Klik hier om Meetvisie te downloaden. - EURO

Meetvisie
JAARGANG 1  EDITIE 1  JUNI 2014
De techniek van rookgasanalyse met elektrochemische sensoren
Door toepassing van nieuwe technologieën, goed
onderhoud en het op juiste wijze afstellen van verwarmingssystemen en verbrandingsinstallaties kan het
energieverbruik en de uitstoot van vervuilende stoffen
worden gereduceerd. Voor controle en het afstellen
van verbrandingsprocessen is een goede rookgasanalyser noodzakelijk. Afhankelijk van het toegepaste
model kan een rookgasanalyser gelijktijdig O2, CO2,
CO, NO, NO2, NOx, SO2, temperatuur en druk meten.
Slechts één jaar na de oliecrisis in 1973 bracht
EURO-INDEX de eerste rookgasanalyser op de markt,
waarmee een verbrandingsproces optimaal kon
worden afgesteld en een aanzienlijke besparing in
olie- en gaskosten kon worden gerealiseerd.
Duizenden instrumenten zijn geproduceerd en
veel daarvan worden nog steeds gebruikt. In deze
rookgasanalysers worden elektrochemische sensoren
toegepast. Deze sensoren bieden uitstekende eigenschappen voor een aantrekkelijke prijs, maar hebben
een beperkte gebruiksduur. Het principe van een elektrochemische sensor is een chemische reactie van het
te meten gas op een katalytisch gevoelig materiaal.
EURO-INDEX heeft een samenwerkingsverband met
Honeywell City Technology voor de ontwikkeling van
CiTiceL sensoren voor rookgasanalyse.
Toxic Gas CiTiceL
Het ontwikkelingsprogramma voor de Toxic Gas
CiTiceL is gestart in 1981 met de introductie van de
koolmonoxide CiTiceL. Sindsdien zijn nieuwe CiTiceL
sensoren ontwikkeld voor diverse toxische gassen.
Deze sensoren zijn onderhoudsvrije micro brandstofcellen, die voor een bepaalde periode stabiel
blijven. Het kenmerk van dit ontwerp is de gasdiffusiebarrière , die de gasstroom naar de
meetelektrode begrenst. De elektrode reageert op
het gas als deze het oppervlak bereikt en gaat een
chemische reactie aan. Vrijwel alle CiTiceL sensoren
bieden hierdoor een gebruiksduur van circa 3 jaar.
CiTiceL met 2 elektroden
De eenvoudigste sensor die werkt op elektrochemische
principes heeft een “Sensing” elektrode en een
“Counter” elektrode, die gescheiden zijn door een dun
laagje elektrolyt en verbonden door een weerstand.
Gas diffundeert naar de sensor en reageert op het
oppervlak van de Sensing elektrode. Door oxidatie
of reductie gaat er een stroom lopen tussen de twee
electroden naar een extern circuit. De stroom is
evenredig met de concentratie van het te meten gas.
Om de reactie te laten plaatsvinden moet het potentiaal van de Sensing elektrode binnen een specifiek
gebied liggen. Als de gasconcentratie toeneemt neemt
ook de stroom toe, hetgeen resulteert in een potentiaalverandering op de Counter elektrode (polarisatie).
Als de elektroden met elkaar verbonden zijn door
middel van een externe weerstand, zal het potentiaal
van de Sensing elektrode het potentiaal van de Counter
elektrode volgen. Indien de gasconcentratie blijft
stijgen, kan het potentiaal van de Sensing elektrode
buiten het toegestane bereik vallen. Vanaf dit punt is
de sensor niet langer lineair en kan geen betrouwbare
meting van gasconcentratie gedaan worden.
CiTiceL met 3 elektroden
De tekortkoming van de CiTicel met twee elektroden
kan worden vermeden door een derde referentie
elektrode toe te passen en een extern potentiostatic
circuit. Met deze oplossing kan de meetelektrode op
een vast potentiaal gehouden worden t.o.v. de
referentie elektrode. Er loopt geen stroom van de
referentie elektrode, dus beiden hebben een gelijk
potentiaal. De Counter elektrode is nu dus vrij om
te polariseren, zonder invloed uit te oefenen op de
Sensing elektrode, die nu niet meer gelimiteerd is.
Het resultaat is hiervan is een veel groter meetbereik.
Capillaire diffusie
O-ring
Sensing elektrode
Referentie elektrode
Counter elektrode
Elektrolyt reservoir
De meeste Toxic Gas CiTiceL sensoren hebben drie
elektroden. Door regulering van het potentiaal van de
Sensing elektrode en het externe potentiostatic circuit
is het mogelijk om een verbeterde reactie en hogere
selectiviteit bij diverse gassen te verkrijgen
CiTicel met 4 elektroden
Verdere doorontwikkeling van de drie elektroden
sensor heeft geleid tot een model met 4 elektroden.
De extra vierde elektrode is de “Auxiliary”. Het signaal
van deze sensor wordt gebruikt voor het verhogen van
de gevoeligheid voor specifieke gassen. Een voorbeeld
