Elektronisten laitteiden toimintavarmuutta parannetaan kokeellisella korroosiotutkimuksella – LUT-yliopiston ja ABB:n yhteistyö tähtää kaasujen haitallisten vaikutusten ehkäisemiseen

Yhä useampi yhteiskunnan ja teollisen tuotannon kannalta kriittinen järjestelmä on riippuvainen tehoelektroniikasta ja sen toimintavarmuudesta. LUT-yliopiston tutkimus tuottaa tietoa elektroniikan vikaantumiseen johtavista käyttöolosuhteista, jotta laitteiden luotettavuutta ja toimintavarmuutta voidaan parantaa. 

Kuva korroosiotestauslaboratoriosta ja LUT-yliopiston tutkijoistaSovelletun elektroniikan tutkimusryhmän nuoremmat tutkijat Juuso Rautio ja Janne Jäppinen työskentelemässä korroosiotestauslaboratoriossa. Kuva: Tommi Kärkkäinen / LUT

Sähköistyminen kaikilla yhteiskunnan sektoreilla on lisännyt elektroniikan määrää. Kaikille tuttujen ja näkyvien elektronisten laitteiden lisäksi tehoelektroniikkaa on kasvavassa määrin yhteiskunnan ja teollisen toiminnan kannalta kriittisissä käyttökohteissa, kuten vesihuollon järjestelmissä, tietoliikenteen infrastruktuureissa sekä uusiutuvan energian tuotannossa.

"Raadollisesti voisi sanoa, että ilman tehoelektroniikkaa mikään ei toimi, sillä sitä on jossain määrin mukana käytännössä kaikissa nykyaikaisissa laitteissa", sanoo Tommi Kärkkäinen, LUTin sovelletun elektroniikan tutkijatohtori.

Kärkkäinen jatkaa, että tehoelektroniikkalaitteilla, tyypillisesti taajuusmuuttajilla, on merkittävä rooli käytännössä kaikessa teollisuudessa, sähköntuotannossa, laivoissa, junissa sekä sähköautoissa ja niiden latausjärjestelmissä.

"Esimerkkinä voisi mainita vaikkapa suomalaiset metsäteollisuusintegraatit, joiden tuotannossa kaikki keskeiset prosessit pyörivät taajuusmuuttajilla. Yhdessä tehtaassa on tuhansia taajuusmuuttajia."

Laitteiden mekaanisesta kulumisesta aiheutuva vikaantuminen on melko hyvin ennakoitavissa, mutta vikaantumista aiheuttavat myös laitteen sisällä tapahtuvat sähkökemialliset reaktiot. Nämä reaktiot johtuvan ilman sisältämien epäpuhtauksien ja ilmankosteuden yhteisvaikutuksesta, ja aiheuttavat korroosiota.

"Sellaista korroosioilmiötä ei taida ollakaan, jota ei ilmankosteudella voisi pahentaa. Kaikkia laitteita ei asenneta siisteihin sisätiloihin. Esimerkiksi merelle rakennetut tuulivoimalat ovat ilmeisen alttiita kosteudelle", Kärkkäinen toteaa.

Kloori, rikkivety, rikkidioksidi ja typpidioksidi ovat esimerkkejä ilman epäpuhtauksista ja ongelmia aiheuttavista kaasuista.

"Kaikki nämä ovat inhottavia aineita, joille taajuusmuuttajat eri käyttöympäristöissä altistuvat. Pyrimme koko ajan kasvattamaan ymmärrystä aidoista käyttöolosuhteista, jotta voimme miettiä torjuntakeinoja. Keskeytyskustannukset teollisessa toiminnassa ovat merkittäviä, ja siksi aihe on tutkimuskentässä nouseva", kertoo tehoelektroniikan professori Pertti Silventoinen.

Ainutlaatuinen monikaasutestauksen mahdollistava laitteisto Lappeenrannassa

LUT ja muun muassa taajuusmuuttajia valmistava ABB ovat aloittaneet hiljattain tutkimusyhteistyön ilmassa olevien kaasujen vaikutuksesta elektronisiin laitteisiin ja niiden komponentteihin. LUTin Lappeenrannan kampukselle sijoiteussa testikontissa voidaan testata kiihdytetysti kolmen eri kaasun vaikutusta, hallituissa ja turvallisissa olosuhteissa.

"Yleisesti maailmalla käytössä olevilla laitteilla voidaan testata yhtä kaasua. Käsityksemme mukaan meidän käytössämme oleva testausmenetelmä on ainutlaatuinen maailmassa", sanoo Silventoinen.

ABB:n investointi tutkimuslaitteistoon on Silventoisen mukaan merkittävä, miljoonaluokkaa. Silventoisen johtamassa tutkimusryhmässä on puoli tusinaa tutkijaa, joiden tutkimus keskittyy selvittämään millaiset kaasujen pitoisuudet aiheuttavat ongelmia, mitä ongelmia ne aiheuttavat, ja miten niitä voitaisiin ehkäistä.

"Tällä hetkellä tietämys reaalimaailman toimintaolosuhteista ei ole vielä kovin korkealla. Tähän saakka testausta on tehty eri standardeista poimituilla pitoisuuksilla, mutta nyt pääsemme selvittämään kuinka hyvin ne korreloivat todellisia olosuhteita", päättää Silventoinen.

Lisätietoja:

Pertti Silventoinen
Professori, LUT-yliopisto
+358 407749930
Pertti.Silventoinen@lut.fi

Tommi Kärkkäinen
Tutkijatohtori, LUT-yliopisto
+358 401488341
Tommi.Karkkainen@lut.fi
 

Lue lisää: