En kraftkarl af en strømforsyning på otte ton forlader i disse dage Danfysik i Jyllinge med kurs mod det nordlige Schweiz. Strømforsyningen er en af de mere usædvanlige fra virksomheden, der har lang erfaring med at levere specialdesignede strømforsyninger til forskningslaboratorier rundt omkring i verden, og den har presset virksomhedens ingeniører og montører til det yderste.

Opgaven lød egentligt enkel nok: Omform en trefaset 400 volt vekselspænding med en strømstyrke på 500 ampere til en jævnspænding på 10 volt og 18.000 ampere med en nøjagtighed på 100 ppm.

Ordregiveren var Ecole Polytechnique Federale de Lausanne, som skal bruge strømforsyningen ved en ny testfacilitet European Dipole (EDIPO), hvor den skal strømføde en superledende magnetisk spole, der vil danne et magnetisk felt med styrke på 12,5 tesla i et rektangulært tværsnit på 100 gange 150 mm.

Anlægget er placeret på Paul Scherrer Institut ved Zürich og skal bruges i forbindelse med design og kvalitetstjek af superledende kabler, der skal anvendes ved den nye fusionsreaktor, Iter, der skal bygges i Cadarache i det sydlige Frankrig.

Diplomingeniør Christian Nielsen, der siden sin uddannelse i 2006 har arbejdet hos Danfysik, er designeren bag 18 kA-strømforsyningen, der har den interne betegnelse MPS 855.

Han fortæller, at et af de store problemer var at finde thyristorer, der kan håndtere de store strømstyrker. Det viste sig så vanskeligt, at Danfysik måtte opbygge den som fire blokke, der hver leverer 4.500 ampere. De sammenkobles først til to systemer a 9.000 ampere og slutteligt til 18.000 ampere. Oprindelig havde man forestillet sig, at to blokke havde været nok.

»Under min uddannelse var jeg i praktik hos en virksomhed, hvor man ikke kunne oprette en komponent, hvis der ikke var en second source. Det princip kan vi ikke opretholde hos Danfysik, hvor vi kan have svært ved nogle gange af finde blot én leverandør,« siger Christian Nielsen, der sluttelig fandt sin thyristor hos Eupec i form af en sekspuls-enretter, der kan lede en jævnstrøm op til 7.000 ampere.

Ved at skifte faserne på to af blokkene opnår man en 30 graders faseforskel mellem transformer A og B og ligeledes mellem transformer C og D. På den måde opnår man en 2 x 12 puls-konfiguration.

Leveringstider over halve år er et andet forhold, som man også må acceptere, når man arbejder på kanten af det mulige.

Opdelingen i fire uafhængige enheder har givet et ekstra problem.

»Vi har skullet sikre os, at blokkene på 4.500 ampere, der kobles sammen parvis, leverer nogenlunde samme strømstyrke - inden for et par procent - ellers risikerer vi nemlig, at en enhed kommer til trække hele strømmen. Og det kan komponenterne ikke holde til,« siger Christian Nielsen.

Strømforsyningen består af syv elementer. De fire 4.500 ampere-strømforsyninger i et dobbelt rack er placeret i hjørnerne. I midten findes tre enheder, der samler strømmen i 9.000 ampere og endelig i 18.000 ampere, der kommer op gennem midten af strømforsyningen.

Når den opstilles i Schweiz, skal den med 64 flexledninger a 240 mm2 forbindes til et busbar-system, der leder strømmen til den magnetspolen.

»Det tager en halv time at "rampe" strømmen op til 18.000 ampere. Når først magnetspolen er opladet med energi, behøver den i princippet ikke mere effekt. Derfor falder spændingen til omkring en volt, så den effekt vi afsætter, når systemet kører, udelukkende går til at kompensere tab i tilledningerne,« forklarer Christian Nielsen.

Ved en kontrolleret nedlukning af magnetspolen kan man sende energien retur til nettet ved at skifte spændingen i udgangen fra +10 volt til -10 volt.

»Det er ikke en feature, som vi normalt indbygger i vore strømforsyninger, fordi den lagrede energi ofte er meget lille, men her har den en størrelse på 19,5 megajoule, så det giver mening,« siger Christian Nielsen.

To af modulerne indeholder strømafbrydere, der hurtigt skal lede strømmen bort fra den superledende spole, hvis temperaturen i spolen stiger så meget, at den mister sin superledende tilstand - et såkaldt quench i fagterminologien.

Af redundanshensyn er der indbygget afbrydere både i plus- og i minusforbindelsen til spolen. De fører i stedet strømmen til tre store modstande, der er placeret oven på strømforsyningen.

Opdelingen i fire enheder har betydet, at der er indbygget et passende sikkerhedsmargin. Faktisk så meget, at Christian Nielsen vil garantere, at man også kan lave en 24 kA strømforsyning efter samme princip.

Det har taget tre erfarne montører cirka halvanden måned at samle strømforsyningen. De har haft en grov CAD-tegning af gå ud fra, men mange af beslutningerne har de selv måttet taget hen ad vejen.

Designchef Jesper Kristensen, der har haft ansvaret for projektledelse, pointerer, at det er vigtigt med erfarne montører.

»Når vi ikke laver serieproduktion, vil det være for tidsrøvende at skulle lave et fuldstændigt design for hele montagen på forhånd,« siger han.

Den endelige test er en afprøvning af nøjagtigheden.

»Vi skulle gerne holde os væsentligt under 100 ppm over en periode på otte timer,« siger Jesper Kristensen. Den nøjagtige pris er hemmelig.

»Men skulle man have lyst til at købe en tilsvarende enhed, kan vi nok lave en til nogle få millioner kroner,« oplyser Jesper Kristensen.

FAKTA: Strømforsyningen i tal:
* Indgang: 400 volt, 500 ampere

* Udgang: 10 volt, 18.000 ampere

* Vandkøling: 100 liter/minut.

* Ledning: 524 flexledninger a 100 mm2.

* Vægt: 8 ton - heraf 1,5 ton kobber.

* Dimensioner: 3,5x2,1x2,4 m (længde, bredde, højde)