ET-07 Modellering av isolerende væsker

Motivasjon og relevans

For å nå FNs bærekraftsmål om å kutte klimautslipp, er vi inne i en storstilt elektrifisering av samfunnet. Dette øker belastningen på strømnettet og fører til hardere drift av elkraftkomponenter som transformatorer, kabler og brytere. Væskeisolerte transformatorer er hjørnesteiner i det elektriske transmisjons- og distribusjonsnettet. Strøm passerer vanligvis gjennom 4-5 transformatorer fra produsent til forbruker.

Bruk av nye miljøvennlige isolerende væsker kan bidra til å gjøre transformatorer mer robuste under nye driftsbetingelser. Slike  væsker er bedre for miljøet, reduserer brannrisiko og har gode kjøleegenskaper sammenlignet med tradisjonelle mineraloljer. Samtidig er det utfordringer med å vurdere den viktigste egenskapen til en dielektrisk væske - dens evne til å motstå elektrisk nedbrytning. Manglende grunnleggende forståelse for og modeller av elektrisk gjennomslag i væsker skaper usikkerhet for både produsenter og forbrukere, og kan føre til utfordringer i drift og utbygging av det elektriske nettet. SINTEF har spesialisert seg på dielektriske egenskaper til isolerende væsker og har ledet internasjonalt arbeid på dette.

Bakgrunn

Isolerende væsker blir ledende når de utsettes for et elektrisk felt som overstiger deres elektriske holdfasthet. Da dannes det ledende kanaler, streamere, i væska som kan gi elektrisk overslag. Fenomenet kan minne om lyn, som altså er elektrisk overslag i luft. Det finnes mange teorier og modeller for hvordan streamere forplanter gjennom ei veske, men det er også mange usikkerheter. Spesielt når det kommer til å forstå oppførselen til nye væsker, som kan være veldig annerledes fra de tradisjonelle mineraloljene. SINTEF har nylig målt høyfelts ledningsevne for flere nye væsker. Vår hypotese er at forskjeller i ledningsevnen kan forklare noen av forskjellene vi ser for streamer forplanting i tradisjonelle og nye væsker.

Det er klart at væskers molekylære egenskaper påvirker den makroskopiske oppførselen for elektrisk overslag. Eksempelvis har tilsatsstoffer med lavt ioniseringspotensial (IP) blitt brukt for å redusere forplantningshastigheten til streamere ved høye overspenninger. Vi har sammen med NTNU utviklet modeller for å se hvordan høye elektriske felt påvirker ioniseringspotensialet til ulike molekyler.

Vi ønsker å få en bedre forståelse av det elektriske feltet i forkant av en slik streamer, hvordan høyfeltledningsevne påvirker feltet, og på hvilke tidsskalaer det skjer. Disse utfordringene kan studeres fra ulike vinkler. Høyfeltledningsevne for ulike væsker kan måles i labforsøk. Makroskopisk ledningsevne kan modelleres, beregnes og vurderes mot eksperimenter. Molekylære egenskaper kan modelleres for høye felt. Sammenlagt kan disse metodene gi en bedre forståelse av hvorfor streamere oppfører seg som de gjør i ulike væske, med ulike bestanddeler.

Oppgave

Oppgaven knyttes til arbeidet med å forstå høyfeltledningsevne i isolerende væsker. Fortrinnsvis ønsker vi å se på modellering av molekylære egenskaper i høye felt. Makroskopisk modellering av høyfeltledningsevne og labforsøk av ledningsevne vil også være aktuelt. Oppgaven kan langt på vei tilpasses med mer eller mindre vekt på teori eller praksis i samråd med studenten. Arbeidet kan med fordel videreføres i en prosjekt- og masteroppgave.

Oppgaven består i:

• Sette seg inn i modell for feltavhengig ioniseringspotensiale
• Beregne feltavhengig ionisasjonspotensiale for ulike molekyler

Og/eller:

• Sette seg inn i høyfeltledningsevne
• Tilpasse modeller for høyfeltledningsevne
• Beregne felt for ulike geometrier og væsker

Og/eller:

• Sette seg inn i utstyr for måling av høyfeltledningsevne
• Måle høyfeltledningsevne for ulike væsker
• Undersøke mulige sammenhenger mellom ledningsevne og karakteristikker for elektrisk overslag

Forutsetninger

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

• Molekylær modellering (fortrinnsvis DFT)
• Elementmetoden (FEM, fortrinnsvis i COMSOL)
• Programmering/modellering i f.eks. Python
• Modeller for høyspenningsledningsevne
• Laboratoriearbeid med høyspenning

Hovedveileder Inge Madshaven

Medveiledere: Øystein Hestad  og Torstein Grav Aakre

Slik søker du:

Søknad, CV og karakterutskrifter lastes opp der du søker.

Hos SINTEF Energi kan du søke på opptil tre sommerjobber. Om du søker på flere sommerjobber sender du en samlet søknad. Jobbnummer for de ønskede jobbene legges som overskrift i søknadsteksten i prioritert rekkefølge (f.eks GT-01, TE-04 ...). Vi gjør oppmerksom på at søkere kan vurderes for andre sommerjobber enn de har søkt på.

Stillingene fylles fortløpende. Vi anbefaler deg derfor å søke tidlig.

Søk her

Søknadsfrist er 5. november kl 23.59. 

Se alle sommerjobber i SINTEF Energi