Устройство для эвакуации энергии из магнитной системы

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДВТИЛЬСТВУ (i690583

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) ДОполннтельное к авт свид-ву У 523477 (22) ЗаЯвлено 07.07.76 (21) 2383458/24-07 (51) М. Кл г

Н 02 Н 3/02 с присоединением заявки №

Гооударотвеииый комитет

СССР оо делам изобретений и открытий (23) Приоритет—

Опубликовано 05.10.79, Бюллетень № 37 (53) УДК

621.316.6 (088.8) Дата опубликования описания 05.10.79 (72) Авторы изобретения

Н, Г. Анищенко, В. A. Образцов, И. А. Хорев и 10. А. Шишов (73) Заявитель

Объединенный институт ядерных исследовании (54) YCTPOACTBO ДЛЯ ЭВАКУАПИИ ЭНЕРГИИ ИЗ МАГНИТНОЙ

1 СИСТЕМЫ

Изобретение относится к электротехнике и касается устройств эвакуации энергии, запасенной в обмотках крупных сверхпроводящих магнитов, индуктивных накопителей, электрических машин и других устройств в случае внезапного перехода их обмоток из сверхпроводящего в нормальное состояние.

Оно может быть также использовано в схемах гашения магнитного поля крупных синхронных электрических машин обычного исполнения с тиристорными преобразователями.

По основному авторскому свидетельству

1Е 523477 известно устройство, состоящее из подсоединенйого последовательно к магниту быстродействующего выключателя, например, тиристорного, и подсоединенной к выводам выключателя дугогасительной решетки, шунтированной проходящей сквозь диски решетки плавкой проволокой. Причем в схемах с тиристорным выключателем с конденсаторным перехватом, с целью предотвращения преждевременного перегорания проволоки,,последовательно с решеткой подсоединен диод (диоды) .

Устройство эвакуации с использованием тиристорного выключателя имеет следующие недостатки. При нормальной работе устройства плавкая проволока длительно обтекается частью тока от источника питания, ве5 личина которого ограничивается омическим сопротивлением диода (диодов) в прямом направлении и сопротивлением проволоки.

Повреждение диода (или части диодов) в этой последовательной цепочке может привес10 ти либо к недопустимому нагреву проволоки, либо к увеличению тока через нее до такой величины, при которой проволока перегорит, т.е. выйдет из строя все устройство эвакуации энергии. Режим длительного проте15, кения тока через плавкую проволоку приводит к необходимости увеличения сечения последней по сравнению с тем, которое требуется только для инициирования электрической дуги одновременно во всех промежутках дугогасительной решетки. Кроме этого, время плавления проволоки (соответственно, ее сечение) в схеме прототипа выбирается, например, в соответствии с практическим то690583 ком сверхпроводящего магнита и должно быть больше времени отключения тиристорного выключателя, что необходимо для полного окончания процесса рекомбинации носителей зарядов в тиристорах после нх закрытия, При этом моментом отключения считается момент полного перехвата тока из тиристоров цейью с конденсаторами, Не всегда заранее с достаточно высокой степенью точности известно, прн каком токе может случиться пе- 10 реход сверхпроводящего магнита s нормальное состояние. Более того, переход может произойти и по причинам, не связанным с превышением критических параметров (потеря вакуума в криостате и резкое снижение

"уровня жидкого гелия, повреждение или по ломка сверхпроводника под действием йондеромоторных усилий и т.п.). В этих слу-. чаях" проволока, шунтирующая диски дугогаснтельной решетки, рассчитанная по величине ro критического тока, будет сгорать медленнее (при токах, меньших расчетных), т.е. снижа;ется быстродействие устройства в целом. Увеличение сечении плавкой проволоки нежелательно еще и потому, что при ее сгорании 25 внутри решетки будет оставаться больше брызг" металла, в большей степени будут метал лизироваться торцы изоляционных прокладок решетки, что повышает опасность эакорачивания отдельных промежутков и снижает эф- ЗО фективность работы устройства в целом. Та- . ким образом, наличие в устройстве (в варианте с тиристорным выключателем) группы последовательно-параллельно включаемых диодов и плавкой ировалоки увеличенного 35 (по сравнению с необходимым; только для инициирования электрической дуги непосред ственно в решетке) сечения, длительно обтекаемой током, снижает надежность работы устройства эвакуации и не обеспечивает ми- 4И нимальное время коммутации при всех режимах эвакуации энергии.

Целью изобретения является уменыпение времейй коммутации и повышение надежности работы устройства эвакуации с шунтнрованной плавкой проволокой дугогасительной решеткой в схемах, например, с тиристорным выключателем.

Для этого в устройстве для эвакуации энергии, содержащем быстродействующий вы- 10 ключатель (например, тиристорный) с подсоединенной параллельно ему шунтированной плавкой проволокой дугогасительной решеткой, "вместо диода последовательно с решеткой соединено включающее устройство, например, разрядный промежуток.

На чертеже изображена сверхпроводящая магнитная система с устройством однократной

4 эвакуации энергии с использованием в качестве быстродействующего — тирнсторног0 выключателя, а в качестве включающего устройства— разрядного промежутка.

Устройство содержит плавкую проволоку

1, подсоединенную к крайним дискам дугогасительной решетки 2 и изолированную QT всех других дисков. Последовательно с ре шеткой установлено включающее устройство

3, например, дуговой разрядник. Цепочка из последовательно соединенных элементов

2 и 3 подсоедннена к выводам быстродей- ствующего (тнристорного) выключателя 4 (обведен штриховой линией), через который один из выводов магнита 5 соединен с одним из полюсов источника 6 питания; другой вывод обмотки подсоединен непосредственно ко второму полюсу источника питания. В состав тиристорного выключателя входят ситовая тиристорная группа 7 (условно показана одним тиристором), управляющий тиристор 8, конденсаторная батарея 9 и зарядное устройство 10 с блоком управления тиристорами (на чертеже не показано) Устройство работает следующим образом.

