Duurzame energie vraagt om nieuwe elektriciteitsnetten, soms over hele continenten heen, omdat 'groene energie' vaak op verafgelegen plaatsen wordt opgewekt. Een algemeen probleem in deze netten is dat elektrisch geleidende delen door isolatoren van de omgeving gescheiden worden maar dat er toch vaak een vonk buitenop de isolator ontstaat, die blijvende schade toebrengt aan de apparatuur. Dit was tot nu toe niet goed begrepen. Anna Dubinova, promovenda van het Centrum Wiskunde & Informatica (CWI), ontwikkelde nieuwe wiskundige modellen en technieken om het gedrag van deze vonken te voorspellen. Zij promoveert op 1 september aan de Technische Universiteit Eindhoven op haar proefschrift 'Modeling of streamer discharges near dielectrics'. Met de resultaten kan de architectuur van hoogspanningsnetwerken fundamenteel worden vernieuwd en verbeterd.
De promovenda zegt: "Er was nog niet veel bekend over deze 'kruipende vonken', zoals wanneer ze ontstaan en hoe de ontlading daarna gaat lopen. Soms loopt een vonk langs een oppervlakte, ook als het afgelegde pad daar veel langer is dan rechtstreeks door de lucht. Door onze modellen is het nu duidelijker hoe het gedrag afhangt van de geometrie, het soort gas en het type isolator. Een belangrijke isolator in de industrie is SF6, een sterk broeikasgas. Alternatieven daarvoor kunnen nu beter worden afgewogen". De resultaten zijn niet alleen toe te passen op hoogspanningstechnologie maar ook op het ontstaan van bliksem. "Hagelstenen zijn ook isolatoren. Samen met Casper Rutjes en anderen ontwikkelde ik modellen die beschrijven hoe bliksem opstart in een onweerswolk: door een combinatie van puntige hagel en kosmische deeltjes". Dit haalde in 2015 de internationale pers.
Het onderzoek is gefinancierd door Technologiestichting STW en ABB Corporate Research. De wiskundige modellering is uitgevoerd door de promovenda en een postdoc in de Multiscale Dynamics onderzoeksgroep van 'bliksemprofessor' Ute Ebert. Daarnaast hebben twee promovendi aan de Technische Universiteit Eindhoven de verschijnselen experimenteel onderzocht. Verschillende bedrijven zijn geïnteresseerd in de toepassingen van de nieuwe inzichten, bijvoorbeeld voor hoogspanningsapparatuur of 'high intensity discharge' lampen voor buitengebruik, in winkels en auto’s.
Meer informatie
- De Multiscale Dynamics onderzoeksgroep van het CWI
- NWO website: Creeping sparks project
Illustratie 1: Detail van een simulatie van een gepulste, positieve ontlading bij een isolerende staaf, gemaakt door Anna Dubinova (CWI).
Illustratie 2: Meer simulaties van de gepulste, positieve ontlading bij een isolerende staaf. Bron: Proefschrift A. Dubinova (CWI), p.49.
Illustratie 3: Foto (genomen met lange sluitertijd) van coronaontlading op een isolator van een bovengrondse 500 kV-spanningskabel. Bron: Corona discharge picture op Wikipedia (gemakt door gebruiker Nitromethane, CC BY-SA 3.0, file Corona discharge 1.JPG (verkleind), 18 July 2013).
Illustratie 4: Anna Dubinova rond 2012. Bron: CWI.
Illustratie 5: Schade door vonken op elektrische isolatoren. Foto gekregen van Anbang Sung (Leibniz Institute for Plasma Science and Technology, Greifswald), bron onbekend.
