MultiPinch

Alimentazioni Elettriche

Maffia Giuseppe

Laboratorio Ingegneria Elettrica ed ElettronicaFrascati 3 Febbraio 2010

Premessa

• Nell’ambito delle attività di ricerca sulla Fusione Nucleare, nel Centro di Ricerca ENEA di Frascati è in fase di realizzazione l’ esperimento MultiPinch: un tokamak a basso rapporto di aspetto.

• Esso si inserisce fra ProtoPinch, che lo ha preceduto, e ProtoSphera e Sphera che lo seguiranno.

Alimentatori necessari

• Sono necessari per il funzionamento di MultiPinch gli alimentatori elettrici di:

• Bobine magnetiche ( Gruppo B )• Pinch ( alimentatore provvisorio )• Catodo ( alimentatore provvisorio )

Alimentatore delle Bobine

• Le caratteristiche dell’alimentatore delle Bobine Magnetiche sono:

• Vin: 20kVac, ±10%, 50 Hz trifase.

• Vout: 350 Vdc (reazione dodecafase).

• Iout: 1.9 kA (dc).

• Carico previsto: R - 80 m; L – l0 mH.

• Tempo di salita/discesa della corrente < 100 msec.

• Durata impulso: 1 sec ripetuto ogni 10 min.

• Accuratezza (incluso ripple) della corrente erogata: ±2% (riferito al valore Iout).

• Regolazione in corrente a feedback tramite riferimento sia locale che remoto.

• Misure locali e remote con accuratezza: ± 1% Vout, Iout

Alimentatore del Pinch

• Le caratteristiche dell’alimentatore del Pinch sono:

• Vin: 20kVac, ±10%, trifase.

• Vout: 350 V dc (reazione dodecafase).

• Iout: 10 kA (dc).

• Carico previsto: arco elettrico con tensione d'arco circa 150V (arco formato).

• Tempo di salita/discesa della corrente < 25 msec (con un’induttanza di carico di circa 1 mH).

• Durata impulso (piatta banda): 1 sec ripetuto ogni 10 min.

• Accuratezza (incluso ripple) della corrente erogata: ±2% (riferito al valore Iout).

• Regolazione in corrente a feedback tramite riferimento sia locale che remoto variabile nel tempo.

• Misure locali e remote con accuratezza: ± 1% Vout, Iout

Alimentatore del Catodo 1/2

• Le caratteristiche dell’alimentatore del Catodo sono:

• Essenzialmente costituito da un trasformatore a sei secondari con regolazione della tensione primaria. Ciascuno dei sei secondari alimenta un carico resistivo (un settore del filamento del catodo). I sei carichi sono collegati a stella con il centro messo a massa.

• Vin: 380 Vac, ±10%, trifase.

• Vout: 6 uscite indipendenti 25 Vrms sfasate reciprocamente di 60°.

• Iout per secondario (contemporaneamente su tutte le uscite): 1.67 kArms.

• Carico previsto: resistivo collegato a stella esafase.

• Tempo di salita/discesa della corrente: ~ 30 sec .• Durata impulso: 1 sec ripetuto ogni 10 min.

Alimentatore del Catodo 2/2

• Regolazione contemporanea a loop aperto dell’ampiezza delle tensioni secon- darie tramite regolazione continua della tensione primaria (“variac” a stato solido) secondo un riferimento sia locale che remoto variabile nel tempo. L’andamento tipico prevede la regolazione della tensione primaria in modo da aspettarsi una salita delle correnti secondarie da 0 a Iout in un tempo regola- bile tra 15 e 30 sec..

• Accuratezza della regolazione della tensione primaria rms: ±2%

• Misure locali e remote con accuratezza: ± 1% Vout, Iout (per ciascun secon- dario)

• Protezioni: su ciascun secondario dovrà essere installato un relè max Iout (con soglia impostabile localmente) il cui scatto provocherà l'azzeramento della Vout in t~10 msec.

Costo 1/2

• La valutazione di massima del costo presunto per le alimentazioni elettriche di MULTI-PINCH di 700.000 Euro (IVA Esclusa) è stata fatta in base alle consi- derazioni esposte nei punti qui di seguito riportati:

• Considerando la Valutazione 2001 del progetto PROTO-SPHERA (di cui MULTI-PINCH e’ la prima fase), eseguito dalla Sezione di Ingegneria del Dipartimento Fusione (Capitolo 13 del Report 2001 di PROTO-SPHERA), si è tenuto conto, per un verso, dell’assenza delle alimentazioni elettriche delle bobine del gruppo A e delle ridotte prestazioni richieste per MULTI-PINCH delle alimentazioni del Pinch e del Catodo (ma non delle Bobine del gruppo B) che ne riducono il costo e, per altro verso, della necessità di sostituire i trasformatori in olio con trasformatori in resina, che determinano un maggior onere economico: il costo così determinato è prossimo a 700.000 Euro.

• La sostituzione dei trasformatori in olio con quelli in resina è stata determinata dalla difficoltà di costruire gli stalli, completi di pozzetto di raccolta olio, di due dei tre trasformatori inizialmente previsti nella Valutazione 2001. E’ da sottolineare che il maggior costo delle alimentazioni elettriche, dovuta ai trasformatori in resina, è in parte, se non del tutto, compensato dal mancato

costo degli stalli.

Costo 2/2

• Il confronto con alimentazioni elettriche della stessa tipologia, realizzate anche per l’ENEA, fornisce un costo pressoché uguale.

• Da un’analisi dettagliata, valutando separatamente le seguenti parti componenti il costo complessivo, si ottiene:

• Trasformatori in resina 250,000 €.

• Componenti elettronica di potenza e quadri 350,000 €

• Progettazione ( 600 ore a 50 €/ora ) 30,000 €

• Assemblaggio ( 1200 ore a 30 €/ora ) 36,000 €

• Misure e collaudi ( 250 ore a 50 €/ora ) 12.500 €

• Messa in servizio ( 300 ore a 50 €/ora ) 15,000 €

• Totale 693,500 €

• I costi orari medi di operaio specializzato e operaio qualificato sono stati determinati prendendo come riferimento le Tabelle ANIE (Federazione Nazionale Imprese Elettrotecniche ed Elettroniche).

Situazione ad oggi

• A seguito della lettera inviata alle diverse Associazioni, a firma del “Head of

Research Unit” della EURATOM-ENEA Association Pizzuto Ing. Aldo, hanno espresso

interesse per la fornitura delle alimentazioni elettriche: • ABB Switzerland Ltd. Power Electronics Systems.

• JEMA (JESUS MARIA AGUIRRE, S.A.)

• Green Power

• ÄŒKD ELEKTROTECHNIKA,a.s.

• OCEM S.p.A.

• E.E.I. Equipaggiamenti Elettronici industriali S.r.l.

• Ultra Electronics - PMES

• Converteam Ltd • Dynex Semiconductor

Schema unifilare 1/3

Schema unifilare 2/3

Schema unifilare 3/3

Planimetria

Pianta - Layout