Embed Size (px)
Citation preview
AleksanderS
KA
LA C
ERN
AT-M
EL-PM
Systemy ekstrakcji energii magnetycznejz nadprzewodzących obwodów LHC
►Stosowane metody ochrony przed skutkami utraty nadprzewodnictwa
(Quench Protection System):
1. Diody półprzedownikowe bocznikujące główne magnesy LHC
2. Grzejniki propagujące quench na całą cewkęelektromagnesów (Heatery)
3. System ekstrakcji energii (Energy Extration System)
AleksanderS
KA
LA C
ERN
AT-M
EL-PM
Systemy ekstrakcji energii magnetycznejz nadprzewodzących obwodów LHC
SYSTEM EKSTRAKCJI ENERGII:
1. Elektroniczne wykrycie quenchu2. Otwarcie stycznika S3. Zanik prądu
ze stałą czasową
w skutek rozproszenia energii na Dump Resistorze Rp
Uwagi:Stycznik jest rozwierany przy pełnym
prądzie co powoduje powstanie łuku elektrycznego
τt
o eII−
=
pRL
=τ
AleksanderS
KA
LA C
ERN
AT-M
EL-PM
Systemy ekstrakcji energii magnetycznejz nadprzewodzących obwodów LHC
HEATER FIRING SYSTEM:
1. Elektroniczne wykrycie quenchu2. Zasilenie z baterii kondensatorów
grzałek (heaterów) wykonanych w postaci taśm oporowych przylegających do cewek elektromagnesów
3. Podgrzanie cewek nadprzewodzących spowoduje wzrost ich rezystancji i rozproszenie energii w większej objętości
Uwagi:Do zasilenia heaterów użyto baterii
kondensatorów, co powoduje konflikt: dobry kontakt termiczny kontra dobra izolacja
AleksanderS
KA
LA C
ERN
AT-M
EL-PM
Systemy ekstrakcji energii magnetycznejz nadprzewodzących obwodów LHC
► Schemat elektryczny zasilania i Quench Protection System magnesów (154 sztuki) w jednym sektorze LHC
DIPOLE DIPOLE DIPOLE DIPOLEDIPOLE
DIPOLE DIPOLE DIPOLE DIPOLE
37,5 mOhm 37,5 mOhm
37,5 mOhm 37,5 mOhmPOWERCONWERTER
AleksanderS
KA
LA C
ERN
AT-M
EL-PM
Systemy ekstrakcji energii magnetycznejz 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.
► 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
► LHC wymaga 32 systemów ekstrakcji dla jego 24 obwodów 13 kA.
AleksanderS
KA
LA C
ERN
AT-M
EL-PM
Systemy ekstrakcji energii magnetycznejz nadprzewodzących obwodów LHC
► Główne parametry dla obwodów z magnesami dipolowymi MB:
• 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.
AleksanderS
KA
LA C
ERN
AT-M
EL-PM
Systemy ekstrakcji energii magnetycznejz 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.
► Główne parametry dla obwodów z magnesami zasilanych 600A:• 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
AleksanderS
KA
LA C
ERN
AT-M
EL-PM
Systemy ekstrakcji energii magnetycznejz nadprzewodzących obwodów LHC
►Dlaczego styczniki elektromagnetyczne?
► Łączniki półprzewodnikowe:
• ograniczona odporność radiacyjna • wysokie straty (rezystancja) w stanie przewodzenia• otwarcie za pomocą pojedynczego aktywnego impulsu
► Styczniki elektromagnetyczne:
• 10 razy mniejsze straty elektryczne• możliwa instalacja w tunelu w „radiation field”
AleksanderS
KA
LA C
ERN
AT-M
EL-PM
Systemy ekstrakcji energii magnetycznejz nadprzewodzących obwodów LHC
► Układ styczników 13 kA(czas żywotności 1000-4000 cykli)
► Układ styczników 600 ABreaker A
Breaker B
Breaker Z
AleksanderS
KA
LA C
ERN
AT-M
EL-PM
Systemy ekstrakcji energii magnetycznejz nadprzewodzących obwodów LHC
Rezystory ekstrakcyjne dla obwodów 13 kA
AleksanderS
KA
LA C
ERN
AT-M
EL-PM
Systemy ekstrakcji energii magnetycznejz nadprzewodzących obwodów LHC
► Układ styczników dla obwodu 13 kA
AleksanderS
KA
LA C
ERN
AT-M
EL-PM
Systemy ekstrakcji energii magnetycznejz nadprzewodzących obwodów LHC
► Układ styczników dla obwodów 600A
AleksanderS
KA
LA C
ERN
AT-M
EL-PM
Systemy ekstrakcji energii magnetycznejz nadprzewodzących obwodów LHC
► Pętla prądowa blokady sprzętowej (Interlock loop)
