Til hovedinnhold

ET-02 Effekt av raske spenningsvariasjoner på elkraftkomponenter

ET-02 Effekt av raske spenningsvariasjoner på elkraftkomponenter

Forskningsleder

Aldring og testing av elektriske isolasjonssystem under raske spenningsvariasjoner fra kraftelektronikk

Figuren viser noen viktige områder der kraftelektronikk spiller en avgjørende rolle. Alle disse områdene er sentrale for å kunne elektrifisere nye områder, men de krever også høy pålitelighet og lavest mulig pris. For å oppnå dette må en forstå begrensningene til isolasjonsmaterialene brukt i kraftelektronikken og tilkoblede elkraftkomponenter.

Motivasjon og relevans

Elektrifisering av stadig nye sektorer og innfasing av ny fornybar energi i kraftnettet er avgjørende for å adressere klimakrisa. Innfasing av fornybar energi (e.g. sol og vind), og erstatning av forurensende gassturbiner på olje og gassinstallasjonene i Nordsjøen, er viktige eksempler der kraftelektronikk spiller en avgjørende rolle. For å få ned tapene går en stadig mot raskere veksling mellom ulike spenningsnivå, og mot høyere spenningsnivå for hver enkelt komponent i kraftelektronikken. Dette er en positiv utvikling da det fører til lavere tap, men det fører også til utfordringer for isolasjonssystemet til tilkoblede elkraftkomponenter. Disse vil se svært mye raskere spenningsvariasjoner enn det de tradisjonelt blir utsatt for. Bedre forståelse av hvordan bruk av kraftelektronikk påvirker levetiden til elektrisk isolasjon i kabler, maskiner, transformatorer og andre elektriske komponenter i nettet er avgjørende for å kunne realisere det potensialet som ligger i denne teknologien.

Bakgrunn

Mens elkraftapparater tradisjonelt har vært påkjent med 50 Hz AC spenning blir konverterstress med pulsspenninger med skarpe flanker stadig mere utbredt. Disse pulsformene fra konvertere er farligere enn sinusspenningene for det elektriske isolasjonssystemet i elkraftapparater.  Dette skaper utfordringer for design, og også for testing. Det er behov for mer kunnskap om hvordan svært raske transienter påvirker aldring av ulike typer elektrisk isolasjon og om hvordan aldring og utladninger kan måles på utstyr under reelle påkjenninger. Ettersom halvlederteknologien endres med stadig høyere spenninger og kortere switche-tider blir utfordringene mere presserende.

Ny måleteknikk må testes ut for alle ulike relevante isolasjonssystemer. De tradisjonelle testmetoder, som utladningsmålinger, fungerer ikke under denne typen stress.  I første omgang må nye metoder som f.eks. radiostøymalinger sammenliknes med tradisjonelle måleteknikker under AC spenninger. Transformatorisolasjon gir, fordi den er transparent, muligheter for også å måle utladninger med lys. Seinere kan de nye metodene testes opp mot modeller påkjent med kraftlektronikkspenninger.

Oppgave

Sommerjobben vil gå ut på å teste enkle modellsystemer under høy spenning (tradisjonell AC og raskere spenningsvariasjoner). Nye og eksisterende måleteknikker vil bli brukt for å forbedre vår forståelse av hvordan raske spenningsvariasjoner bryter ned isolasjonen, og hvilke målemetoder som bør brukes for å registrere nedbrytningsprosessene.

Arbeidet knyttes til eksperimentell testing av modellsystemer i laboratoriet i et eksisterende laboratorieoppsett. Kandidaten forventes å sette seg inn i teori vedrørende degradering av isolasjonssystemer, nødvendig måleteknikk og arbeid i lab. Det er en fordel om arbeidet kan videreføres i en prosjekt- og masteroppgave.

Oppgaven består i å:

  • Sette seg inn i problemstillingen
  • Aldring/testing av modellsystemer under høy spenning
  • Analyse av data
  • Skrive rapport

Forutsetninger

Det er en fordel at sommerjobberen har kjennskap til (eller evne til å sette seg inn i):

  • Praktisk arbeid i laboratoriet
  • Elektromagnetiske fenomener (strøm, spenning, elektriske felt, etc.)
  • Beregningsverktøy for analyse av data (e.g. Matlab)
  •  Grunnleggende teori om kraftelektronikk

Medveileder: Lars Lundgård

Slik søker du

Søknad sendes til: 
EN-sommerjobb2020@sintef.no

Vi trenger søknadstekst, CV og karakterutskrifter samlet i ett pdf-dokument. Hos SINTEF Energi kan du søke på opptil 3 energisommerjobber. Om du søker på flere jobber sender du en samlet søknad.

I tittel-/subjectfeltet skriver du navnet ditt og jobbnummeret på de sommerjobbene du søker på. Søker du på flere ber vi deg skrive jobbnumrene i prioritert rekkefølge (f.eks GT-01, TE-04 ...)

Søknadsfrist er 1. mars, aktuelle kandidater vil bli kontaktet fortløpende. Vi oppfordrer deg derfor til å søke tidlig.