Slechte radio-ontvangst, het verspringen van het beeld op een computermonitor of getik door het aanslaan van de centrale verwarming. Boosdoener van die hinderlijke storing zijn meestal elektronische apparaten, ‘maar eigenlijk mag dat niet gebeuren’, zegt promovendus Tjerk Steenstra van hoogspanningstechniek.
Want met name in ziekenhuizen en verkeerstorens kan die storing levensgevaarlijk zijn. In zijn campustuinhuisje zoekt hij naar de remedie.
Een zware, dikke deur leidt naar het hoogspanningslaboratorium van de faculteit Elektrotechniek, Wiskunde en Informatica, vol draden van meetapparatuur. Het hoge plafond geeft de enorme zaal een groteske uitstraling. Hier wordt wetenschap bedreven. Dikke muren omsluiten het laboratorium, zodat er zo min mogelijk storing naar buiten gaat en zo min mogelijk storing binnenkomt. De grijze golvende wanden weerkaatsen het helle tl-licht.
Als je midden in het laboratorium staat, verrek je bijna je nek bij het kijken naar de felblauwe hoge palen, compleet met futuristisch aandoende ring. Als je niet beter wist zou je denken dat E.T. met zijn grijpgrage vingertjes in de weer is geweest. Enkele palen reiken zelfs bijna tot aan het twintig meter hoge plafond. Maar E.T. met zijn oplichtende vinger valt in het niet bij de oplichtende bliksem die deze krachtpatsers maken. Met de langste kunnen spanningen van megavolts worden gemeten. De trots van hoogspanningstechniek is een enorme stootspanningsgenerator die eveneens tot het plafond reikt, maar de andere opwekkers degradeert tot kinderspel. Deze reus kan tot vier miljoen volt opwekken.
Als een vreemde eend in de bijt staat in het lab een houten tuinhuis. Om gereedschap in op te slaan? Een schaftkeet? Niets van dat alles; het is een studieobject. Promovendus Tjerk Steenstra werkt sinds anderhalf jaar vrijwel dagelijks met dat tuinhuisje.
“Ik kan me de eerste dag nog heel goed herinneren”, glimlacht hij. De mannen van het tuincentrum die het huisje kwamen brengen keken hun ogen uit. “Normaal zetten ze zo’n huisje natuurlijk buiten in een tuin neer. Dan bevestigen ze de onderkant op het gras of de stoeptegels. Maar wij wilden een mobiel tuinhuis: het moest verplaatsbaar zijn zodat het niet in het midden van het laboratorium in de weg zou staan. De mannen van het tuincentrum hebben het daarom op pallets gezet, met wieltjes eronder. Doen ze ook niet elke dag.”
Bliksem
Binnenin het huisje lijkt op het eerste gezicht weinig te gebeuren. Op de kabels die op de houten vloer liggen na is het vrijwel leeg. Maar het zijn nu juist die kabels die de kern vormen van Steenstra’s onderzoek, om storingsproblemen te lijf te gaan. “Als je in een ziekenhuis komt, moet je je mobieltje uitzetten, omdat het voor storing in andere apparaten kan zorgen. Een extreme vorm van die verstoring is bliksem. Als de bliksem in een apparaat slaat, dan is het kapot, daar valt weinig aan te doen. Maar wat als de bliksem op een korte afstand van een gebouw inslaat? Dan wil je dat de apparaten blijven werken.” Zelfs bij die blikseminslag geven veel apparaten de geest. Ze zijn niet opgewassen tegen het natuurgeweld. “Als de bliksem inslaat bij een rij huizen is het heel vervelend als apparaten niet meer werken. Maar denk eens aan de gevolgen van een inslag bij een verkeerstoren”, zegt Steenstra. “Dan wil je zeker weten dat alles blijft werken.”
Bij een blikseminslag in de buurt van een kantoorpand vallen vaak de computers uit. Bliksemafleider of niet, er ontstaat een elektromagnetisch veld waardoor de apparaten niet meer werken. Het zou zo moeten zijn dat de apparaten daar tegen kunnen. De sleutel tot de oplossing van dat probleem ligt voornamelijk in de bekabeling in gebouwen. Steenstra bekijkt in welke lussen de kabels liggen. “Kabels kunnen als een antenne werken en de verstoring versterken. Met de apparaten doe ik verder niets, die beschouw ik als een gegeven. Het doel is om te kunnen voorspellen hoeveel verstoring een kabel kan hebben.”