По сигналу чувствительного датчика, фиксирующего переход обмотки магнита 5 в "нормальное" (иесверхироводящее) состояние, подается команда на блок управления тиристорами 7 и 8, которым снимает сигнал (при его наличии) с тиристора 7 и подает сигнал на открытие тиристора 8. Тиристор 8, открываясь, подает напряжение обратной полярности на тиристор 7 от предварительно заряженной от устройства 10 конденсаторнои батареи 9.

В результате ток от источника 6 питания к магниту 5, продолжая протекать через выключатель 4, полностью "перехватывается" иэ цеии с тиристорами 7 цепью с конденсаторами 9. Через иромежуток времени, необходимый для рекомбиыации носителей заряда в тиристорах 7 после момента ."перехвата" (100 мксек), жристоры 7 полностью закрываются, а. конденсаторы 9 йерезаряжаются до напряжения (с обратной, ио сравнению с первоначальной, полярностью), большего, чем первоначальное (до срабатывания устройства), и достаточного для срабатьйЖия разрядного промедутка 3.

При этом напряжение срабатывания промежутка 3 заранее выбирается большим, чем напряжение предварительного заряда конденсаторов

9, с той целью, чтобы исключить ложное срабатывание разрядного промежутка при открытии тиристоров 8. В момент пробоя разрядного промежутка 3 по плавкой проволоке 1 йачйнает протекать ток сверхпроводящего маг-.

-нита 5, проволока сгорает и инициирует электрическую дугу, одновременно во всех проме690583 устройство для эвакуации энергии иэ магнитной системы по авт. св, М 523477, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью уменьшения времени коммутации и повышения надежности работы, в устройство введен включающий элемент, предназначенный для срабатывания при повышении напряжения, например, разрядник, включенный последовательно с дугогасительной решеткой. жутках дугогаснтельной решетки 2. На решетке, а следовательно, и на концах магнита 5 сразу возникает номинальное напряжение, которое в течение всего процесса эвакуации остается неизменным. 5

В качестве разрядного промежутка может использоватъся, например, дуговой разрядник многократного действия типа PA — 21 — 2, применяемый для защити цепей возбуждения крупных синхронных мэшин от перенапряжений к И выпускаемый Ленинградским электротехническим объединением "Электросила". Разрядник . этот прост по конструкции и надежен в работе,: многократное его действие обеспечк+ вается за счет применения кольцевых электродов и магнктного дутья (от постоянных магнитов). Пробивное напряжение разрядника выбирается в широких пределах зэ счет изменения давления воздуха (или другого газа), заполняющего его внутреннюю полость, 20

Разрядник рассчитан ка длительное пропуска. ние больших сопровоздэющих токов — с амплитудой до 5 кА прк среднем значении тока до 1 кА в течение 1 сек.

Была опробована одноразовая эвакуация 25 энергии с использованием серийной дугогасктельной решетки, шунткрованной одной медной плавкой проволокой 0,35 мм, и дугово- го разрядника тяпа PA-21-2. Прн эвакуации запасенной энергии порядка 26 краж прк то- 3О ке 2 кА получено время от срабатывания разрядника до начала эвакуации энергии прк постоянном номинальном напряжении решетки, равном 1 кВ, около 2 мсек.

Эффективность устройства заключается в 55 следующем. В схеме с тирксторным выключателем введение последовательно с решеткой включающего устройства предотвращает протекание по плавкой проволоке тока в нормальном режиме работы, что позволяет прима-40

-нять для шунтирования дугогасктельной решетки плавкую проволоку минимального сечения (независимо от величины тока, при которой может произойти авария). Это ковышает быстродействие устройства в целом. Кро- 45 ме того, при плавлении такой проволоки выделяется меныпее количество паров к расплавь ленных брызг металла, т,е, повышается надежность работы дугогасительной решетки.

Экономический эффект от использования изобретения для защиты крупных сверхпроводящих систем, в частности, сверхпроводящего ускорителя. релятивистских ядер — "Нуклотрона", основан на достижении безопасности сверхпроводящих обмоток ускорителя даже в случае их аварийного перехода из сверхпроводящего в нормальное состояние. Необ,ходимыми условиями достижения такой без"опасности является, во-первых, четкая работа чувствительного датчика перехода, во-вторых,, достаточно высокая злектрическэя прочность электроизоляционной конструкции всей магнитной системы, что:позволит вести эвакуацию ц энергии при постоянном напряжении, величина которого определяется конструкцией сверхпроводника и обмотки магнитов, а также величиной запасенной энергии системы. Вопросы же коммутации тока и эвакуации энергии решаются с помощью предлагаемого устройства оптимальным образом. Трудно дать конкретное выражение величины экономического эффекта в денном случке, поскольку

Вопросы экономики в бурно развивающейся технической сверхпроводимости еще недо статочно разработаны. Однако следует ука. зать, что, с одной стороны, ориентировочная стоимость дипольного магнита "Нуклотро на" составляет пор щка 100 тыс. рублей, а с другой. стороны, нам неизвестны другие, эквивалектттьте до оптимальности пр ттесса, ю способы эвакуации энергии из подобных сверхпроводжцкх магнитных систем.

Формула изобретения

690583

Составитель Ю. Макарычев

Редактор Ю, Челюканов Техред,М.Петко ., Корректор Н. Зрдерновская

Заказ 5977/50 Тираж 857 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Фтшиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4