Прогресс ИТЭР и высокие вольты

tnenergy — 09.04.2017 Традиционный жанр.

В целом в проекте ИТЭР продолжает доминировать строительство, но слава богу, ждать монтажа остается все меньше. Итак, комплекс зданий токамака дорос до L2 - это 4 этаж от основания, причем в здании диагностики будет всего 5 этажей, т.е. к концу года оно будет завершено. Так же можно ожидать завершений к концу года и шахты реактора.



Меж тем, на этой неделе здание предварительной сборки должно быть передано от строителей к установщикам систем вентиляции и кондиционирования (а так же дверей и электрики), а с лета должна начаться установка и оборудования для самой предварительной сборки, в том числе монструозных 6-и осевых стендов сборки сегментов токамака



Этот стенд, собираемый в корее предназначен для установки на сегмент вакуумной камеры двух тороидальных катушек (с двух сторон) и разделяющих катушки и камеру тепловых экранов. Для выполнения это задачи стенды умеют двигать одеваемый элемент по осям X,Y,Z и вращать вокруг них - т.е. всего 6 степеней свободы. Пока стенды, впрочем, проходят опытную сборку в Корее, а в работе будут выглядеть как-то так



Однако вернемся на стройку. Здание криокомбината приближается к готовности металлоконструкций, и вообще говоря по планам, первая его часть, предназначенная для гелиевых ожижителей должна сдана под установку оборудования уже летом этого года (что врядли)



Тем временем место, где идет сборка высокотехнологичного железа ИТЭР - совсем не Кадараш. Это лаборатория NBTF, где будут испытываться прототипы инжекторов нейтралов NBI ИТЭР - пожалуй, самой его высокотехнологичной системы.

Сейчас здесь монтируется высоковольтный (1 мегавольт, точнее 5х200 кВ, объединенных последовательно) источник напряжения для ускорителя инжектора нейтралов. Два или три таких же в итоге будут и на площаде ИТЭР, но случится это не скоро (не раньше, чем через 8-10 лет).

Даже в блочном описании этот источник устроен весьма непросто. Он представляет собой 5 последовательно объединенных источников "низковольтный инвертор - повышающий трансформатор - выпрямитель", в которых выпрямитель более высоковольтного источника электрически "оперт" на предыдущий, и таким образом последний имеет потенциал в 1 мегавольт (на самом деле в -1 мегавольт, но сути это не меняет), вывешенного на потенциал -1 мегавольт источника мощности для генерации ионов и 100-метровой линии для передачи всего этого в ускоритель инжектора нейтрального пучка.

1 мегавольт не является, в принципе, пределом для источников высокого напряжения (в мировой электроэнергетике есть несколько систем на 1-1,2 мегавольта), однако приближается к пределу штатных решений и для 1,5 мегавольт объем разработки вырос бы кратно, а некоторые элементы, возможно, были бы в принципе не исполнимыми.







Возможно, кому-то поможет электрическая схема этого устройства, а я попробую рассказать, зачем нужны эти блоки, и как они выглядят в реальности.

Первое - это 5 блоков "инвертор-трансформатор-выпрямитель" в красной пунктирной рамке справа. Такая схема позволяет получить 5 источников тока по ~50 ампер  с напряжением ~200 кВ которые подсоединяются к соотвествующим ускоряющим сеткам NBI. Выглядят трансформаторы и баки с выпрямителями (баки, потому что изолятором выступает газ SF6, находящийся под давлением 6 атмосфер) вот так:





Вообще выполнение трансформаторов с изоляцией первичной обмотки от вторичной в мегавольт находится где-то на пределе технологических и производственных возможностей фирмы Hitachi и Siemens, которые занимались этой техникой. Это видно, например, потому что у Siemens не оказалось подходящих опорных изоляторов для подвески проводников внутри 100-метровой линии передачи потенциала от инверторов на ускоритель, и он попросил их у Hitachi, которая отказала под предлогом, что Siemens может украсть технологию, этот конфликт тянулся довольно долго.







Эта толстая труба будет включать в себя несколько десятков проводников подвешенных на изоляторах в атмосфере SF6 при давлении 6 атм. В начале этой трубы стоит бак с RC-фильтром



Схема фильтра



Посередине к высоковольтной линии подключаются линии на источник ионов. Смысл этого в том, что перед ускорителем стоит радиочастотный ускоритель ионов, к которому надо подвести 4 коаксиальных линии по 200 кВт радиоизлучения, 11 различных источников тока и напряжения и несколько линий с охлаждающей водой. При этом все это поставлено на потенциал -1 мегавольт, а значит все оборудование, которое создает необходимые для источника ионов напряжения, токи, радиоизлучения и т.п. находится в огромной клетке фарадея на 6-метровых изоляторах



При этому внутрь клетки надо подать 5 МВт электрической мощности, и тут опять нужен трансформатор с изоляцией на 1 МВ.

Кроме того к высоковольтной линии будут подключены источник напряжения малой мощности для тестирования готовности высоковольтной части, который его разработчики называют "ультра-компактным"



С другой стороны обычный генератор Маркса на 1-1,5 мегавольта (как этот источник) имеет высоту метров 15 и диаметр ограждения метров 10, так что наверное, действительно это компактно.

Наконец, все это высоковольтное великолепие приходит к NBI на котором стоит уникальный изолятор, разделяющий вакуумированный объем ускорителя и SF6-наплненный линии высоковольтной передачи



Инжектор нейтрального пучка ИТЭР. Изолятор сверху (зеленый цилиндр)



Схема проходного изолятора NBI ITER. Особую технологическую сложность представляют собой керамические кольца диаметром 1,56 метра.

Как это часто бывает в таких проектах, японская часть тут опередила европейскую, поэтому вся высоковольтная часть будет введена в строй только к концу 2018 года, при этом нагрузка (прототип NBI ITER) сейчас только заказывается у промышленности, и будет готова не раньше, чем в 2020 году, поэтому увидеть работу системы можно будет не скоро. Впрочем, как мне кажется, весь высоковольтный источник и без нагрузки довольно впечатляющ и его автономные тесты тоже могут быть интересными.

Оставить комментарий

Популярные посты:

• Ранее
• Архив