Gassisolerte koblingsanlegg (ofte kalt GIS-anlegg) er essensielle komponenter i et robust, sikkert og fleksibelt energisystem. Bryterne i koblingsanleggene kobler ut strømmen når det oppstår feil i nettet og ved overspenninger som følge av f.eks. lynnedslag. I tillegg brukes koblingsanleggene til å omdirigere energiflyten for å minimere tapene i systemet. Den vanligste gassen som brukes i bryterteknologi er SF6, blant annet fordi den har svært god elektrisk isolasjonsevne. Dessverre er SF6 den sterkeste klimagassen vi kjenner til, mer enn 25 000 ganger sterkere enn CO2 per kg. Ved å finne en god erstatning til SF6 kan miljøavtrykket til Norges og verdens koblingsanlegg reduseres kraftig.
En stipendiat ved NTNU begynte høsten 2021 og arbeider med eksperimentell karakterisering og simulering av elektriske utladninger i gass-alternativene til SF6. Et oppsett bestående av en 400 L, 1.5 bar trykktank er montert med spesiallagde elektroder og koblet til en lynimpuls-generator. Avanserte høyhastighetskamera avbilder utladningene i tanken med opptil én milliard bilder i sekundet. En fotomultiplikator registrerer lys fra utladningene. Det har blitt gjort innledende forsøk i både ren luft og ketongass-blanding, og en konferanseartikkel om disse resultatene har blitt presentert på Nordic Insulation Symposium i Trondheim (Norge) i 2022.
Fokuset har deretter spisset seg inn på sannsynligheten for utladninger, der det både har blitt gjort mange forsøk på lab, samt blitt kjørt tunge beregninger vha. superdatamaskin for å verifisere en sannsynlighetsbasert beregningsmodell for utladninger i ulike gassblandinger. Disse forsøkene ble gjort i både ren luft og i fluorketongass-blanding, og resulterte i en konferanseartikkel som ble presentert på International Symposium on High Voltage Engineering i Glasgow (UK) i 2023. Sammenligningen mellom simuleringsresultater og labeksperimentene for forsøkene i luft har resultert i en tidsskriftartikkel som ble publisert i tidsskriftet Plasma Sources Science and Technology oktober 2024. En interessant polaritetsavhengighet for luft ble oppdaget, og forsøk ble utført med en litt annen spenningsimpuls i samarbeid med en masterstudent. Disse forsøkene, i kombinasjon med de tidligere forsøkene i luft, resulterte i en konferanseartikkel som ble presentert på IEEE International Conference on High Voltage Engineering and Application i Berlin (Tyskland) i 2024.
Våren 2024 (5 måneder, januar-mai) var stipendiaten på forskningsopphold (utveksling) ved ETH Zürich. Her ble problemstillingen knyttet til polaritietsavhengigheten for sannsynlighet for utladninger i luft forsket på fra en annen vinkel: nemlig ved å se på tidsforsinkelsene til utladningene når elektrodene ble utsatt for en DC-spenning. Laboppsettet til ETH Zürich som stipendiaten fikk bruke er spesiallaget for å studere nettopp tidsforsinkelser, og er noe hun ikke ville hatt mulighet til å gjøre forsøk på ved NTNU. En stipendiat fra ETH Zürich var i samme tidsrom på utveksling ved NTNU for å benytte seg av labutstyr de ikke har på ETH. Tunge simuleringer ble brukt for å studere tidsforsinkelser teoretisk. Resultatene fra tidsforsinkelsesforsøkene, både eksperimenter og simuleringer, har resultert i en tidsskriftartikkel som er innsendt til fagfellevurdering i august 2025. Stipendiaten har oppsummert doktorgradsarbeidet sitt i en avhandling som er levert til en vurderingskomité i månedsskiftet august/september 2025.
Stipendiaten har gitt viktige bidrag til å forstå forutsetningene for elektrisk overslag i luft, og for å kunne forutsi sannsynligheter for elektriske utladninger.
Innenfor elektroteknikken er dette av betydning for det pågående arbeidet med å erstatte drivhusgassen SF6 i høyspenningskomponenter.
Utfasing av SF6 er et viktig skritt mot å redusere klimagass-utslippene i nett-infrastrukturen.
I tillegg forventes resultatene å ha mulige virkninger innenfor andre anvendelser der elektriske utladninger i luft kan forekomme.
Stipendiaten har også bidratt aktivt i undervisning og veiledning av sivilingeniører i Energi og miljø, i seg selv et viktig bidrag til å utvikle kompetanse for det grønne skiftet.
