Forschungszentrum Karlsruhe - Wissenschaftliche Berichte – FZKA 7076

Optimierung eines Quenchdetektionssystems für supraleitende Magnetspulen

Markus Borlein

Zusammenfassung
Gegenstand dieses Berichts ist die Quenchdetektion bei supraleitenden Magnetspulen. Supraleitende Magnete bedürfen zum sicheren Betrieb aufgrund ihres hohen Stroms und der dadurch gespeicherten Energie einer Menge technischer Vorkehrungen. Eines der wichtigsten Schutzsysteme ist das Quenchdetektionssystem, das den Magneten auf den Erhalt der Supraleitung hin überwacht und bei Bedarf dessen Sicherheitsentladung auslöst. Kommt es zu einem Zusammenbruch der Supraleitung (Quench), muss der Magnet möglichst schnell entladen werden, damit keine Gefahr für den Magneten oder gar seine Umgebung auftritt.

Zunächst soll dem weniger fachkundigen Leser ein einleitender Überblick über die Thematik gegeben werden. Anschließend werden verschiedene Methoden zur Quenchdetektion, zum Teil anhand ausgeführter Beispiele aus der Praxis, vorgestellt, sowie deren Eignung in den unterschiedlichen Betriebsweisen supraleitender Magnete aufgezeigt. Die einzelnen Quench-Detektions-Varianten werden zusammenfassend miteinander verglichen, wobei für die Bewertung unter anderem die im Anhang beschriebenen Versuchsreihen herangezogen werden. Als Anwendungsbeispiel wird ein Vorschlag für das Quenchdetektionssystem der in Bau befindlichen Anlage Wendelstein 7-X erarbeitet.

Optimization of a quench detection system for superconducting magnets

Abstract
Subject of this report is the detection of a quench in a superconducting magnet. For the safe operation of superconducting magnets one of the most important issues is the quench detection system which controls the superconducting state of the magnet and triggers a safety discharge if necessary. If it comes to a breakdown of the superconductivity (quench), the magnet has to be discharged very quickly to avoid any damage or danger for the magnet or its environment.

First an introducing overview is given. Next different methods of quench detection will be presented, partially on the basis of existing quench detection systems and the applicability of these methods in different states of the magnet operation will be shown. The different quench detection methods are compared and evaluated partially by using test experiments described in the appendix. As an application example this report contains a proposal for the quench detection system for the Wendelstein 7-X facility, actually built by the Institute for Plasma Physics, Garching.

VOLLTEXT

BIBLIOTHEK