Hij wijst op de kabels in het tuinhuisje die aan de wand hangen. “Hout geleidt niet. Het is niet voor niets een tuinhuisje waar we in testen. Het huisje is de ideale kapstok, waaraan we allerlei soorten kabels kunnen ophangen.” Het tuinhuis kan bovendien overal staan: van een gewoon rijtjeshuis tot een kantoorpand van gewapend beton. Alle mogelijke kabelcombinaties kan Steenstra erin leggen en testen.
Nu ligt er een aantal kabels en een custom made spanningsprobe, die de spanning over twee kabels verdeelt. Binnenkort zal Steenstra het huisje uitrusten met ijzeren netten, om gebouwen met gewapend beton na te bootsen. “Bij dat soort gebouwen komt maar heel weinig storing naar binnen”, legt hij uit. “Dat is de reden dat de radio-ontvangst in die gebouwen vaak zo slecht is. Maar het heeft veel voordelen: van de storing van bijvoorbeeld een fabriek aan de overkant heb je daar maar weinig last.”
Steenstra wil vooral kijken naar de invloed van storing op kantoorpanden, zodat de werknemers ongestoord kunnen doortikken als de bliksem inslaat. En de meeste kantoorpanden zijn gemaakt van gewapend beton. “Het is nog niet bekend hoeveel storing gewapend beton vermindert. Ik wil die gegevens kwantificeren. Welke materialen zorgen ervoor dat er geen storing is? En bij wat voor soort kabels treedt welke storing op? Het doel is om met verschillende ontwerpen te komen, zodat je kunt zeggen: als ik de kabels op een bepaalde manier aanleg, krijg ik minder storing dan wanneer ik ze op een andere manier leg.”
Steenstra wil een model ontwikkelen voor een CAD-programma. Daarin kunnen alle gegevens ingevoerd worden: van kabeltype tot type frequentie van de verwachte stoorsignalen. “Daaruit moet blijken wat de bottlenecks zijn.” Ook moet duidelijk worden wat voor effect de verschillende manieren van kabels leggen hebben op de gevoeligheid voor storing.
Monnikenwerk
Maar zover is het nog niet. Over tweeënhalf jaar hoopt Steenstra zo ver te zijn. Tot die tijd moet hij de kabels testen, door er bliksem doorheen te laten gaan. Monnikenwerk. Steenstra wil het huisje verder uitbreiden, groter maken. Hij gaat nog onderzoeken hoeveel storing kabelgoten dempen. Aan het plafond hangen de restanten van de eerste opstelling: een eenvoudige lamp.
Steenstra dient met alle addertjes onder het gras rekening te houden en dat is geen sinecure. “Al het metaal in gebouwen is van invloed op EMC-gedrag (elektromagnetische compatibiliteit). Zelfs de metalen waterleidingen hebben invloed. Je kunt een afgeschermd gebouw hebben, maar als er een metalen leiding voor een kraan doorheen loopt, kan dat je de das omdoen.”
Vanachter het raam wijst Steenstra op de pulsbron, waarmee hij bliksemspanningspulsen kan opwekken. De bron maakt tot twee- a’ driehonderd volt bliksem na. De bliksem die Steenstra daarmee opwekt heeft de karakteristieken van een bliksemgolf. “Elke bliksem is anders, maar tegelijkertijd lijken ze allemaal op elkaar”, legt hij uit. “Deze golf wekt de bliksem op, zoals die in standaarden is beschreven.” De pulsbron is met een dikke kabel aan het hoogste punt van de bliksemafleider op het puntdak verbonden met het tuinhuisje. Buiten het huisje staan op een tafel nog twee signaalgenerators, met grote draaiknoppen.
Om de oscilloscoop staat een grote, metalen kast, waardoor die zo min mogelijk last heeft van andere storingen. Steenstra zet de grote knoppen om. De bliksem wordt afgevuurd op het huisje. Ogenschijnlijk gebeurt er niets. Tot je de kabels vast zou pakken. Op het schermpje van de oscilloscoop verschijnen lijnen, die in golven door elkaar heen lopen. Een wit blokje verspringt steeds. “Dat is het t-blokje”, zegt Steenstra. “Het triggermoment, wanneer de bliksem wordt waargenomen.”
De metalen kast leent hij van de TU Eindhoven, waarmee Steenstra samenwerkt in dit Innovatief Onderzoeks Project. “Daar zit ook een promovendus. Hij doet simulaties en die vergelijken we met mijn tests.’ Het project wil ‘een brug slaan tussen kennis van onderzoekscentra en het gebruik in het bedrijfsleven’ en wordt uitgevoerd in opdracht van het ministerie van economische zaken. Achter een scherm in het laboratorium is een student bezig met zijn afstudeerproject: storing van verschillende soorten kabels testen. Alle informatie moet bij elkaar worden verzameld. Steenstra hoopt dat daarmee straks eindelijk een aanzet is gegeven om die nare piepjes en tikjes tot het verleden te laten behoren.
