Systemy ekstrakcji energii magnetycznej z nadprzewodzących obwodów LHC

Transkrypt

1 Stosowane metody ochrony przed skutkami utraty nadprzewodnictwa (Quench Protection System): 1. Diody półprzedownikowe bocznikujące główne magnesy LHC 2. Grzejniki propagujące quench na całą cewkę elektromagnesów (Heatery) 3. System ekstrakcji energii (Energy Extration System)

2 SYSTEM EKSTRAKCJI ENERGII: 1. Elektroniczne wykrycie quenchu 2. Otwarcie stycznika S 3. Zanik prądu ze stałą czasową w skutek rozproszenia energii na Dump Resistorze Rp Uwagi: I = τ = I o e L R p Stycznik jest rozwierany przy pełnym prądzie co powoduje powstanie łuku elektrycznego t τ

3 HEATER FIRING SYSTEM: 1. Elektroniczne wykrycie quenchu 2. 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

4 POWER CONWERTER DIPOLE DIPOLE DIPOLE DIPOLE DIPOLE 37,5 mohm 37,5 mohm 37,5 mohm 37,5 mohm DIPOLE DIPOLE DIPOLE DIPOLE Schemat elektryczny zasilania i Quench Protection System magnesów (154 sztuki) w jednym sektorze LHC

5 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.

6 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.

7 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: 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

8 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

9 Układ styczników 13 ka (czas żywotności cykli) Breaker A Breaker B Breaker Z Układ styczników 600 A

10 Rezystory ekstrakcyjne dla obwodów 13 ka

11 Układ styczników dla obwodu 13 ka

12 Układ styczników dla obwodów 600A

13 Pętla prądowa blokady sprzętowej (Interlock loop)