Unge ingeniører samler stærkstrømskabler nemmere og billigere
more_vert
close

Få de daglige nyheder fra Version2 og Ingeniøren. Læs mere om nyhedsbrevene her.

close
By signing up, you agree to our Terms & Conditions and agree that Teknologiens Mediehus and the IDA Group may occasionally contact you regarding events, analyzes, news, offers, etc. by telephone, SMS and email. Newsletters and emails from Teknologiens Mediehus may contain marketing from marketing partners.

Unge ingeniører samler stærkstrømskabler nemmere og billigere

Illustration: Kristoffer Jørgensen

En tunet CNC-fræser, en aflagt sprøjtekabine, en lånt støvsuger og en lejet koldgassprøjtningsmaskine. Det blev den europæiske kabelindustri mødt med, når de besøgte virksomheden ReliBond.

Midlerne mangler måske endnu, men de to unge ingeniører Martin Sander Nielsen og Christian Michelsen synes at være nær en løsning på et problem, som de tilfældigvis faldt over hos en kabelproducent for næsten tre år siden, og som fik dem til at beslutte sig for at finde en ny metode til samling af fremtidens højspændingskabler.

»Vi kunne se, at branchen havde en meget lineær tankegang. På samme tid læste vi om behovet for udvikling af kabelsystemer, hvis man vil løse fremtidens energiudfordringer,« siger Martin Sander Nielsen.

Problemet førte dem gennem kemi-laboratorier, forbi laser-svejsere og til sidst til en løsning med koldgassprøjtning, som lader til at virke. Den sparer potentielt kobber, penge og tid og kan derfor blive yderst relevant, når fremtidens grønne energi skal ledes rundt i Europa.

Illustration: MI Grafik / Lasse Gorm Jensen

Og det var en baggrund langt fra kabelbranchen, der fik de unge ingeniører til at tænke i usædvanlige baner.

En fremtid med mere kobber

Pilen peger i én retning for Europas energisystem: mere vedvarende, mere elektrisk og mere kobber i jorden eller over vores hoveder.

Derfor er der potentielt meget at vinde for dem, der kan tænke innovativt og spare på arbejdstid og materiale, og det mener ReliBond, at de kan. De har udviklet en automatisk proces til at coate enderne på store vekselsstrømskabler med strømledende metal.

En slags 3D-printning, som kan overflødiggøre den nuværende ekstremt arbejdskrævende metode, der skal til for at samle de store jord­lagte elkabler.

»Ligesom da Novo Nordisk så et marked i diabetes, så ser vi også et stort fremtidigt marked i det her,« siger Martin Sander Nielsen.

Det handler om lakering

Mens løsningerne har været udskiftelige, forbliver problemstillingen den samme. Den bunder i den såkaldte skin-effekt, hvormed vekselstrøm fortrænges til udkanten af lederen. Derved opstår en kerne af helt uudnyttede kobbertråde i midten, når tværsnittet på kablet bliver for stort.

Løsningen på det problem findes allerede: Adskiller man nok tråde med lakering og segmenter, kan man udnytte alt kobberet. Simpelt.

Med lakeringen følger dog nye problemer. Når kabelstykkerne skal testes eller samles i jorden, skifter lakken rolle fra helt til skurk. Loddes der, svulmer den op og danner urenheder. Presses kabelenderne sammen med en hylse, er der ikke forbindelse til store dele af kobberet.

Derfor gør kabelproducenter i dag én af to ting: Enten bruger de ikke lakeringen og lægger i stedet flere mindre kabler i jorden, eller også fjerner de lakken på kabelenden manuelt – en proces, der koster omtrent to arbejdsdage pr. ende pr. fase, og som industrien tydeligvis er interesseret i at optimere. Gennemlæsningen af patentlitteraturen gav de to nyuddannede ingeniører blod på tanden.

Alle kobbertrådene i kablet kortsluttes af den 3-4 mm tykke metalbelægning, som dermed leder strømmen til kabelendens hylse. Illustration: Kristoffer Jørgensen
Ved samlingen presses endnu en kobberhylse over to behandlede kabelender og leder på den måde strømmen videre. Illustration: Kristoffer Jørgensen

»Så har de tænkt: ‘Hvordan kan vi fjerne lakken smartest? Kan vi bruge noget kemi? Kan vi lave en maskine, der kan fjerne det?’. Det er de patenter, som ligger derude. De tænker alle i de samme baner,« siger Christian Michelsen.

Grundessensen i ReliBonds jagt på en løsning har været den stik modsatte.

»Vi skal gøre et eller andet, så vi ikke rammer den her lak. Den har de gjort sig meget umage med at sætte på kablet. Nu sidder den der, så lad den da blive siddende,« siger Martin Sander Nielsen.

Testopstilling til spotpris

Testopstillingen i Force Technologys laboratorium blev pillet ned i slutningen af sidste år. De forudgående måneder have ReliBond nået mange af deres mål, og både tilbage­meldingerne fra industrien og testresultaterne har været positive.

Omkring 30 minutter tager det at coate en kabelende med deres teknologi, og belægningen skaber forbindelse mellem alle kobber­trådene, så kabler let kan samles med en kobberhylse.

