Seksjonen forskning består av saker som er skrevet av ansatte i Forskningsrådet, Sintef, NTNU og UiO.
Dette anlegget i Skien er en av trafostasjonene i Norge som har vært rammet av eksplosjon. Hendelsen inntraff i juni 2000 og resulterte i brann og et omfattende oljeutslipp. (Foto: Mads Aas, Statnett)

Vil hindre trafo-smell med bilteknologi

Saken er levert av gemini.no.

– Trafohavari har tatt menneskeliv når det har gått ordentlig galt, sier Håkon Nordhagen, materialspesialist fra SINTEF.

Store transformatorer er fylt med brennbar olje. De finnes i alle kraft- og koplingsstasjoner i elforsyningen, og i mange større bygninger.

Får de indre feil som gir kortslutning, oppstår lysbuer som kan være flere tusen grader varme.

Les også: Nytt prosjekt skal lindre nettselskapenes store hodepine

Liten sjanse

Sannsynligheten for at Norge skal rammes av store eksplosjoner grunnet slike kortslutninger er lav, ifølge Nordhagen. Men fordi liv og verdier kan gå tapt hvis det først skjer, vil han og kolleger nå tilføre strømforsyningen sikkerhetsløsninger fra bilindustrien.  

– I dag pakkes trafoene inn i stive skall av stål. Risikoen for eksplosjoner kan synke hvis kraftbransjen i stedet går over til å bruke myke konstruksjoner som opptar energi på samme måte som moderne bilkarosserier, sier forskeren.

Les også: Nissan lot norske forskere hente ut data direkte fra bilens indre

Forprosjekt i gang

Ideen om å bruke bilteknologi i "kassene" rundt trafoer, har resultert i et forprosjekt der material- og elkraftekspertise i SINTEF samarbeider.

Initiativtakerne i Trondheim begynte å jobbe med løsningen for snart fire år siden.

Nå ønsker de å framskaffe mer fundamental kunnskap på området. I forprosjektet har de fått fire norske energiselskaper med seg.

Les også: – Hvis vi kunne brette ut poreveggene i fem gram aerogel, ville det dekke Lerkendal stadion

Oljedamp utvider seg

Alle store trafoer bruker olje til isolasjon og kjøling. Da får de nemlig langt mindre energitap og bedre driftssikkerhet enn tørrisolerte transformatorer for høye spenninger og store ytelser. Ved elektrifisering av sokkelen vil oljefylte transformatorer i økende grad dukke opp også offshore.

Statistiske beregninger viser at indre kortslutninger årlig vil inntreffe i rundt 15 av de 3000 trafoene Norge har av denne typen. Lysbuen som oppstår i slike situasjoner, får oljen til å fordampe og utvide seg voldsomt. Dette forårsaker en kraftig og svært rask trykkoppbygging i kassa som omgir trafoen.

Hvis kassa sprekker, vil brennbare gasser lekke ut. Antennes disse, kan en eksplosjon inntreffe. Alt brennbart i et stort område rundt trafoen kan da bli satt i brann. Sprekker bunnen i trafokassa, kan flammene bli foret med olje – og brannen bli langvarig.

Les også:  Denne beskytter gruvearbeidere verden over

I 1997 eksploderte en transformator i Halden som følge av en indre kortslutning. En voldsom oljebrann fulgte i kjølvannet.  Først etter 19 timer var brannen slokket.
I 1997 eksploderte en transformator i Halden som følge av en indre kortslutning. En voldsom oljebrann fulgte i kjølvannet. Først etter 19 timer var brannen slokket. Statnett

Stivhet gir bivirkninger

To typer grep er gjort for å hindre slike brann- og eksplosjonsulykker.

  • Transformatorene er utstyrt med et elektrisk vern som kopler dem raskt fra nettet når indre kortslutninger oppstår. Dette slokker lysbuen raskt.
  • I tillegg er kassene rundt trafoene forsterket med påsveisede avstivere av stål. Dette gjøres for at de skal tåle trykkøkninger og transport, og for at veggene ikke skal bli sugd innover som følge av vakuumet som brukes under fylling.

– Men stivheten som bygges inn, har en uheldig bivirkning, påpeker materialforsker Nordhagen.

Les også: Dette er den typiske eieren av et solvarmeanlegg

Høyt indre trykk

Selv om kassene tåler mer trykk enn de ville gjort uten forsterkningene, medfører stivheten at de "nekter" å utvide seg når lysbuen brenner.  Dette får trykket i oljen og gassen til å stige kraftig. Og et høyt indre trykk i kassene er uheldig av flere grunner, ifølge forskeren:

Brennbare gasser og olje kan lekke fra pakninger og gjennomføringer og dermed forårsake eksplosjon/brann. I tillegg oppstår spenninger i materialet, noe som øker sjansen for revner i kassa. Og sprekker kassa, vil bolter, deksler og liknende deler bli slynget ut med større kraft, jo større det indre trykket er.   

Derfor ivrer Nordhagen og kollegene hans for det "karosseri-liknende" alternativet.

Les også: Disse solcellene er laget av plast

Energiabsorberende kasser

– Bilkarosserier har myke soner som tar opp energien fra kollisjoner ved å krølle seg sammen. Ideen vår er å utforme trafokassene slik at de utvider seg ved indre trykkøkninger, men uten at store materialspenninger og svake punkter følger med på kjøpet. Det er fullt mulig å oppnå dette og samtidig sikre at kassen er stiv nok til å tåle transport og vakuumet ved påfylling av olje.

Målet for det nylig igangsatte forprosjektet om trafosikkerhet er å få i gang et større kompetansebyggende hovedprosjekt.  

– Med mer kunnskap og nye matematiske modeller vil vi få se sammenhengen mellom lysbuefysikk, trafokassa og det elektriske vernet. Dette vil gi oss nye muligheter til å regne oss fram til sikre løsninger, sier forsker Håkon Nordhagen.

Denne saken ble opprinnelig publisert på Gemini.no – et nettsted for forskningsnytt fra NTNU og Sintef. Artikkelforfatteren er tilknyttet Sintef.

Les også:

Kartlegger havbunnen i Barentshavet med nytt superkamera

Slik kan sykehuset bore i betong nesten uten støy

Ny forskning skal gjøre det mulig å hente ut sjeldne jordarter fra avfall