(Foto’s: Sam Rentmeester/FMAX)
Een zware, dikke deur leidt naar het hoogspanningslaboratorium van de faculteit Elektrotechniek, Wiskunde en Informatica, vol draden van meetapparatuur. Het hoge plafond geeft de enorme zaal een groteske uitstraling. Hier wordt wetenschap bedreven. Dikke muren omsluiten het laboratorium, zodat er zo min mogelijk storing naar buiten gaat en zo min mogelijk storing binnenkomt. De grijze golvende wanden weerkaatsen het helle tl-licht.
Als je midden in het laboratorium staat, verrek je bijna je nek bij het kijken naar de felblauwe hoge palen, compleet met futuristisch aandoende ring. Als je niet beter wist zou je denken dat E.T. met zijn grijpgrage vingertjes in de weer is geweest. Enkele palen reiken zelfs bijna tot aan het twintig meter hoge plafond. Maar E.T. met zijn oplichtende vinger valt in het niet bij de oplichtende bliksem die deze krachtpatsers maken. Met de langste kunnen spanningen van megavolts worden gemeten. De trots van hoogspanningstechniek is een enorme stootspanningsgenerator die eveneens tot het plafond reikt, maar de andere opwekkers degradeert tot kinderspel. Deze reus kan tot vier miljoen volt opwekken.
Als een vreemde eend in de bijt staat in het lab een houten tuinhuis. Om gereedschap in op te slaan? Een schaftkeet? Niets van dat alles; het is een studieobject. Promovendus Tjerk Steenstra werkt sinds anderhalf jaar vrijwel dagelijks met dat tuinhuisje.
“Ik kan me de eerste dag nog heel goed herinneren”, glimlacht hij. De mannen van het tuincentrum die het huisje kwamen brengen keken hun ogen uit. “Normaal zetten ze zo’n huisje natuurlijk buiten in een tuin neer. Dan bevestigen ze de onderkant op het gras of de stoeptegels. Maar wij wilden een mobiel tuinhuis: het moest verplaatsbaar zijn zodat het niet in het midden van het laboratorium in de weg zou staan. De mannen van het tuincentrum hebben het daarom op pallets gezet, met wieltjes eronder. Doen ze ook niet elke dag.”
Bliksem
Binnenin het huisje lijkt op het eerste gezicht weinig te gebeuren. Op de kabels die op de houten vloer liggen na is het vrijwel leeg. Maar het zijn nu juist die kabels die de kern vormen van Steenstra’s onderzoek, om storingsproblemen te lijf te gaan. “Als je in een ziekenhuis komt, moet je je mobieltje uitzetten, omdat het voor storing in andere apparaten kan zorgen. Een extreme vorm van die verstoring is bliksem. Als de bliksem in een apparaat slaat, dan is het kapot, daar valt weinig aan te doen. Maar wat als de bliksem op een korte afstand van een gebouw inslaat? Dan wil je dat de apparaten blijven werken.” Zelfs bij die blikseminslag geven veel apparaten de geest. Ze zijn niet opgewassen tegen het natuurgeweld. “Als de bliksem inslaat bij een rij huizen is het heel vervelend als apparaten niet meer werken. Maar denk eens aan de gevolgen van een inslag bij een verkeerstoren”, zegt Steenstra. “Dan wil je zeker weten dat alles blijft werken.”
Bij een blikseminslag in de buurt van een kantoorpand vallen vaak de computers uit. Bliksemafleider of niet, er ontstaat een elektromagnetisch veld waardoor de apparaten niet meer werken. Het zou zo moeten zijn dat de apparaten daar tegen kunnen. De sleutel tot de oplossing van dat probleem ligt voornamelijk in de bekabeling in gebouwen. Steenstra bekijkt in welke lussen de kabels liggen. “Kabels kunnen als een antenne werken en de verstoring versterken. Met de apparaten doe ik verder niets, die beschouw ik als een gegeven. Het doel is om te kunnen voorspellen hoeveel verstoring een kabel kan hebben.”
Hij wijst op de kabels in het tuinhuisje die aan de wand hangen. “Hout geleidt niet. Het is niet voor niets een tuinhuisje waar we in testen. Het huisje is de ideale kapstok, waaraan we allerlei soorten kabels kunnen ophangen.” Het tuinhuis kan bovendien overal staan: van een gewoon rijtjeshuis tot een kantoorpand van gewapend beton. Alle mogelijke kabelcombinaties kan Steenstra erin leggen en testen.
