Waarom zijn thermistors voor hoge temperaturen essentieel voor de werking van elektriciteitscentrales?

Hoe thermistoren voor hoge temperaturen real-time thermische veiligheid bieden in kritieke stroomtoepassingen

Bij thermische ontlading in turbine-lagers, transformatoren en ketelsystemen

Wanneer thermische ontlading optreedt in turbine lagers, transformatoren of ketelbuizen, treden apparatuurstoringen onmiddellijk op. Bijvoorbeeld bij lager temperaturen boven de 200 graden Celsius breekt de smeervloeistof uiteindelijk af. De isolatie van transformatoren faalt bij temperaturen boven de 150 graden, en ketelbuizen die oververhit raken, ontwikkelen aanslag waardoor scheuren ontstaan. De meeste traditionele sensoren zijn simpelweg te traag om deze snelle temperatuurveranderingen te detecteren. Hoge-temperatuurthermistors beschikken over de technologie om abnormale warmteopbouw op te sporen en hier binnen fracties van een seconde op te reageren. Hoge-temperatuurthermistors voeren een weerstandstest uit, omdat de weerstand 90% sneller verandert dan bij oude analoge bimetalen sensoren. Dit geeft de installatieoperator de mogelijkheid om een koelsysteem te activeren voordat een onbeheersbare thermische toestand wordt bereikt. Recente analyses van Doe Power Systems uit 2023 laten zien dat het voorkomen van deze ongeplande storingen elektriciteitscentrales in staat stelt om ongeveer een half miljoen dollar te besparen.

De precisieprestatie is een opmerkelijk superieure prestatie, waarbij thermistors hoge temperaturen verdragen met een tolerantie van ± 0,5 °C bij een thermische belasting van 0 °C tot 300 °C en 10.000 cycli tot 400 °C. Thermistors zijn ook aanzienlijk beter dan platina-RTD’s, die al na slechts 1.000 cycli tot 300 °C meer dan ± 2 °C afwijken. De exclusieve thermistors maken gebruik van een unieke metaaloxideverbinding die vrijwel geen kristallijne achteruitgang vertoont onder extreme thermische belastingen, waardoor de thermistors de volgende intrigerende voordelen bieden:

1. Geen elektromagnetische interferentie. Dit draagt bij aan een stabiele signaalintegriteit, zelfs in de nabijheid van schakelapparatuur van maar liefst 20 kV.

2. Stabiliteitsafwijking. Dit wordt gekenmerkt door een kalibratieverschuiving van < 0,1 % tijdens de operationele uren bij 400 °C.

3. Geen achteruitgang onder mechanische trillingsbelastingen van 50 g, zoals typisch voorkomt in turbinebedrijfsomgevingen.

Evaluaties van thermistors die worden gebruikt in combinatiecycluscentrales toonden een vermindering van 70% in valse alarmen ten opzichte van de oudere sensoren. Dit draagt aanzienlijk bij aan de verbetering van zowel operationeel vertrouwen als algemene veiligheid. Thermistors, met hun reactietijd op microsecondenniveau, bieden vertrouwen tijdens thermische gebeurtenissen, omdat ze de benodigde tijd bieden voor voorspellende uitschakeling.

Waarom hoge-temperatuurthermistors beter zijn dan traditionele sensoren in extreme omstandigheden in elektriciteitscentrales

Thermistors versus platina-RTD’s: reactietijd en elektromagnetische interferentie

Hoogtemperatuurthermistoren hebben een reactietijd die ongeveer tien keer zo kort is als die van standaard platina-RTD’s. Thermistoren kunnen binnen 2 seconden op temperatuurvariaties reageren die worden veroorzaakt door belastingsveranderingen in de turbine. Snelle reactietijden zijn belangrijk om een reeks gebeurtenissen te voorkomen, bijvoorbeeld onverwachte pieken in niveau en belasting die transformatorinschakelstroomverhitting kunnen veroorzaken. Daarnaast zijn ze vervaardigd uit materialen die zowel thermische als elektromagnetische interferentie (EMI) afscherming bieden, waardoor ze stabiele temperatuurmetingen leveren, in tegenstelling tot RTD’s, die op 100 kV-schakelstations afwijkingen van wel ±3 graden Celsius kunnen vertonen. In generatorruimtes die vol staan met elektrisch aangedreven apparatuur die EMI genereert, zijn thermistoren de enige haalbare oplossing voor nauwkeurige temperatuurmeting zonder voortdurende signaalinterferentie.

Afdichtingsmaterialen van metalen en keramiek voor een MTBF van 15 jaar bij rookgassen boven 400 graden Celsius

Het laserslijden voor hermetische afdichtingen voor metalen en keramische verbindingen biedt een levensduur van 15 jaar aan apparatuur die zich in leidingen bevindt met rookgastemperaturen van 425 graden Celsius. De afdichtingen voorkomen dat zwaveloxiden binnenkomen, wat onbeschermde sensoren na 18 maanden zou vernietigen. Uit tests en constructiebeoordelingen blijkt dat de afdichtingen gedurende meer dan 50.000 thermische cycli ± 0,5 graden Celsius behouden. Normale RTD-bevestigingen verliezen hun nauwkeurigheid door mechanische schokken. In vergelijking met traditionele platina sensoren, die om de drie maanden moeten worden gekalibreerd, werken deze thermistoren ook in de ongunstige omgevingen waarin kolenketels werken, betrouwbaar. De Commissie heeft in haar advies van 15 juni 2016 de Commissie verzocht de volgende maatregelen te treffen:

De in de bijlage bij Verordening (EG) nr. 1272/2008 bedoelde gegevens moeten worden opgeslagen.

Wanneer aangesloten op een edge-gecapaciteerd IIoT-netwerk kan een individuele hoogtemperatuurthermistor temperatuurveranderingen met een nauwkeurigheid van 0,1 °C detecteren en rapporteren. Deze geoptimaliseerde temperatuursensor kan actief de warmteverspreiding in het netwerk bewaken en prestatieproblemen detecteren die worden veroorzaakt door vervuiling of stromingsbeperkingen. In plaats van slechts één of twee geïsoleerde meetpunten te analyseren, kunnen thermistornetwerken die over de gehele oppervlakte van een systeem zijn verdeeld, een volledig beeld geven van de systeemprestaties. De thermistorafbeelding kan een stromingsbeperking in buis 7B met een nauwkeurigheid van ongeveer 98% nauwkeurig diagnosticeren. Op basis van de gegevens van de thermistorsensoren kunnen voorspellende algoritmes een hoge kans op een stromingsbeperking 72 uur van tevoren melden. De eerste gebruikers van hoogtemperatuurthermistors in voorspellend onderhoud rapporteren een vermindering van ongeplande stilstandtijd van koelsystemen in een elektriciteitscentrale met 40%. Bovendien ontvangen onderhoudspersoneel meldingen in minder dan een halve seconde nadat een edge-gebeurtenis zich heeft voorgedaan, dankzij de edge-gebeurtenisverwerking. Dit eenvoudige algoritme kan de basis vormen voor een veel geavanceerder voorspellend onderhoudsalgoritme.

Operationele betekenis: Het geval voor hoogtemperatuurthermistoren in elektriciteitsopwekking

Elektriciteitsopwekkingsfaciliteiten halen aanzienlijke waarde uit hoogtemperatuurthermistoren. Volgens het Ponemon Institute bedragen de kosten van elke ongeplande stilstand gemiddeld $740.000; vroegtijdige detectie van hitteproblemen door thermistoren in turbinesupervisiesystemen vermindert het aantal lagerstoringen drastisch (meer dan 50% tot 80% van de storingen). Hoogtemperatuurthermistoren verlengen de levensduur van transformatoren met 40–60%, omdat de thermistoren plotselinge wijzigingen in elektrische belasting voorkomen die de isolatie van de transformatoren zouden kunnen beschadigen. De betrouwbaarheid van centrales neemt meer dan drievoudig toe wanneer verouderde ketelregelsensoren worden vervangen door hoogtemperatuurthermistoren. De meeste centrales brengen de kosten van hun investering binnen 18 tot 24 maanden terug. Thermistoren zijn cruciaal voor het verlagen van kosten, het verminderen van risico’s en het handhaven van operationele efficiëntie in thermoelektrische centrales.

Veelgestelde vragen – Hoogtemperatuurthermistoren

Wat is het doel van hoge-temperatuurthermistoren?

Hoge-temperatuurthermistoren worden gebruikt in belangrijke energiesystemen zoals turbines, transformatoren en ketelsystemen om snelle temperatuurstijgingen te detecteren en zo schade aan de systemen te voorkomen.

Welke voordelen bieden thermistoren ten opzichte van platina-RTD’s in elektriciteitscentrales?

Thermistoren hebben een betere immuniteit tegen elektromagnetische interferentie (EMI) en een snellere transiënte reactie, waardoor ze nauwkeurigere metingen kunnen leveren in de extreme temperatuuromgevingen van elektriciteitscentrales.

Welke rol spelen thermistoren bij voorspellend onderhoud?

Thermistoren worden ingezet bij voorspellend onderhoud door de edge-analyse te verbeteren via detectie van geringe temperatuurafwijkingen en door onverwachte stilstandtijden te verminderen.