Raporty IChTJ. Seria B nr 1/2019




ZASILACZ WYSOKIEGO NAPIĘCIA (13 kV, 50 kW) DLA AKCELERATORA LAE 10/15

(High voltage power supply (13 kV, 50 kW) for the accelerator LAE 10/15)

Zbigniew Zimek, Sebastian Długoń, Karol Roman

Plik do pobrania (PDF 5.3 MB)

W Centrum Badań i Technologii Radiacyjnych (CeBaTeRad) Instytutu Chemii i Techniki Jądrowej (IChTJ) zbudowano liniowy akcelerator elektronów LAE 10/15. Prace związane z jego montażem i uruchomieniem prowadzono w wydzielonych pomieszczeniach, w budynku Stacji Sterylizacji Radiacyjnej Wyrobów Medycznych i Przeszczepów. Zasilanie AC 230/400 V akceleratora LAE 10/15 obejmuje:

Łączny pobór mocy urządzeń wchodzących w skład akceleratora LAE 10/15 wynosi 90 kW przy ogólnej sprawności tego urządzenia ocenianej na ~15%.
Zasadniczym odbiornikiem energii elektrycznej w akceleratorze LAE 10/15 jest zasilacz WN przeznaczony do zasilania modulatora klistronu TH 2158. Zasilacz WN jest połączony bezpośrednio z rozdzielnią niskiego napięcia (NN). Urządzenie to jest przygotowane do pracy z nominalnym napięciem 13 kV i obciążeniem do 50 kW, wymaganym przez modulator klistronu. Zasilacz wyposażono w tyrystorowy regulator napięcia typu RP3, sekcjonowany transformator podwyższający napięcie typu TB 360/13000-7 oraz filtr LC składający się z dwóch dławików o indukcyjności 2,9 henra każdy i o prądzie znamionowym 9 A. Filtr uzupełnia bateria 18 kondensatorów o pojemności łącznej 18 uF i napięciu znamionowym 16 kV. Zakres regulacji napięcia wyjściowego wynosi od 1,5 do 13 kV, o stabilności nie gorszej niż ±2%. Dla prądu obciążenia zasilacza rzędu 4 A, moc zasilacza jest na poziomie 50 kW. Zasilacz WN jest umieszczony w trzysegmentowej, metalowej obudowie. Poszczególne segmenty są dostępne po otwarciu blokowanych mechanicznie i elektrycznie drzwi. W pierwszym segmencie znajduje się tyrystorowy regulator napięcia, elementy pomiarowe, zwora uziemiająca, okablowanie. W dwóch pozostałych segmentach umieszczono transformator podwyższający napięcie, dławiki i kondensatory. W zasilaczu WN zastosowano trójfazowy dwupołówkowy system prostowania. Prostownik składa się z trzech zestawów diod W10 po 50 szt. oraz 250 oporników o rezystancji 33 k?, mocy 2 W i tolerancji ±10%. Napięcie jest regulowane płynnie przy użyciu trójfazowego regulatora tyrystorowego, przy czym poziom wysokiego napięcia zależy od amplitudy ciągłego sygnału sterowania. Zamierzony efekt uzyskuje się przy sterowaniu fazowym kątem załączania prądu odbiornika w funkcji analogowego sygnału sterującego. Do sterowania regulatorem wykorzystuje się mikroprocesor (PLC). Pracą zasilacza WN steruje się za pośrednictwem paneli dotykowych. Jeden z nich jest zainstalowany w sterowni, a drugi – w pomieszczeniu zasilacza WN. Diodowy dwupołówkowy blok prostowniczy (dla trzech faz) jest podłączony do transformatora podwyższającego napięcie. Transformator i bloki prostownicze są chłodzone dwoma wentylatorami.
Zasilacz WN jest wyposażony w drążek uziemiający, dywaniki dielektryczne i zworę uziemiającą baterie kondensatorów z chwilą wyłączenia zasilacza. W górnej części obudowy zasilacza widoczny jest przycisk sygnalizujący otwarcie drzwi. Obudowę połączono z uziemieniem bezpieczeństwa. Przeglądy i prace remontowe mogą być prowadzone jedynie po odłączeniu zasilania. Zabroniona jest praca zasilacza przy otwartych drzwiach któregokolwiek segmentu, a także przy niesprawnych obwodach blokad i uziemienia.


The linear accelerator of electrons LAE 10/15 was built in the Centre of Radiation Research and Technology of the Institute of Nuclear Chemistry and Technology (INCT). Works connected with accelerator assembly and starting up were performed in the separate rooms of the Radia-tion Sterilization Plant for Medical Devices and Transplants. The AC power line 230/400 V of the accelerator LAE 10/15 consists of the following circuits:
Total power consumption of electrical equipment of the accelerator LAE 10/15 amounts 90 kW. The accelerator electrical efficiency is estimated at ~15%.
HV power supply was designed to supply the modulator of the klystron TH 2158. It is principal receiver set of electric energy in the accelerator LAE 10/15. The HV power supply is connected directly with power line at the distribution room of the low voltage. The HV power supply was designed to work with the nominal voltage 13 kV and load up to 50 kW, required by the modulator of the klystron. The HV power supply was equipped with the 3-phase thyristor regulator of the voltage type RP3, divided transformer raising the voltage type TB 360/13000-7 and LC filter consisting of two choking-coils with the inductance 2.9 H and loading current 9 A. The battery of 18 capacitors of the LC filter with total capacity 18 µF and nominal voltage 16 kV was applied. The regulation range of the output voltage is from 1.5 to 13 kV, with stability not worse than ±2%. For loading current of the HV power supply which amounts 4 A, the average power is as high as 50 kW. HV power supply is placed in the three-segment metal casing. The individual segments are accessible after opening themechanically and electrically locked doors. The thyristor voltage regulator, measuring elements, grounding armature, and wiring are located in the first segment. The transformer raising voltage, choking-coils and capacitors are placed in two remaining segments. A three-phase full-wave rectifier was applied in the HV power supply. The rectifier consists of three sets of diodes W10 50 pcs each, and 250 resistors with 33 k? resistance, 2 Wpower and tolerance of ±10%. The voltage is adjusted by the use of three-phase thyristor regulator. The smooth control of the high voltage level as a function of the amplitude of the continuous signal of steering is possible. The intended effect is obtained by steering the phase angle of switching on loading current of receiver set as a function of the analog steering signal. The microprocessor (PLC) is applied to steering the regulator. The operation of the HV power supply is controlled by the use of touch panels. One of them is installed in control room, and the other one – in the room where the HV power supply is located. Diode full-wave rectifier block (for three phases) is connected to the HV transformer. The transformer and rectifier blocks are cooled by two ventilators.
The HV power supply is equipped with grounding stick, dielectric rugs, armature grounding the batteries of capacitors at the moment of switching off the HV power supply. There is a button in the upper part of the power supply casing that indicates the door is open. The casing was connected with the safety ground. Reviews and service works can be carried out only after the separation of HV power supply from AC power line. The work of the HV power supply with the open door of any segment, and also with the inefficient circuits of blockades and ground, is forbidden.