De ce sunt termistorii de înaltă temperatură esențiali pentru operațiunile centralelor electrice?

Cum oferă termistoarele pentru temperaturi înalte siguranță termică în timp real în aplicații critice din domeniul energetic

În scenariile de runaway termic la rulmenții turbinelor, transformatoare și sistemele de cazane

Când are loc o pierdere de control termic în rulmenții turbinelor, transformatoare sau țevile cazanelor, defecțiunile echipamentelor apar instantaneu. De exemplu, la temperaturi ale rulmenților care depășesc 200 de grade Celsius, lubrifianții se degradează. Izolația transformatorului cedează la temperaturi peste 150 de grade, iar țevile cazanelor care se încălzesc excesiv dezvoltă depuneri care duc la ruperi. Majoritatea senzorilor tradiționali sunt pur și simplu prea lenti pentru a detecta aceste modificări rapide ale temperaturii. Termistorii pentru temperaturi ridicate dispun de tehnologia necesară pentru a localiza acumularea anormală de căldură și pentru a reacționa la aceasta în fracțiuni de secundă. Termistorii pentru temperaturi ridicate efectuează un test de rezistență, deoarece rezistența se modifică cu o viteză cu 90 % mai mare decât cea a vechilor senzori analogici bimetalici. Acest lucru oferă operatorului centralei posibilitatea de a activa un sistem de răcire înainte de atingerea unei situații de pierdere de control termic. Analizele recente furnizate de Doe Power Systems în 2023 evidențiază faptul că evitarea acestor opriri neplanificate permite centralelor electrice să economisească aproximativ jumătate de milion de dolari.

Performanța de precizie este o performanță remarcabil superioară, termistorii suportând temperaturi ridicate cu o toleranță de ± 0,5 °C într-un domeniu termic de la 0 °C până la 300 °C și 10.000 de cicluri până la 400 °C. Termistorii sunt, de asemenea, semnificativ mai buni decât traductoarele de rezistență din platină (RTD), care prezintă deriveri de peste ± 2 °C după doar 1.000 de cicluri până la 300 °C. Termistorii proprietari utilizează un compus unic de oxid metalic care nu prezintă practic nicio degradare cristalină sub stresuri termice extreme, oferind astfel termistorilor o serie de avantaje interesante, cum ar fi:

1. Lipsa interferenței electromagnetice. Aceasta contribuie la integritatea stabilă a semnalului, chiar și în apropierea echipamentelor de comutație de 20 kV.

2. Derivarea stabilității. Aceasta se caracterizează printr-o deviere de calibrare < 0,1 % pe durata orelor de funcționare la 400 °C.

3. Lipsa degradării sub încărcări mecanice de vibrație de 50 g, tipice în mediile operaționale ale turbinelor.

Evaluările termistorilor utilizați în centralele cu ciclu combinat au demonstrat o reducere cu 70 % a alarmelor false, comparativ cu senzorii tradiționali. Aceasta contribuie în mod semnificativ la îmbunătățirea atât a încrederii operaționale, cât și a siguranței generale. Termistorii, datorită timpului lor de răspuns la nivel de microsecundă, asigură încredere în cazul evenimentelor termice, oferind timpul operațional necesar pentru oprirea preventivă.

De ce termistorii pentru temperaturi înalte sunt mai buni decât senzorii tradiționali în condiții extreme din centralele electrice

Termistori vs. RTD-uri din platină: timp de răspuns și interferență electromagnetică

Termistorii pentru temperaturi înalte au un timp de răspuns apropiat de de zece ori mai mare decât cel al traductoarelor standard cu rezistență de platină (RTD). Termistorii pot detecta și răspunde în mai puțin de 2 secunde la variațiile de temperatură provocate de modificările sarcinii la turbină. Timpurile scurte de răspuns sunt importante pentru a preveni o serie de evenimente, de exemplu creșteri neașteptate ale nivelului și ale sarcinii care pot cauza încălzirea bruscă a transformatorului la pornire. De asemenea, aceștia sunt construiți din materiale care oferă atât izolare termică, cât și protecție împotriva interferențelor electromagnetice (EMI), astfel încât pot furniza măsurători stabile de temperatură, spre deosebire de RTD-uri, care, în stațiile de comutație de 100 kV, pot deriva până la ±3 grade Celsius. În sălile de generatoare, pline cu echipamente electrice care generează EMI, termistorii reprezintă singura soluție viabilă pentru măsurarea precisă a temperaturii fără interferențe continue ale semnalului.

