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Hochstromversorgung mit Hochstromschaltanlagen in der TOSKA

Die TOSKA besitzt drei Gleichstromversorgungen für 20 kA, 30 kA und 50 kA. Alle drei Stromversorgungen sind thyristorisierte zwölfpulsige Gleichrichter mit einer entsprechenden Steuerung und Regelung. Die 30 kA- und 50 kA-Gleichstromversorgung können parallel geschaltet werden, so dass ein Strom von maximal 80 kA zum Betrieb von supraleitenden Magneten zur Verfügung steht.
Im Falle einer Schnellabschaltung muss die im Magnetfeld gespeicherte Energie schnell aus dem Magneten entnommen werden. Hierzu werden Schaltanlagen verwendet, die für die hohen Ströme ausgelegt sind. Im unten stehenden Bild wird für den Fall des 80 kA-Betriebs das verwendete Prinzipschaltbild gezeigt.
 
 
Im Bild wird die verwendete Schaltung im Fall des 80 kA Betriebs gezeigt.
 
Während des Ladens des Magneten sind die Schalter ST geschlossen. Bis auf die Schalter S1 und SE, die für das Beladen des Magneten keine Rolle spielen, sind alle anderen Schalter geöffnet.
Wenn bei einem Strom von 80 kA die Spule schnell entladen werden muss, schließt zunächst der Schalter S2, so dass über S2-SE-S1 ein Kurzschlusspfad für die Spule zur Verfügung steht.
Anschließend werden beide Netzgeräte durch Öffnen der Schalter ST abgetrennt und intern durch das Schließen der Schalter SN kurzgeschlossen.
Als nächstes muss der Strom auf den Widerstand R2 umgeleitet (kommutiert) werden. Dies ist bei solch hohen Strömen durch die Spulen nicht trivial, da beim Versuch, den Kreis aufzutrennen, die Spule die Spannung massiv erhöht, so dass es zu Lichtbogen kommt. Deshalb wird zunächst der Schalter SC geschlossen und hierdurch die auf einem geladenen Kondensator vorhandene Ladung entgegen dem Spulenstrom durch den Schalter S2 geleitet. Dieser Gegenstrom ist so dimensioniert, dass für einen kurzen Moment der Gesamtstrom Null erreicht wird. In diesem Moment öffnet man den Schalter S2, so dass der Spulenstrom nunmehr über R2-SE-S1 fließt und exponentiell abklingt. Der Widerstand R2 wird so dimensioniert, dass die maximal zulässigen Spannungen auftreten und damit eine möglichst schnelle Entladung der Spule gewährleistet wird.
Sollte diese Schnellabschaltung misslingen, weil z.B. trotz der Gegenmaßnahmen ein Lichtbogen über S2 entstanden ist oder S2 ganz einfach nicht geöffnet hat, so stehen noch Notmaßnahmen zur Verfügung. Zunächst wird der Schalter S1 geöffnet. Hierdurch wird der Pfad S2-R1 für die Spule verfügbar. R1 wird so dimensioniert, dass maximal Spannungen von 1 kV auftreten können (d.h. S1 kann ein Standard-Leistungsschalter sein - auf der anderen Seite wird die Spule entsprechend langsamer entladen). Sollte auch S1 nicht öffnen, dann steht als letzte Maßnahme der Explosions-Schalter SE zur Verfügung, der die Kommutierung auf den Pfad S2-R1 erzwingen kann.