же сбоя при размыкании даже такой системы предусмотрена активация нагревателей магнитов. При этом сценарии количество энергии, переданной гелию, велико, что приводит к выходу всей цепи из рабочего состояния и повышению температуры криогенной системы всего сектора, а следовательно к большим затратам времени и гелия. Однако при этом не происходит повреждения какого-либо оборудования. Вероятность X такого события была рассчитана в ЦЕРН и приводится в Таблице 6. При этом под вероятностью X подразумевается вероятность такого события, при котором хотя бы в одной из 16 систем вывода энергии из дипольных магнитов в течение 30 лет эксплуатации БАК произойдет хотя бы один сбой размыкания