In elektrischen Systemen, die mit sehr hohen Strömen im Kiloampere-Bereich beaufschlagt werden, wie dies unter anderem bei supraleitenden Spulen zur Erzeugung starker Magnetfelder erfolgt, muss die elektrische Leitfähigkeit überwacht werden. Um dies zu kontrollieren wird die Spannung über dem zu überwachenden Leiter permanent gemessen und mit kleinen Schwellen im Millivolt Bereich verglichen. Ein frühzeitig detektierter Einbruch der Stromtragfähigkeit verhindert somit teure Reparaturen an supraleitenden Komponenten.

Technologie

Das am IPE des  KIT entwickelte und patentierte Quenchdetektionssystem registriert sicher und so  früh wie möglich einen fehlerhaften Spannungsabfall am Leiter.

Das redundante fail-safe Differential-Detektorsystem ermöglicht ein umfangreiches Monitoring im Millivolt-Bereich. Es lässt sich beim Rampen, dem An- und Herunterfahren des Hochstromsystems, zuverlässig  einsetzen. Ein Problem beim Einsatz von gebräuchlichen Spannungsmessgeräten liegt in der beim Hochstrom-Rampen störenden Selbstinduktionsspannung. Mit gewöhnlichen Systemen kann diese nicht vom Spannungsabfall aufgrund einer Leitwertverringerung unterschieden werden.

Der KIT Quench-Detektor UniQD nutzt ein Spannungsdifferenz-Messprinzip mit einer zusätzlichen gegenseitigen Balancierung der zu überwachenden Leiterabschnitte. Aufgrund der hierdurch optimierten Neutralisierung der Selbstinduktionsspannung können schon geringe Leitwertabsenkungen im Ansatz erkannt werden. Das System lässt sich zusätzlich kaskadieren, indem verschiedene Einzelabschnitte wiederum zur Gruppe zusammengefasst werden und zu einem weiteren  Abschnitt ins Verhältnis gesetzt werden.

Für die Parametrierung und den automatisierten Betrieb von größeren Detektorsystemen steht eine umfangreiche Windows®-Software zur Verfügung, die ebenfalls am IPE entwickelt wurde.

Projekte

Eingesetzt wird das System z. B. in Greifswald am experimentellen Fusionsreaktor W7-X (70 supraleitende Magnetspulen, 500 Detektoren). Weitere Installationen  finden sich am HZB Berlin (Hochfeldmagnetprojekt), bei der GSI-Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt (Magnet-Testanlage für das Projekt FAIR) und auf dem Gelände des KIT Campus Nord. Ein weiteres System für den Beschleuniger FRIB der Michigan State University ist in Vorbereitung.