The paper carries out a comprehensive study of the performances of Rogowski coils. It describes methodologies that were developed in order to assess the capabilities of the Continuous External Rogowski (CER), which measures the total toroidal current in the ITER machine. Even though the paper mainly considers the CER, the contents are general and relevant to any Rogowski sensor.The CER consists of two concentric helical coils which are wound along a complex closed path. Modelling and computational activities were performed to quantify the measurement errors, taking detailed account of the ITER environment. The geometrical complexity of the sensor is accurately accounted for and the standard model which provides the classical expression to compute the flux linkage of Rogowski sensors is quantitatively validated. Then, in order to take into account the non-ideality of the winding, a generalized expression, formally analogue to the classical one, is presented. Models to determine the worst case and the statistical measurement accuracies are hence provided. The following sources of error are considered: effect of the joints, disturbances due to external sources of field (the currents flowing in the poloidal field coils and the ferromagnetic inserts of ITER), deviations from ideal geometry, toroidal field variations, calibration, noise and integration drift.The proposed methods are applied to the measurement error of the CER, in particular in its high and low operating ranges, as prescribed by the ITER system design description documents, and during transients, which highlight the large time constant related to the shielding of the vacuum vessel.The analyses presented in the paper show that the design of the CER diagnostic is capable of achieving the requisite performance as needed for the operation of the ITER machine.
本論文は、ロゴスキーコイルの性能に関する包括的な研究を行う。これは、ITER装置の総トロイダル電流を測定するContinuous External Rogowski (CER)の能力を評価するために開発された方法論について述べる。本論文は主にCERを対象としているが、その内容は一般的であり、あらゆるロゴスキーセンサに関連する。CERは、複雑な閉経路に沿って巻かれた2つの同心らせんコイルから構成される。ITER環境を詳細に考慮して、測定誤差を定量化するためのモデリングおよび計算活動が実施された。センサの幾何学的複雑さは正確に考慮され、ロゴスキーセンサの磁束鎖交を計算するための古典的表現を提供する標準モデルが定量的に検証される。次に、巻線の非理想性を考慮するために、古典的なものと形式的に類似した一般化表現が提示される。したがって、最悪ケースおよび統計的測定精度を決定するためのモデルが提供される。以下の誤差要因が考慮される: 接合部の影響、外部磁場源による外乱(ポロイダル磁場コイルに流れる電流およびITERの強磁性インサート)、理想的な幾何形状からの偏差、トロイダル磁場の変動、較正、ノイズ、および積分ドリフト。提案された方法は、CERの測定誤差に適用される。特に、ITERシステム設計記述文書で規定されている高動作範囲および低動作範囲、ならびに真空容器の遮蔽に関連する大きな時定数を浮き彫りにする過渡状態中に適用される。本論文で提示された解析は、CER診断の設計がITER装置の運転に必要な要求性能を達成できることを示している。