Metale și ceramici etanșe pentru o durată medie de funcționare între defecțiuni (MTBF) de 15 ani la gaze de evacuare cu temperaturi peste 400 de grade Celsius

Sudarea cu laser pentru etanșări ermetice ale îmbinărilor dintre metal și ceramic asigură o durată de viață de 15 ani echipamentelor amplasate în conducte cu temperaturi ale gazelor de evacuare de 425 de grade Celsius. Etanșările împiedică pătrunderea oxidului de sulf, care ar distruge senzorii neprotejați după 18 luni. Testele și evaluările de construcție arată că etanșările mențin o precizie de ±0,5 grade Celsius pe o perioadă de peste 50.000 de cicluri termice. Suporturile obișnuite pentru RTD-urile (rezistențe de temperatură) își pierd acuratețea din cauza șocurilor mecanice. În comparație cu senzorii tradiționali de platină, care necesită calibrare la fiecare trei luni, acești termistori funcționează fiabil chiar și în mediile adverse în care operează cazanele cu ardere de cărbune. Rapoartele industriale din 2023 arată că, prin utilizarea acestor termistori, costurile de întreținere scad cu 66 %, ceea ce demonstrează beneficiul financiar pe termen lung pentru operatorii de centrale.

Detectarea depunerilor în tuburile condensatorului folosind rețele de termistori la margine

Când este conectat la o rețea IIoT activată la margine (edge), un termistor individual de înaltă temperatură poate detecta și raporta modificări ale temperaturii cu o precizie de 0,1 °C. Acest senzor de temperatură optimizat poate monitoriza activ distribuția căldurii în rețea și poate detecta probleme de performanță cauzate de depuneri sau restricții de debit. În loc să se concentreze pe unul sau două puncte izolate, rețelele de senzori termistor distribuite pe întreaga suprafață a sistemului pot oferi o imagine completă a performanței sistemului. Harta termistorilor poate diagnostica cu exactitate o restricție de debit în tubul 7B cu o acuratețe de aproximativ 98%. Pe baza datelor obținute de la senzorii termistor, algoritmii predictivi pot raporta o probabilitate ridicată de apariție a unei restricții de debit cu 72 de ore înainte. Primii adoptatori ai termistorilor de înaltă temperatură în cadrul întreținerii predictive raportează o reducere cu 40% a timpului neprevăzut de nefuncționare a sistemelor de răcire dintr-o centrală electrică. În plus, personalul de întreținere primește alerte în mai puțin de jumătate de secundă după producerea unui eveniment la margine (edge event), datorită prelucrării locale a acestui eveniment. Acest algoritm simplu poate constitui baza unui algoritm predictiv de întreținere de ordin superior.

Semnificație operațională: Argumentele în favoarea termistorilor pentru temperaturi înalte în generarea de energie

Instalațiile de generare a energiei obțin un avantaj semnificativ datorită termistorilor pentru temperaturi înalte. Conform Institutului Ponemon, fiecare oprire neplanificată costă în medie 740 000 USD; detectarea precoce a problemelor legate de căldură prin intermediul termistorilor din sistemele de monitorizare a turbinelor reduce în mod drastic numărul de defecțiuni ale lagărelor (cu peste 50 % până la 80 %). Termistorii pentru temperaturi înalte prelungesc durata de viață a transformatoarelor cu 40–60 %, deoarece previn deteriorarea izolației transformatoarelor cauzată de schimbările bruște ale sarcinii electrice. Fiabilitatea centralelor crește de peste trei ori atunci când senzorii vechi de control ai cazanelor sunt înlocuiți cu termistori pentru temperaturi înalte. Majoritatea centralelor își recuperează costurile investiției în termen de 18–24 luni. Termistorii sunt esențiali pentru reducerea costurilor, diminuarea riscurilor și menținerea eficienței operaționale în centralele termoelectrice.

Întrebări frecvente – Termistori pentru temperaturi înalte

Care este scopul termistorilor de înaltă temperatură?

Termistorii de înaltă temperatură sunt folosiți în sisteme de energie importante, cum ar fi turbinele, transformatoarele și sistemele de cazan, pentru a detecta creșterile rapide ale temperaturii pentru a evita deteriorarea sistemelor.

Ce avantaje au termistorii față de RTD-urile din platină în centralele electrice?

Termistorii au o imunitate EMI mai bună și un răspuns tranzitoriu mai rapid și, prin urmare, sunt capabili să ofere măsurători mai precise în mediile de temperatură aspre ale centralelor electrice.

Ce rol joacă termistorii în întreţinerea predictivă?

Termistorii sunt utilizați în întreținerea predictivă prin îmbunătățirea analizei marjei prin detectarea anomaliilor minore de temperatură și prin reducerea timpului de oprire neașteptat.