Pourquoi les thermistances à haute température sont-elles essentielles au fonctionnement des centrales électriques ?

Comment les thermistances à haute température assurent-elles une sécurité thermique en temps réel dans les applications critiques liées à l’énergie

Dans les scénarios de défaillance thermique des paliers de turbine, des transformateurs et des systèmes de chaudière

Lorsqu'une défaillance thermique survient dans les paliers de turbine, les transformateurs ou les tubes de chaudière, les pannes d'équipement se produisent instantanément. Par exemple, à des températures de palier supérieures à 200 degrés Celsius, les lubrifiants finissent par se dégrader. L'isolation des transformateurs cède à des températures supérieures à 150 degrés, et les tubes de chaudière soumis à un échauffement excessif développent des dépôts calcaires entraînant des ruptures. La plupart des capteurs traditionnels sont tout simplement trop lents pour détecter ces variations rapides de température. Les thermistances haute température disposent de la technologie nécessaire pour localiser une accumulation anormale de chaleur et y réagir en quelques fractions de seconde seulement. Les thermistances haute température effectuent un test de résistance, car celle-ci varie à des vitesses 90 % plus rapides que celles des anciens capteurs analogiques bimétalliques. Cela permet à l'opérateur de l'installation d'activer un système de refroidissement avant d'atteindre une condition de défaillance thermique incontrôlée. Des analyses récentes fournies par Doe Power Systems en 2023 montrent que la prévention de ces arrêts imprévus permet aux centrales électriques d'économiser environ cinq cents mille dollars.

Les performances de précision constituent des performances remarquablement supérieures, les thermistances supportant des températures élevées avec une tolérance de ± 0,5 °C sous une charge thermique allant de 0 °C à 300 °C et résistant à 10 000 cycles jusqu’à 400 °C. Les thermistances sont également nettement supérieures aux détecteurs de température à résistance en platine (RTD), qui dérivent au-delà de ± 2 °C après seulement 1 000 cycles jusqu’à 300 °C. Ces thermistances exclusives utilisent un composé unique d’oxyde métallique qui présente pratiquement aucune dégradation cristalline sous des contraintes thermiques extrêmes, ce qui confère aux thermistances la capacité d’offrir des avantages remarquables tels que :

1. Aucune interférence électromagnétique. Cela contribue à une intégrité du signal stable, même à proximité immédiate d’équipements de commutation haute tension atteignant 20 kV.

2. Dérive de stabilité. Celle-ci se caractérise par un décalage de calibration inférieur à 0,1 % pendant les heures de fonctionnement à des températures allant jusqu’à 400 °C.

3. Aucune dégradation sous des charges vibratoires mécaniques de 50 g, typiques des environnements opérationnels des turbines.

Les évaluations des thermistances utilisées dans les centrales à cycle combiné ont démontré une réduction de 70 % des alarmes fausses, par rapport aux capteurs anciens. Cela contribue de façon significative à l’amélioration à la fois de la confiance opérationnelle et de la sécurité globale. Grâce à leur temps de réponse au niveau de la microseconde, les thermistances permettent d’agir avec assurance lors d’événements thermiques, car elles offrent le temps opérationnel nécessaire pour des arrêts prédictifs.

Pourquoi les thermistances haute température sont-elles supérieures aux capteurs traditionnels dans les conditions extrêmes des centrales électriques

Thermistances contre résistances à platine (RTD) : temps de réponse et interférences électromagnétiques (EMI)

Les thermistances à haute température ont un temps de réponse environ dix fois plus court que celui des résistances à platine standard (RTD). Les thermistances peuvent détecter et réagir en moins de deux secondes aux variations de température causées par des changements de charge au niveau de la turbine. Des temps de réponse rapides sont essentiels pour éviter une succession d’événements, par exemple des pics inattendus de niveau et de charge susceptibles de provoquer un échauffement par courant d’appel excessif du transformateur. Elles sont également fabriquées à partir de matériaux offrant à la fois un blindage thermique et contre les interférences électromagnétiques (EMI), ce qui leur permet de fournir des mesures de température stables, contrairement aux RTD, qui, dans les postes de commutation à 100 kV, peuvent dériver jusqu’à ± 3 degrés Celsius. Dans les salles des alternateurs, remplies d’équipements électriques générant des interférences électromagnétiques (EMI), les thermistances constituent la seule solution viable pour assurer une mesure précise de la température sans perturbation continue du signal.

