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Präzise Messtechnik in Fusionsenergiesystemen

Mai 2026 Interface Technology

Präzise Messtechnik in Fusionsenergiesystemen

Die Fusionsenergie gilt als langfristige Lösung für eine saubere, zuverlässige und nahezu unbegrenzte Energieerzeugung. Durch die Nachbildung der Prozesse, die die Sonne antreiben, sollen Fusionssysteme Energie ohne CO₂-Emissionen und mit minimalem Abfall erzeugen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Energieerzeugungsverfahren bietet die Fusion das Potenzial für eine hohe Energiedichte bei inhärent sicheren Betriebsbedingungen. Damit ist sie ein attraktiver Ansatz, um zum Ausbau der Stromnetze beizutragen und gleichzeitig energieintensive Anwendungen wie KI-Rechenzentren zu versorgen.

Die Umsetzung erfordert die Einschließung und Regelung von Plasma mit extrem hohen Temperaturen. Dies erfolgt typischerweise mithilfe supraleitender Magneten, die bei hohen Strömen und Spannungen in stark ausgeprägten elektromagnetischen Umgebungen betrieben werden.

Zentrale Messanforderungen in Fusionssystemen

Fusionssysteme arbeiten zwar mit hohen Energieniveaus, viele entscheidende diagnostische Messungen erfolgen jedoch auf sehr niedrigen Signalpegeln, häufig im Millivolt- bis Niedervoltbereich. Daraus ergibt sich eine grundlegende Herausforderung: Geringste elektrische Änderungen müssen in einer Umgebung erfasst werden, die gleichzeitig durch Transienten im Kilovoltbereich und starke elektromagnetische Störungen geprägt ist.

Ein zentrales Beispiel ist die Spannungsüberwachung von Magneten zur Quench-Erkennung. Unter normalen Bedingungen arbeiten supraleitende Magneten bei sehr niedrigen Temperaturen, um einen nahezu widerstandslosen Betrieb zu ermöglichen.  Tritt jedoch eine Störung auf, entsteht ein geringer ohmscher Spannungsabfall, der den Beginn eines Quench-Ereignisses anzeigen kann.

Ein Quench beschreibt den Übergang eines Teils des supraleitenden Materials in einen normalleitenden Zustand. Dies führt zu lokaler Erwärmung und einer Stromumverteilung in den resistiven Bereich, wodurch innerhalb des Magneten ein ausgeprägter Hotspot entsteht.

Die schnelle Detektion ist entscheidend. Der Verlust der Supraleitung kann eine Freisetzung gespeicherter Energie auslösen, die nachgeschaltete Leistungselektronik und Steuerungssysteme beschädigen und im Extremfall zu einer vollständigen Abschaltung des Systems führen kann.

Neben der Quench-Erkennung unterstützen Spannungsmessungen auch die Stabilitätsanalyse und die Überwachung der Anlagenperformance. Sie liefern Echtzeitinformationen über den Systemzustand. Für alle diese Anwendungen gilt die gleiche Anforderung: kleine Signale müssen in einer hochspannungsbehafteten und elektrisch stark gestörten Umgebung präzise gemessen werden.

Herausforderungen bei der Messung

Die zentrale Herausforderung in Fusionsumgebungen ist die zuverlässige Signalextraktion. Schnell wechselnde Magnetfelder und Transienten erzeugen induzierte Spannungen, die um Größenordnungen höher sein können als die eigentlichen Messsignale. Ohne geeignete Maßnahmen überlagern diese Effekte die relevanten Informationen.

Die Rolle von Knick in Fusionsmesssystemen

Die Messlösungen von Knick sind für diese Anforderungen ausgelegt. Sie ermöglichen die präzise Messung niederpegeliger elektrischer Signale in Hochspannungsumgebungen.

Durch galvanische Trennung zwischen Eingang, Ausgang und Hilfsenergie verhindern die Systeme die Übertragung gefährlicher Spannungen und gewährleisten gleichzeitig die Signalintegrität. Dadurch lassen sich kleine Differenzsignale sicher erfassen, auch bei hohen Gleichtaktspannungen..

Eine hohe Gleichtaktunterdrückung sorgt zudem für stabile Messungen unter elektromagnetisch stark beeinträchtigen Bedingungen und ermöglicht eine präzise und zuverlässige Regelungsarchitektur.

Diese Kombination erlaubt es Entwicklern von Fusionssystemen, kritische Diagnosedaten zuverlässig zu erfassen und gleichzeitig Instrumentierung, nachgeschaltete Systeme sowie Anlagenpersonal zu schützen. Die Bereitstellung präziser, galvanisch getrennter Signale für Steuer- und Sicherheitskreise ermöglicht schnelle Schutzmaßnahmen wie die Quench-Erkennung und Systemabschaltung. Dies erhöht die Betriebssicherheit und verbessert die langfristige Zuverlässigkeit des Gesamtsystems.

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