Veileder: Svein Sigmond, e-mail: sigmond@phys.ntnu.no, Intern tlf.: 93624 Rom nr. E3-134

Statistikken viser at i middel vil ett helikopter om året bli alvorlig skadet av lyn over Nordsjøen. Det er rent hell at ingen liv er gått tapt til nå. Lynene synes å være overveiende positive, i steden for negative som er vanlige over land. De respekterer ikke de internasjonale flysikkerhetsnormene for lyn som helikopterne er konstruert etter, og gir rotorer og skrog skader i 10-mill kroner klassen.

Etter et havari av et Super Puma helikopter nær kysten februar 1996 fikk jeg oppdrag av Helikopter-service A/S å lete etter årsak og botemidler. Min rapport kom også i hendene på Helikopterservice’s søsterselskap Bond Helicopters i Scotland, med den følge at jeg nå har som oppdrag fra British Civil Aviation Authority å anbefale og utvikle varslingssystem for lynfare for britiske helikoptere.

Mine anbefalinger er A) å installere et fransk landbasert antennesystem for lynaktivitets-kartlegging SAFIR over de mest trafikkerte områder av Nordsjøen, og B) montere målere for elektrisk felt på hvert helikopter. SAFIR- systemet får vi bare indirekte befatning med, mens utvikling, montering, testing og ferdigstillelse av feltmålere er vår sak, via Sintef Energiforskning A/S (SEFAS, tidligere EFI).

Sammen med våre partnere ved Gas Discharge Laboratory, Tartu Universitet i Estland, har vi nå utviklet og patentert en feltmåler basert på koronautladning, som skulle tåle å måle feltet utenfor et helikopter i fart gjennom snø og regn.

Deretter har vi modifisert en kjent type feltmålere basert på vibrerende elektrode, slik at måleren blir vanntett innelukket. Denne måleren vil også egne seg til å måle feltet inne i vakuum eller trykkgassisolerte systemer, noe som Sintef Energiforskning (SEFAS) er svært interessert i. Her må en prototype bygges og utprøves.

Arbeidsoppgavene blir videre utprøving og nødvendige modifikasjoner av feltmålerne, og oppfølging med planlegging av produksjonsapparatur for helikoptermontasje. Samtidig må vi samle og ta opp data for elektriske forhold i Nordsjøen, gjerne fra helikoptere utstyrt med feltmålerne. Praktisk talt intet er kjent om torden og lyn over Nordsjøen, og svært lite er kjent om positive lyn i det hele tatt.

B. Virkning av ubalansert korona-utlader på helikopters lyn-sikkerhet

I et skriv til Bond Helicopters 3.10.1997 påpekte jeg at korona-spissene i halen på Super Puma helikopterne utgjorde en lynsikkerhetsrisiko. Når helikopteret befinner seg i et så sterkt ytre elektrisk felt at det er risiko for at helikopteret trigger lyn, vil korona-utladerspissene i halen redusere feltet rundt halepartiet (feltet der vil hale ladning ut av koronaspissene inntil feltet blir så lavt at koronaen slukner). Dette vil automatisk medføre at feltet rundt frontpartiet av helikopteret økes like mye, og dette øker selvsagt risken for at et lyn starter der.

Jeg kommer nå, i samarbeid med Sintef Energiforskning (SEFAS) til å utarbeide et prosjektforslag overfor Bond Helicopters og British Civil Aviation Authority om å prøve ut dette ved å plassere helikoptermodeller i elektriske felter i SEFAS høyspenningshall og måle ut virkningen av koronautladere plassert forskjellige steder på modellene. Jeg er overbevist om at dette forslaget vil bli akseptert, og vil i så fall gi interessant oppgave for 1-2 diplomkandidater til høsten.

Høyspennings kraftledninger er gjerne beskyttet mot direkte lynnedslag ved en eller to jordete "toppliner" montert over de strømførende fasene. Negative lyn, som er mest vanlige i innlandet (90%) og som all lynforskning har vært konsentrert om, blir trukket til disse topplinene ved at linene sender ut et "mot-lyn" som treffer den nedadgående lynkanalen og trekker denne til seg. Slik virker alle lynavledere, og har rimelig effektivitet mot negative lyn.

