Conceptual design of the quench protection circuits for the JT-60SA superconducting magnets

JT-60SA超電導マグネットのためのクエンチ保護回路の概念設計

Gaio, E.*; Novello, L.*; Piovan, R.*; 島田 勝弘; 寺門 恒久; 栗原 研一; 松川 誠

Gaio, E.*; Novello, L.*; Piovan, R.*; Shimada, Katsuhiro; Terakado, Tsunehisa; Kurihara, Kenichi; Matsukawa, Makoto

コイルクエンチ時に超電導コイルの蓄積エネルギーを高速に取り除かなければならないJT-60SAのクエンチ保護回路の概念設計について発表を行う。クエンチ保護回路の主要部は、高速にコイル消磁を行うためにコイル電流を抵抗に転流させる直流電流スイッチで構成される。本発表では、機械スイッチと半導体スイッチの一つであるIGCT(Integrated Gate Commutated Thyristor)の並列接続で構成されたハイブリッド型電流スイッチを提案し、検討した結果について述べる。また、クエンチ保護回路の主要部のほかに、電流スイッチで電流遮断失敗した場合のバックアップ回路として直列にパイロブレーカーを接続する。提案するハイブリッド型クエンチ保護回路は、半導体スイッチの特徴である高速遮断性能とメンテナンスフリーの利点と機械スイッチの特徴である低損失の利点の両方を併せ持つ回路構成となる。

This paper deals with the conceptual design of the Quench Protection Circuits (QPC) of JT-60SA which have to provide a fast removal of the energy stored in the superconducting coils in case of quench. The core of the QPC units is constituted by a dc current breaker, which diverts the coil current into a resistor for a fast machine de-energization. In this paper, a hybrid solution, composed of a mechanical bypass switch paralleled to a static switch based on Integrated Gate Commutated Thyristor (IGCT) technology, has been chosen and worked out; a pyrobreaker is added in series to the hybrid switch as a backup protection. The resulting design allows benefiting from the fast breaking and very low maintenance requirement of the static switches, besides maintaining the advantage of the much lower power losses of the mechanical bypass in normal operation.