Энергетика

Быстродействующие выключатели ВАБ-49 для Европейского центра ядерных исследований

СОТРУДНИЧЕСТВО
С ЦЕРН ПРОДОЛЖАЕТСЯ


В конце марта ЗАО «Энергомаш (Екатеринбург) — Уралэлектротяжмаш» посетила делегация ЦЕРН — глава департамента защиты БАК Анджей Семко и руководитель подразделения защиты сверхпроводящих магнитов Кнуд Дахлерап-Петерсен. В рамках встречи на предприятии было проведено совещание, на котором обсуждались вопросы опытной эксплуатации быстродействующих выключателей ВАБ-49С на БАК, предложения по модернизации защитных систем постоянного тока ЦЕРН, а также рассматривались дальнейшие перспективы сотрудничества.

Гости посетили Производственный комплекс высоковольтной аппаратуры (ПК ВВА). Особое внимание представители делегации уделили осмотру участка сборки быстродействующих выключателей, где по новому заказу ЦЕРН была произведена партия дугогасительных камер для обновления уже установленных в БАК выключателей.

Во время встречи специалисты ЦЕРН высоко оценили надёжность работы установленных на БАК выключателей, большое впечатление произвела на европейских специалистов экскурсия по обновлённому производственному корпусу ВВА, гости отметили высокое качество изготовления выключателей и дугогасительных камер.


САМАЯ СЛОЖНАЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ
УСТАНОВКА В ИСТОРИИ ЧЕЛОВЕЧЕСТВА


Большой адронный коллайдер является самым сложным экспериментальным проектом в истории человечества. Он находится на территории Швейцарии и Франции. Исследования на нём координирует ЦЕРН — Европейский центр ядерных исследований. Над проектом работают десятки тысяч человек из самых разных стран и организаций.

Как известно, БАК — ускоритель заряженных частиц на встречных пучках, предназначенный для разгона протонов и тяжёлых ионов (свинца) и изучения продуктов их соударений.

Скорость частиц в БАК на встречных пучках близка к скорости света в вакууме. Ускорение частиц до таких больших энергий достигается в несколько этапов. На последнем этапе сгусток протонов направляют в главное 27-километровое кольцо, ускоряют, доводя энергию протонов до максимальных 7 ТэВ, и в точках столкновения детекторы фиксируют происходящие события.

После каждого эксперимента по столкновению частиц на 27-километровом кольце коллайдера необходимо надёжно вывести всю запасённую энергию (около 7,5 ТэВ) из магнитов посредством быстрого отвода тока в огромные демпфирующие резисторы. Проблему запуска процесса размагничивания высокоиндуктивных силовых цепей БАК (до 15,4 Гн на цепь), сверхнадёжного переключения и защиты всех цепей сверхпроводящих магнитов и предстояло решить специалистам ЗАО «Энергомаш (Екатеринбург) — Уралэлектротяжмаш» как поставщику защитных выключателей.


БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЕ ВЫКЛЮЧАТЕЛИ ВАБ-49

В 1996 г. заводу Уралэлектротяжмаш в содружестве с Государственным научным центром Российской Федерации — Институтом физики высоких энергий (ГНЦ ИФВЭ РФ) — было предложено принять участие в проекте мирового масштаба «Большой адронный коллайдер».

Для проекта БАК ЦЕРН было исследовано несколько подобных по характеристикам ВАБ-49 аппаратов, но ни европейские, ни американские выключатели, действие которых основано на том, что их включённое состояние фиксируется с помощью механических защёлок, не подошли. Исследования показали, что из всех существующих на тот момент быстродействующих выключателей только ВАБ-49, состояние которого фиксируется магнитным путём, может быть использован в столь ответственном проекте ЦЕРН.

Большую роль в выборе Уралэлектротяжмаша (ныне ЗАО «Энергомаш (Екатеринбург) — Уралэлектротяжмаш») в качестве поставщика защитных выключателей сыграли многолетний опыт предприятия в изготовлении данного оборудования и его безупречная репутация. Уралэлектротяжмаш с 1943 г. выпускал известные своей надёжностью быстродействующие выключатели для различных отраслей. В частности, выключатель ВАБ-49 изначально был предназначен для защиты силовых цепей железных дорог и метро. Разработка этого типа выключателей и их специального исполнения принадлежит выдающимся конструкторам А. Куссулю и В. Анушату.


ПРЕИМУЩЕСТВА


В рамках проекта БАК перед конструкторами Уралэлектротяжмаша была поставлена крайне непростая задача. Необходимо было создать уникальные защитные выключатели специального исполнения, не имеющие мировых аналогов (сверхбыстродействующие, сверхнадёжные, защищённые от действия радиации).

Специалистами Инженерного центра в 1999 г. было полностью согласовано техническое задание, проведены всесторонние исследования образцов аппаратов и заключен договор на поставку опытной партии, состоящей из двух типов выключателей — ВАБ-49-4000/10-Л-С-УХЛ4 и ВАБ-49-4000/2-Л-С-УХЛ4, которые затем успешно прошли испытания в независимом европейском испытательном центре в Праге.

В период 2000—2005 гг. предприятие выпустило и отгрузило ЦЕРН 300 выключателей. Сегодня 256 из них установлены в туннеле БАК на глубине около 100 м и успешно защищают цепь из 154 сверхпроводящих магнитов при штатных и аварийных режимах работы.

В 2006 г. в интервью газете «Энергомаш» Кнуд Дахлерап-Петерсен сказал:

«Данные выключатели являются уникальными устройствами, в мире таких нет, они обладают повышенными надёжностью и быстродействием».

Высокая оценка выключателей ВАБ-49С, надёжность работы которых составляет 99,95%, подтверждается и рекомендательным письмом ЦЕРН от 27.12.2010 г.:

«Этот выключатель был единственным устройством, которое отвечало всем требованиям технических условий ЦЕРН, таким как:
• две полностью независимые системы размыкания (расцепления), одна пассивная (действует по принципу размагничивания удерживающей магнитной цепи) и одна активная (реализована посредством импульсного воздействия тока от независимого разрывного устройства на специальную размагничивающую катушку);
• два контактных узла: главные и дугогасительные контакты, обеспечивающие последовательное размыкание главных контактов перед размыканием дугогасительных контактов в процессе отключения;
• дугогасительные контакты изготовлены из высокотемпературной металлокерамики для снижения эрозии и увеличения временных интервалов техобслуживания (обычно 500 полных циклов между интервалами ревизии и 1500 циклов между заменой дугогасительных контактов);
• работа без использования механической защёлочной системы;
• высоконадёжная конструкция, с интенсивностью отказов на размыкание менее чем 2% за период 20 лет с частотой отключений 200 циклов/год».

Модернизация установленных в БАК выключателей новыми дугогасительными камерами позволит повысить мощность коллайдера и разогнать элементарные частицы до предельных скоростей в момент их столкновения, что, безусловно, положительно скажется на глубине будущих научных изысканий и, возможно, приведёт человечество к важным открытиям о природе Вселенной.

Обсудить на форуме

Нужен кабель? Оформи заявку бесплатно