Quench detection using pick-up coils for the ITER Central Solenoid

ピックアップコイルを用いたITER中心ソレノイドのクエンチ検出

高橋 良和; 吉田 清; Mitchell, N.*

Takahashi, Yoshikazu; Yoshida, Kiyoshi; Mitchell, N.*

超伝導コイルのクエンチ検出はコイルを保護するために重要かつ不可欠である。ITER中心ソレノイド(CS)においては電圧タップ法と冷媒の流量計法が検討されている。電圧タップ法は応答速度が速いので、クエンチ検出の主たる方法と考えられている。ITER-CSは6個のそれぞれ独立の電流パターンで運転されるパンケーキ巻きモジュールで構成される。パルス運転中の常伝導転移による抵抗性の電圧(常伝導電圧)を検出するため、巻き線部の誘導電圧を打ち消す必要がある。まず打ち消すためのピックアップコイルの形状の最適化を行った。その結果、打ち消された電圧は誘導電圧に比べて非常に小さく(70mV)、十分なクエンチ検出感度が得られた。次に、運転中のCS巻き線部のホットスポット温度(導体の最高温度)を打ち消し電圧の解析とCSモデルコイル(CSMC)のクエンチ実験結果より算出した。得られたホットスポット温度は約144Kで、ITERの設計基準(150K以下)を満足した。これより、コイルはクエンチしても、保護回路により壊れないと考えられる。これらの検討により、十分な検出感度を有するピップアップコイルを用いたITER-CSのクエンチ検出システムを設計することができた。

The quench detection is important and necessary for the coil protection. The voltage tape method and the flow meter method are both considered for the ITER Central Solenoid (CS). The voltage tap method is primary due to its quick response. The CS consists of six pancake wound modules, which are operated with individual operating current patterns in ac mode. The induced voltage in the windings must be compensated to detect the voltage due to any normal transition during pulse operation. We have investigated the optimum configuration for pick-up coils (PC) for compensation. The results of simulations show that the compensated voltages are very low (70 mV) compared with the inductive voltage and adequate normal voltage sensitivity is obtained. The hot spot temperature in the CS during the operation was estimated from the simulation and the experimental data of the CSMC quench. The hot spot temperature estimated is about 144 K, lower than the ITER design criterion (150 K). It is shown that the detection system using the PCs could be designed with a high enough detection sensitivity.