Opstillingen fik de til lån og spotpris, og de er ikke blege for at give credit til alle, der har givet muligheder, hvor der ikke var penge. Heriblandt Nilfisk, der lånte dem en industriel støvsuger.

En patentansøgning er nu under behandling, og de to unge ingeniører har hentet den erfarne Søren Isaksen ind som CEO. Nu bliver næste trin at overbevise en lettere konservativ branche om at skifte spor og investere i dem.

Fjerde gang var lykkens gang

Ud over gode samaritanere har vejen hertil også været brolagt med flere fejlslagne idéer.

De stødte først på problemet under Martin Sander Nielsens bachelor-projekt om induktionslodning, da de ledte efter en anvendelse for teknologien.

Den fandt de aldrig, og det stod også hurtigt klart, at induktionslodningen var for varm til at samle de lakerede kabelender. Lakken begyndte at boble op og fordampe. De måtte tænke ikke-termisk.

I DTU’s innovationshub Skylab viser de resultaterne af deres efterfølgende forsøg med skiftende niveauer af stolthed.

Illustration: MI Grafik

Først faldt valget på den noget koldere elektroplettering, hvor belægningen blev deponeret på kabelenden med en elektrolyt og en offeranod. På overfladen fungerede det perfekt.

»Problemet var bare, at producenterne ikke var superglade for, at der kom syre og baser i kablet,« siger Christian Michelsen.

Næste billede udløser en smule flovhed.

»Så gik vi over til laser-cladding. Her kan man se alle hullerne i belægningen,« siger Christian Michelsen.

Selvom deres forskellige ideer ikke alle har båret lige meget frugt, mener de to ingeniører, at det netop er deres omstillingsparathed, der har ført dem til en løsning langt fra kabelbranchens vanlige tankemønstre.

»Hvis vi skulle overleve, så blev vi nødt til at være kreative. Vi blev nødt til at trække på vores baggrund i universitetsverdenen. Professorer, der aldrig har arbejdet med kabler før,« siger Martin Sander Nielsen.

Derudover har det hjulpet at være naive.

»Det har helt sikkert hjulpet ikke at være indsovset i branchen. Vi er jo kommet fuldstændig blanke ind i det her,« siger Christian Michelsen.

sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

Artiklen giver kun mening hvis det er højspænding

Hvorfor dog det? Skineffekten og den deraf følgende ækvivalente indtrængningsdybde afhænger kun af frekvensen og kan med en vis tilnærmelse beregnes som:

δ = √ (ρ / (π × f × µ))

hvor δ er dybden i m, ρ er modstanden i Ωm, f er frekvensen i Hz, og µ er den absolutte permeability i H/m, som svarer til den relative permeabilitet µr multipliceret med 4π × 10^-7 H/m.

For kobber, som har en modstand på 1.678 × 10^-8 Ωm og en relativ permeabilitet tæt på 1, kan indtrængningsdybden beregnes som:

Dybde [mm] = 65.2 / √ Frekvensen [Hz]

For 50 Hz bliver indtrængningsdybden i kobber derfor ca. 9,2 mm. Et kabel skal altså være tykkere end omkring ø18 mm, før man behøver at lakere eller gøre andre tiltag til at mindske problemet; men spænding og strøm er helt underordnet bortset fra, et en stor strøm naturligvis giver større tab som følge af modstanden, som kan forøges pga. skineffekten.

  • 8
  • 1

For 50 Hz bliver indtrængningsdybden i kobber derfor ca. 9,2 mm.

Som jeg læser artiklen, vil kortslutningen på kabel-enderne i praksis skabe en kobberskive mellem de to kabel-ender, som er mellem 6 og 8 mm tyk (jeg antager, enderne slibes til, så det bliver to plane flader, der mødes).

Skiven vil imidlertid også have en diameter, der svarer til kablets tykkelse.

Hvilken effekt vil skin-effekten have på skiven - vil skiven udgøre en flaskehals på kablet, som modvirkes af kobberhylsen og den deraf følgende højere materialemængde i samlingen?

  • 2
  • 0

Skiven vil imidlertid også have en diameter, der svarer til kablets tykkelse.

Hvilken effekt vil skin-effekten have på skiven - vil skiven udgøre en flaskehals på kablet, som modvirkes af kobberhylsen og den deraf følgende højere materialemængde i samlingen?

Som du er inde på er den del af samlingen, strømmen løber uden at være opdelt i separate ledere af samme størrelsesorden som ledernes diameter, Det interessante er så, hvordan strømmen fordeler sig i en sådan skive.

Det er magnetiske felter der driver skin-effekten i et kabel. Det magnetiske felt udøver en kraft på ladningsbærerne der skubber dem ud mod det ydre af kablet.

Men på så kort et stykke, kan kraften ikke nå at flytte ladningsbærerne ret meget ud mod periferien inden ladningsbærerne igen bevæger sig ind i mindre skærmede ledere, så jeg vil umiddelbart regne med at det i denne sammenhæng er en uvæsentlig effekt.

  • 0
  • 0