Nu ligt er een aantal kabels en een custom made spanningsprobe, die de spanning over twee kabels verdeelt. Binnenkort zal Steenstra het huisje uitrusten met ijzeren netten, om gebouwen met gewapend beton na te bootsen. “Bij dat soort gebouwen komt maar heel weinig storing naar binnen”, legt hij uit. “Dat is de reden dat de radio-ontvangst in die gebouwen vaak zo slecht is. Maar het heeft veel voordelen: van de storing van bijvoorbeeld een fabriek aan de overkant heb je daar maar weinig last.”
Steenstra wil vooral kijken naar de invloed van storing op kantoorpanden, zodat de werknemers ongestoord kunnen doortikken als de bliksem inslaat. En de meeste kantoorpanden zijn gemaakt van gewapend beton. “Het is nog niet bekend hoeveel storing gewapend beton vermindert. Ik wil die gegevens kwantificeren. Welke materialen zorgen ervoor dat er geen storing is? En bij wat voor soort kabels treedt welke storing op? Het doel is om met verschillende ontwerpen te komen, zodat je kunt zeggen: als ik de kabels op een bepaalde manier aanleg, krijg ik minder storing dan wanneer ik ze op een andere manier leg.”
Steenstra wil een model ontwikkelen voor een CAD-programma. Daarin kunnen alle gegevens ingevoerd worden: van kabeltype tot type frequentie van de verwachte stoorsignalen. “Daaruit moet blijken wat de bottlenecks zijn.” Ook moet duidelijk worden wat voor effect de verschillende manieren van kabels leggen hebben op de gevoeligheid voor storing.
Monnikenwerk
Maar zover is het nog niet. Over tweeënhalf jaar hoopt Steenstra zo ver te zijn. Tot die tijd moet hij de kabels testen, door er bliksem doorheen te laten gaan. Monnikenwerk. Steenstra wil het huisje verder uitbreiden, groter maken. Hij gaat nog onderzoeken hoeveel storing kabelgoten dempen. Aan het plafond hangen de restanten van de eerste opstelling: een eenvoudige lamp.
Steenstra dient met alle addertjes onder het gras rekening te houden en dat is geen sinecure. “Al het metaal in gebouwen is van invloed op EMC-gedrag (elektromagnetische compatibiliteit). Zelfs de metalen waterleidingen hebben invloed. Je kunt een afgeschermd gebouw hebben, maar als er een metalen leiding voor een kraan doorheen loopt, kan dat je de das omdoen.”
Vanachter het raam wijst Steenstra op de pulsbron, waarmee hij bliksemspanningspulsen kan opwekken. De bron maakt tot twee- a’ driehonderd volt bliksem na. De bliksem die Steenstra daarmee opwekt heeft de karakteristieken van een bliksemgolf. “Elke bliksem is anders, maar tegelijkertijd lijken ze allemaal op elkaar”, legt hij uit. “Deze golf wekt de bliksem op, zoals die in standaarden is beschreven.” De pulsbron is met een dikke kabel aan het hoogste punt van de bliksemafleider op het puntdak verbonden met het tuinhuisje. Buiten het huisje staan op een tafel nog twee signaalgenerators, met grote draaiknoppen.
Om de oscilloscoop staat een grote, metalen kast, waardoor die zo min mogelijk last heeft van andere storingen. Steenstra zet de grote knoppen om. De bliksem wordt afgevuurd op het huisje. Ogenschijnlijk gebeurt er niets. Tot je de kabels vast zou pakken. Op het schermpje van de oscilloscoop verschijnen lijnen, die in golven door elkaar heen lopen. Een wit blokje verspringt steeds. “Dat is het t-blokje”, zegt Steenstra. “Het triggermoment, wanneer de bliksem wordt waargenomen.”
De metalen kast leent hij van de TU Eindhoven, waarmee Steenstra samenwerkt in dit Innovatief Onderzoeks Project. “Daar zit ook een promovendus. Hij doet simulaties en die vergelijken we met mijn tests.’ Het project wil ‘een brug slaan tussen kennis van onderzoekscentra en het gebruik in het bedrijfsleven’ en wordt uitgevoerd in opdracht van het ministerie van economische zaken. Achter een scherm in het laboratorium is een student bezig met zijn afstudeerproject: storing van verschillende soorten kabels testen. Alle informatie moet bij elkaar worden verzameld. Steenstra hoopt dat daarmee straks eindelijk een aanzet is gegeven om die nare piepjes en tikjes tot het verleden te laten behoren.
(Foto’s: Sam Rentmeester/FMAX)
Comments are closed.