Устройство для эвакуации энергии из обмоток магнитных систем Советский патент 1982 года по МПК H02H7/00 H01F6/06 

1

Изобретение относится к области электротехники, в частности к устройствам для защиты обмоток крупных магнитных систем, в том числе сверхпроводящих, в которых накапливается значительная энергия.,J

По основному авт. св. № 526226 известно устройство для эвакуации энергии из обмоток магнитных систем, в том числе сверхпроводящих, содержащее быстродействующий выключатель с подсоедииенной параллельно ему дисковой дугогасительиой решеткой, шунтированной проходящим сквозь все диски решетки плавким элементом. Для повышения надежности и расширения функциональных возможностей устройства плавкий элемент выполнен в виде по крайней мере двух плавких проволок, каждая из которых соединена через коммутатор с крайними дисками и изолирована от остальных. Такое устройство позволяет производить многократную эвакуацию энергии на одну и ту же решетку без остановки для смены плавкой проволоки.

Однако все режимы эвакуации осуществляются при одном и том же напряжении, т. е. при одинаковой скорости снижения тока (и соответственно магнитного поля) в обмотке магнитной системы. Это связано с тем, что при каждом режиме эвакуации

электрическая дуга зажигается всегда во всех промежутках решетки, которые шунтированы плавкими проволоками одинаковой длины, проходящими сквозь все диски. В то же время аварийные ситуации в магнитных системах можно сгруппировать в несколько различных видов, для каждого из которых можно выбрать свою оптимальную скорость вывода энергии. Особенно это

относится к сверхпроводящим магнитным системам, оптимальная скорость вывода энергии из которых выбирается исходя из ряда противоречивых условий. Например, аварии, связанные с поломкой сверхпроводника и появлением электрической дуги в обмотке, требуют как большей скорости эвакуации энергии, т. е. ее требуется вести при максимально возможном напряжении эвакзации, ограниченном, например,

только электрической прочностью изоляции системы. В этих случаях в процессе поглощения энергии должны Зчаствовать все диски решетки. Другие виды аварийных ситуаций со сверхироводящими магнитными

системами (быстрая потеря вакуума в гелиевых криостатах, резкое снижение зфовня жидкого гелия и т. п.) допускают аварийную эвакуацию при меньших, чем в первом случае, скоростях, причем такой режим является более оптимальным, так как более

медленная эвакуация приводит к меньши1М тепловыделениям как в самой обмотке (потери на вихревые токи в нормальном металле комбинированного сверхпроводящего кабеля), так и в металлических элементах конструкции системы (обечайках криостата и т. п.), имеющих температуру 4,2К и индуктивно связанных с основной обмоткой. Указанное устройство с несколькими плавкими проволоками одинаковой длины, проходящими сквозь все диски решетки, не позволяет выбирать необходимый режим вывода энергии по величине напряжения эвакуации.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства.

Это достигается тем, что в предлагаемое устройство введены изолирующие втулки, часть плавких проволок выполнена меньшей длины, концы их подключены к коммутаторам за одним из средних дисков, который изолирован от остальных плавких проволок изолирующими втулками и электрически соединен с крайним диском, к которому непосредственно подключен коммутатор, а диски, соседние с указанным средним диском, электрически соединены друг с другом.

Диски, расположенные между концами коротких проволок, выполнены большей толщины, чем другие диски решетки.

Такое выполнение устройства позволяет при помощи управляемых включающих устройств (коммутаторов) поджигать любую, наперед выбранную плавкую проволоку, инициируя электрическую дугу соответственно в определенном, наперед заданном количестве промежутков решетки, т. е. вести эвакуацию при различном, заранее рассчитанном напряжении.

На чертеже показано предлагаемое устройство многократного действия.

Устройство состоит из быстродействующего выключателя 1 и подключенной параллельно ему кольцевой дугогасительной решетки 2, сквозь отверстия в дисках 3 которой проходят несколько длинных (сквозь все диски, кроме крайнего левого) плавких проволок 4 и несколько коротких (сквозь часть дисков плавких проволок 5. Все проволоки электрически соединены с крайними дисками решетки через включающие устройства (коммутаторы) 6, от остальных дисков проволоки изолированы (например, покрыты лаком). Один из средних дисков решетки, являющийся крайним правым для коротких проволок, тщательно изолирован от всех длинных проволок изолирующими втулками 7. Некоторые диски соединены между собой и с общей точкой коммутаторов перемычками 8-10 (соответственно а-а, б-б, в-б). Все устройство включено последовательно в цепь, состоящую из источника 11 питания и магнита 12.

Устройство в схеме, например, со сверхпроводящим магнитом работает следующим образом.

Один из датчиков (на чертеже не показаны) аварийных ситуаций, сгруппированных, например, в две группы, подает сигнал на отключение быстродействующего выключателя 1 и одновременно на включение одного из соответствующих включающих устройств 6 в зависимости от требуемой скорости эвакуации. После отключения выключателя 1 рабочий ток от источника И питания к сверхпроводящему магниту 12 начинает протекать по соответствующей плавкой проволоке 4 (или 5) и сжигает ее, что инициирует электрические дуги во всех (или части) промежутках дугогасительной решетки. Начинается процесс

вывода энергии из магнита 12 при автоматически выбранном напряжении эвакуации. Непосредственно после зажигания дуги соответствующее включающее устройство оказывается сразу же шунтированным благодаря перемычкам 9 или 10 (соответственно б-б или б-в). Ток через данное включающее устройство 6 больше не протекает. Таким образом, включающие устройства могут выбираться со значительно сниженными номинальными током и рассеиваемой мощностью, поскольку они работают только кратковременно (в течение времени сгорания плавкой проволоки и зажигания дуги во всех промежутках решетки).

В качестве включающих устройств могут применяться, например, управляемые разрядники, тиристоры или другие быстродействующие коммутаторы.

Нри сгорании длинных проволок диск б является неработающим, т. е. электрическая дуга между ним и соседними дисками (а и а ) не загорается. Для этого применяются изолирующие втулки 7 и установлена

перемычка 8 (а-а). Такое выполнение дугогасительной решетки обеспечивает работу и коротких проволок 5, при сгорании которых электрическая дуга горит во всех промежутках между крайним левым диском

и диском б. Чтобы в режимах эвакуации, начинающихся со сгорания коротких проволок, не было значительного снижения энергоемкости решетки (пропорционального обычно числу работающих медных дисков, между которыми горит дуга), диски, сквозь которые проходят короткие проволоки 5, имеют большую толщину, чем остальные.

Эффективность предлагаемого устройства заключается в том, что оно заменяет две (или несколько при наборе проволок разной длины) дугогасительные решетки, имеющие разное число промежутков и соответствующие напряжения эвакуации.

Формула изобретения

1. Устройство для эвакуации энергии из обмоток магнитных систем ио авт. св. № 526226, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него введены изолирующие втулки, часть плавких проволок выполнена укороченной но сравнению с другими плавкими проволоками, концы укороченных плавких проволок подключены к коммутаторам за одним из средних дисков, который

изолирован от других плавких проволок изолирующими втулками и электрически соединен с крайним диском, к которому непосредственно подключен коммутатор, а диски, соседние с указанным средним диском, электрически соединены друг с другом.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что диски, расположенные концами коротких проволок, выполнены большей толщины, чем другие диски.