3.2 Das Quenchdetektions-System der W 7-X Spule - Bibliothek ...

3.3 Sicherheitsentladung
Ein sehr wichtiger elektrischer Schaltkreis in der Stromversorgung eines Supraleitermagneten
ist eine Schaltanlage, mit der im Falle des Übergangs in die Normalleitung (Quench) die
magnetisch gespeicherte Energie aus dem Supraleitermagnet herausgenommen werden
muss. Schon bei der Auslegung muss dies durch den Kupferquerschnitt im Supaleiterkabel
und der zulässigen elektrischen Entladespannung berücksichtigt werden [3.3-1].
Der Zusammenhang zwischen Spulenstrom I, Entladespannung U, magnetisch gespeicherter
Energie E und der Enladezeitkonstante τ lässt sich für die Entladung der Spule in einen
Widerstand durch die Gleichung
E = U I τ/2 (3.3-1)
beschreiben. Für den Schaltvorgang der Energieauskopplung wird im Prinzip die Schaltung
in Abb. 3.3-1 benutzt. Die Stromversorgung ist über Trennschalter (ST) mit der positiven und
negativen Stromschiene verbunden, die an der Spule angeschlossen ist. Der Entladewiderstand
(R) ist der Spule (L) parallel geschaltet. Ein Kurzschlusspfad wird über zwei parallel
geschaltete Lichtbogenschalter (S1, S2) und einem Lichtbogenschalter (S3) in Serie gebildet.
Durch diese Anordnung wird sichergestellt, dass beim Schließen oder Öffnen des
Kurzschlusspfades bei Versagen eines Schalters die Entladung noch ohne Störung abläuft.
Damit besitzt die Schaltung eine einfache Redundanz. Die Steuerung des Schaltkreises erfolgt
über eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS), die über eine parallel laufende
Relaisschaltung redundant abgesichert ist.
Im Falle der Auslösung der Sicherheitsentladung werden die Lichtbogenschalter geschlossen.
Das Netzgerät wird auf negative Spannung (-30 V) geschaltet, was gleichbedeutend
damit ist, dass das Netzgerät jetzt wie ein Wechselrichter Energie in das Drehstromnetz zurückspeisen
kann. Die Spule wird dann durch Schließen von S1, S2 über den Zweig (S1, S2,
S3) kurzgeschlossen. Die Trennschalter (ST) trennen den Entladekreis vom Netzgerät und
die Lichtbogenschalter öffnen alle gleichzeitig. Der steigende Widerstand des Lichtbogens
kommutiert den Strom auf den Widerstand (R), wo dieser dann mit einer Zeitkonstante von
einigen Sekunden exponentiell abklingt. Das Netzgerät ist im Falle eines Netzgeräteausfalls
mit einem Überspannungsschutz (OV) geschützt. Ebenso ist ein weiterer Kurzschlußpfad mit
einem strombegrenzenden Widerstand vorhanden, damit ein lichtbogenfreies Öffnen der
Trennschalter (ST) auch unter diesen Randbedingungen möglich ist. Die Steuerung der
Schaltanlage korrespondiert mit der Steuerung der Kryoversorgung und umgekehrt. Im ersten
Fall müssen vor der Sicherheitsentladung bestimmte Ventile umgesteuert werden, um
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