Métaux et céramiques d’étanchéité garantissant une durée moyenne entre pannes (MTBF) de 15 ans à des températures supérieures à 400 degrés Celsius dans les gaz de combustion

Le soudage laser pour les joints étanches hermétiques entre métaux et céramiques confère une durée de vie de 15 ans aux équipements installés dans les conduits où la température des gaz de combustion atteint 425 degrés Celsius. Ces joints empêchent l’entrée des oxydes de soufre, qui détruisent les capteurs non protégés au bout de 18 mois. Des essais et des évaluations constructives montrent que ces joints conservent une précision de ±0,5 degré Celsius sur plus de 50 000 cycles thermiques. Les supports classiques pour résistances à température (RTD) perdent leur précision en raison des chocs mécaniques. Par rapport aux capteurs traditionnels en platine, qui nécessitent un étalonnage tous les trois mois, ces thermistances fonctionnent de manière fiable même dans les environnements extrêmes où opèrent les chaudières à charbon. Selon les rapports industriels de 2023, l’utilisation de ces thermistances permet de réduire les coûts de maintenance de 66 %, ce qui démontre un avantage financier à long terme pour les exploitants d’installations.

Détection de l’encrassement dans les tubes de condenseur à l’aide de réseaux de thermistances embarquées

Lorsqu’il est connecté à un réseau IIoT compatible edge, un thermistor haute température individuel peut détecter et signaler des variations de température avec une précision de 0,1 °C. Ce capteur de température optimisé peut surveiller activement la répartition de la chaleur dans le réseau et détecter les problèmes de performance causés par l’encrassement ou des restrictions d’écoulement. Plutôt que de se limiter à un ou deux points isolés, des réseaux de capteurs thermistors répartis sur l’ensemble des surfaces du système permettent d’obtenir une vision complète des performances du système. La cartographie thermistor permet de diagnostiquer avec précision une restriction d’écoulement dans le tube 7B à environ 98 %. À partir des données issues des capteurs thermistors, des algorithmes prédictifs peuvent annoncer, jusqu’à 72 heures à l’avance, une forte probabilité de restriction d’écoulement. Les premiers utilisateurs de thermistors haute température dans le cadre de la maintenance prédictive signalent une réduction de 40 % des arrêts imprévus des systèmes de refroidissement dans une centrale électrique. En outre, les agents de maintenance reçoivent des alertes en moins de demi-seconde après la survenue d’un événement edge, grâce au traitement local de cet événement. Cet algorithme simple peut servir de base à un algorithme de maintenance prédictive d’un ordre bien supérieur.

Importance opérationnelle : Le cas des thermistances à haute température dans la production d’énergie

Les installations de production d’énergie tirent une valeur significative des thermistances à haute température. Selon l’Institut Ponemon, chaque arrêt non planifié coûte en moyenne 740 000 $ ; la détection précoce des problèmes thermiques par les thermistances dans les systèmes de surveillance des turbines réduit considérablement le nombre de pannes de roulements (de plus de 50 % à 80 %). Les thermistances à haute température prolongent la durée de vie des transformateurs de 40 à 60 %, car elles empêchent les changements soudains de charge électrique d’endommager l’isolation des transformateurs. La fiabilité des centrales est multipliée par plus de trois lorsqu’on remplace les capteurs obsolètes de régulation des chaudières par des thermistances à haute température. La plupart des centrales récupèrent le coût de leurs investissements en 18 à 24 mois. Les thermistances jouent un rôle essentiel dans la réduction des coûts, l’atténuation des risques et le maintien de l’efficacité opérationnelle des centrales thermiques.

FAQ – Thermistances à haute température

Quelle est la fonction des thermistances à haute température ?

Les thermistances à haute température sont utilisées dans des systèmes électriques essentiels, tels que les turbines, les transformateurs et les chaudières, afin de détecter des augmentations rapides de température et d’éviter ainsi des dommages aux systèmes.

Quels sont les avantages des thermistances par rapport aux capteurs de température à résistance en platine (RTD) dans les centrales électriques ?

Les thermistances offrent une meilleure immunité aux interférences électromagnétiques (EMI) et une réponse transitoire plus rapide, ce qui leur permet de fournir des mesures plus précises dans les environnements à température extrême des centrales électriques.

Quel rôle jouent les thermistances dans la maintenance prédictive ?

Les thermistances sont utilisées dans le cadre de la maintenance prédictive pour améliorer l’analyse effectuée en périphérie grâce à la détection de légères anomalies de température et pour réduire les arrêts imprévus.