Positive lyn, som har ca 10% forekomst i innlandet men opp til 50% langs kysten, kan være opp til 10 ganger kraftigere enn negative lyn, og anrette tilsvarende skader hvis de treffer aktive nettfaser. Problemet er imidlertid at ingen vet om eller eventuelt hvordan lynavledere virker på positive lyn. Foreliggende pågående prosjekt har som mål å finne ut dette, og om mulig å finne effektive lynavledere for positive lyn.

Prosjektet drives av Sintef Energiforskning (SEFAS, før EFI) og Statnett, og nytter EFI’s høyspenningshall med 2 mill. volt lynpulsgenerator. Fra fysikk har Tore Bersås og Kjetil Hus i 1998 avsluttet sin diplomoppgave på prosjektet, med interessante resultater. Arbeidet ble i 1998-99 ført videre av prosjektstudent Lisbeth Hvidsten (rom GF 200). Det er god plass for flere prosjekt- og diplomstudenter på dette prosjektet, som dels utføres i SEFAS høyspenningshallen.

Prosjektstudenter vil følge med arbeidet til diplomstudenten høst 2000, og overta arbeidet vår 2001.

Firmaet AITOS AS har bedt om assistanse til å utvikle et elektrostatisk anlegg som kan puffe uforbrent støv ned fra ovnsvolumet ned i den brennende avfallsmassen (vesentlig flis), slik at mindre går opp i pipa. AITOS har patent på slike ovner med svært lite miljøforurensende utslipp, og har en fullskala prøveovn i drift ved Ranheim papirfabrikken. For oss gjelder det å montere og utprøve koronautladningselektroder inne i den brennende gassen ved ca 800°C (eksperimentator er utenfor ovnen).

Vi er i gang med dette allerede. Vår 1999 hadde vi en fransk diplomkanditat Alban Kitous fra Ecole Normale Supérieure de Chimie de Paris som har gjort de innledende forsøkene, og også har sett på forskjellige kjemiske forhold ved ovnen. En eller to prosjektstudenter med fysikkbakgrunn, og/eller diplomkandidat(er), vil være svært velkomne for å fortsette arbeidet etter Alban.

Jeg fikk i sommer 1998 kjennskap til noen merkelige eksperimentelle resultater fra et anerkjent laboratorium i Marseille, og reiste ens ærend ned dit for å få første hånds opplysninger.

Ved bruk av differensiell mikrokalorimetri hadde Dr. Moia målt at isolatorer med innpodede fri ladninger (elektroner) absorberte vesentlig mer varme ved oppvarming enn prøver uten ladninger. Ved ca 80-100°C ga polymeren plutselig fra seg all den ekstra opplagrede varmen (elektronene "mistet kontrollen"). Jeg har en mistanke om at dette er grunnen til at vanlige polyetylen-isolerte kabler for AC ikke kan brukes for DC. Kan vi vise dette, er det litt av en sensasjon på elektromarkedet.

Vi har ikke noe tilstrekkelig følsomt mikrokalorimeter. Imidlertid har Knut Lønvik, nå pensjonert, laget en stor apparatur her på fysikk for termosonometri, som betyr at man langsomt varmer opp en prøve mens man lytter på prøven med følsom mikrofon. Dette skal være mer følsomt enn mikrokalorimetri for faseendringer mm. Lønvik er nå i aksjon med å tilpasse sin apparatur til denne oppgaven, og de første prøver kan forhåpentligvis kjøres i februar. Hvis disse første målingene blir vellykkede, slik at vi kan teste isolatormaterialer ved å lytte til dem, har vi nok jobb for resten av min tid her ved instituttet, og for prosjekt/diplom/dr.ing. i massevis, med betalt sommerjobb.

Veiledere:
Tore Løvaas, email: Tore.lovaas@phys.ntnu.no
Sten Wasbo, Eramet Norway

En oppgave i samarbeid med Eramet, Norway..

Oppgaven går ut på å benytte et ytre grid av temperaturmålinger i foringen på en elektrisk smelteovn for å bestemme utbredelsen av reaksjonsområdet inni ovnen. Siden temperaturmålingene vil være sterkt korrelert med elektrodeposisjon og innført effekt, må disse effektene modelleres og fjernes fra målingene for å få tak i størrelsen på reaksjonsområdet.