Hur ofta tänker vi på hur vi egentligen får vår elektricitet innan det når vägguttaget? Vi blir intresserade först när ljuset plötsligt slocknar, huset blir kallt och kaffebryggaren vägrar att samarbeta. Något mer dramatiskt blir det när Expressens stora löpsedlar talar om för oss att ett elavbrott har skett i något sjukhus. Mindre angelägna känns nyheter om att en fabrik har miljonförluster pga brist på elektrisk energi eller att kvalitén är dålig. Som tur är händer sådant sällan. Man borde vara medveten om att endast ca 20% av jordens befolkning har tillgång till el med den kvalitén som vi är vana vid och att våra behov av allt bättre standard ökar. En stor del av mänskligheten får endast sporadiskt tillgång till elektricitet, en ännu större del kommer aldrig i kontakt med elektricitet.
Det är bara 100 år sedan man började producera och distribuera elektricitet. De första elkraftverken producerade likström med låg spänning och redan tidigt insåg man begränsningarna med detta. För att lönsamt kunna skicka ström över längre sträckor var man tvungen att höja spänningen. Växelströmsgeneratorer samt transformatorer byggdes och man utarbetade transmissionsmetoder med flerfassystem. Med den ständigt stigande efterfrågan på elkraft rullade utvecklingen på i snabb takt. Idag skickar man enorma energimängder med allt högre spänningar från avlägsna källor till stora städer och små ödsliga landsbygdsorter. De ekonomiska vinsterna och utvecklingen av nya teknologier gjorde att man kunde gå tillbaka till transmission av likström med hög spänning. Den första likströms kabellinjen i världen förenade tidigt på 50-talet Gotland med fastlandet och för två år sedan lades den för närvarande starkaste likströmskabeln i världen mellan Sverige och Tyskland. Med ständigt ökande krav på kvalité och tillförlitlighet av energileveranser planeras nya förbindelser. Man bygger dessutom ut de redan existerande systemen. Värdet utav de endast i Sverige installerade anläggningarna uppgår numera till 230 miljarder kronor.
Högspänningstekniken sysslar framför allt med frågor rörande elektrisk isolation och processer som försiggår i samband med arbetsspänningar och vid överspänningar. Den omfattar studier av elektriska fält, urladdningar och genomslag i gaser, vätskor, fasta material och komplicerade isolationssystem samt överspänningar och profylax i samband med dessa. Ytterligare ämnen med intresse är högspänningsmätningar samt prövning och diagnostisering av olika slags anläggningar.
Hydrofoba (överst) och hydrofila (underst) ytor av fältåldrade silikon- och EPDM-isolatorer.
Vid chalmersinstitutionen för högspänningsteknik arbetar vi med inriktning på modern utomhus högspänningsisolation. Denna, i motsatts till den traditionella baserad på porslin och glas, utnyttjar polymera material. Dessa används som väderresistenta externa skyddsdelar av isolatorer och borde kännetecknas av hög hydrofobicitet för att uppnå maximala prestanda. De nödvändiga egenskaperna är opolaritet, stor stabilitet mot urladdningar samt mot fuktiga, salta, syrliga, tropiska och arktiska miljöer. Dessa krav begränsar antalet polymera material som kan tillämpas. Idag använder man i praktiken endast silikon- och EPDM-gummi. Svåra omgivningsförhållanden kan leda till tillfällig eller permanent förlust av hydrofobicitet. Dagens polymera isolatorer med goda hydrofoba egenskaper designas pessimistiskt nog som om de hade varit i ett hydrofilt tillstånd. Detta innebär i praktiken att fördelarna med att använda polymera material istället för porslin och glas inte används till fullo.
Laboratoriestudier visar att hydrofobiciteten på ytan av en kompositisolator är ett komplext och dynamiskt fenomen. Hastigheten av förlust och återhämtning av denna egenskap varierar kraftigt och är relaterad till gummisammansättningen samt ytförhållanden. Förlusten av hydrofobicitet antas vara orsakad av sidogruppernas reorientering i molekylen och oxidation. Återhämtningen däremot beror på reorienteringen, diffussionen av den lågmolekylära fraktionen till ytan och molekylära brott. Alla nämnda processer tros verka samtidigt och det är endast miljöfaktorerna som avgör vilken av dessa som kommer att vara dominant. Detta kan iakttas då silikongummiytor behandlas på olika sätt i syfte att framkalla förlust av hydrofobicitet. Mekanisk behandling (sandblästring, gnidning) leder till snabba förändringar, medan då ytan utsätts för vatten (immersion, regn, kondensation) och andra vätskor (alkohol) orsakar dessa långtgående förändringar, ibland även irreversibla. Elektrisk påverkan (plasma, korona) ger mellanliggande effekter. I fältförhållanden äger mer eller mindre reversibla omsvängningar från hydrofoba till hydrofila tillstånd rum.
SEM-bilder på ytir av fältåldrade silikon- (överst) och EPDM-isolatorer (underst).
För att i tid kunna följa åldringsprocesserna i naturlig miljö genomför man samtidigt tester i Annebergstationen i närheten av Göteborg. Väderförhållanden, intensiteten av naturliga föroreningar, läckströmmar, erosion samt hydrofobicitet mäts. Mycket känsliga mätsystem används för läckströmsmätningarna. Resultaten klassificeras med utgångspunkt från olika vädertyper och visas som funktion av tiden, typen av material och isolatorns design.
Intensiv forskning bedrivs i samarbete med kemister och fysiker för att förklara förändringar av egenskaper som uppkommer i samband med artificiell och naturlig åldring. Man tillämpar flera olika analysmetoder: Scanning Electronic Microscopy (SEM), Fourier Transform Infrared Analysis (FTIR), Electron Spectroscopy for Chemical Analysis (ESCA), och Secondary Ion Mass Spectroscopy (SIMS). I samband med dessa har man med hjälp av ESCA och SIMS hittat lågmolekylär polymerfraktion på ytor av silikongummi även efter användning i fält. Dock återstår fortfarande frågan om detta skikt bildas via migration av silikonoljor från de inre delarna eller av depolymeriserade molekyler på gummiytan som uppstår vid åldringsprocesser.
Det finns en tradition i Sverige av pionjärarbete inom högspänningsteknik. Samarbetet mellan svenska elkraftsbolag, tillverkare och universitet har bidragit till en hög nationell kompetens och kunskapsnivå inom detta område. Det långsiktiga målet med forskningen på chalmersinstitutionen är att ta fram kostnadseffektiva elkraftsnätverk som garanterar ökad personalsäkerhet, förbättrad elkvalité, innehållande lätta och kompakta apparater och komponenter samt med en minimal miljöpåverkan.
(Texten publicerades 1996 i skriften Ny kunskap.)