hiervan is de CO-sensor (koolmonoxide) die gebruikt
wordt in de BLAUWE LIJN rookgas- en serviceanalyzers,
die vrijwel ongevoelig zijn voor H2 (waterstof).
De chemische reactie
Gas diffundeert in de CiTiceL en reageert op de Sensing
elektode door oxidatie (bij de meeste gassen) of reductie
(bij b.v. stikstofdioxide ). Elke chemische reactie kan worden
weergegeven door een standaard chemische vergelijking.
De chemische vergelijking voor oxidatie van
koolmonoxide bij de Sensing elektrode is:
CO + H2O  CO2 + 2H + 2e-
De Counter elektrode werkt
als tegenreactie op de
Sensing elektrode door
het verminderen van zuurstof
in de lucht tot water:
½ O2 + 2H + 2e-  H2O
CiTiceL sensoren zijn
ontworpen om selectief
specifieke gassen te kunnen
meten met minimale invloed
van andere storende gassen
(kruisgevoeligheid).
Dit wordt voornamelijk
bereikt door een combinatie
van onderstaande technieken.
1)Ontwikkeling van speci fieke elektrode katalysatoren
2)Instellen van het potentiaal
op de meetelektrode
3)Gebruik van (chemische)
filters om kruisgevoeligheid
te verminderen
Bemonstering en reiniging van het gas
Voor optimale en betrouwbare werking van elektrochemische sensoren, dient het te testen gas en de
toegepaste monstername-apparatuur aan een aantal
eisen te voldoen. Het aangezogen gas moet worden
afgekoeld tot omgevingstemperatuur en gereinigd
worden door een filter om vaste stofdeeltjes te
verwijderen. Dit filter dient regelmatig vervangen te
worden en daardoor goed toegankelijk te zijn en niet
de te meten gassen absorberen (zoals NOx of SO2).
Bij verbrandingsprocessen van koolwaterstoffen komt
vaak water(damp) vrij. Om blokkade van de gasstroom te voorkomen dient condenswater te worden
verwijderd (bijvoorbeeld met een condenspatroon)
voordat het de sensoren kan bereiken. Als algemene
regel geldt dat het gas niet mag condenseren en onder
de 45°C moet zijn voordat het aan de sensoren wordt
aangeboden. Buiten blokkering van de gasstroom kan
condenswater ook invloed uitoefenen op de samenstelling van het gas. Voor O2, CO en NO is dit minder
relevant dan voor NO2 en SO2. Deze gassen lossen
gemakkelijk op in water, wat de meetwaarde sterk kan
beïnvloeden. De monsternamepomp dient voldoende
capaciteit te hebben en niet pulserend te werken,
omdat anders geen stabiele waarde verkregen kan
worden. Ook het materiaal van de monsternameslang
is belangrijk. Dit materiaal is zodanig geselecteerd dat
er geen gascomponenten worden geabsorbeerd, die
de meetwaarden zouden kunnen beïnvloeden. Deze
gascomponenten zouden vervolgens kunnen worden
losgelaten bij het aanbieden van schone lucht aan de
sensoren, wat kan resulteren in een meetwaarde waar
een nul wordt verwacht. Gebruik dus altijd de originele
monsternameslang.
De CiTiceL sensor voor koolmonoxide heeft enige kruisgevoeligheid voor SO2 en NOx. Om hoge concentraties
van deze gassen te verwijderen, voordat ze deze sensor
bereiken zijn BLAUWE LIJN rookgasanalyzers voorzien
van een ingebouwd chemisch filter.
De capaciteit van dit filter is beperkt.
Meer informatie over behandeling
van rookgassen bij rookgasanalyse
vindt u elders in deze uitgave.
Testinstrument voor machinerichtlijn
De ELEKTRO LIJN Fulltest3 is een nieuw
instrument voor het uitvoeren van testen
volgens de machinerichtlijnen, die voldoet
aan de actuele (gewijzigde) IEC/EN61439-1
en IEC/EN60204-1:2006.
Het instrument biedt zowel verplichte testen
en niet verplichte testen, waaronder een
continuïteitstest voor de aardverbindingen,
isolatieweerstandtesten tot 1.000 V DC, een
doorslagtest met een instelbare testspanning
van 250 tot 5.100 V AC, aardlekschakelaartesten met oplopende foutstroom/uitschakeltijd, impedantie/kortsluitstroom van de
foutstroomketen, restspanning,
aanraakspanning, ontlaadstroom,
draaiveldrichting, opgenomen stroom
en werkelijk/schijnbaar vermogen.
De behuizing van de ELEKTRO LIJN Fulltest3
bestaat uit een stoot- en slagvaste
kunststof draagkoffer met handige
aansluitschema’s in het deksel. Het toestel
biedt innovatieve gebruiksinterfaces, zoals
een kleurendisplay met touchscreen, een
intern geheugen voor opslag van meetresultaten/grenswaarden en
3 USB-poorten voor
toepassing van een toetsenbord, printer, barcodelezer
en/of aansluiting op een PC.
In deze editie:
De techniek van rookgasanalyse met
elektrochemische sensoren

Testinstrument voor machinerichtlijn

Meten aan fotovoltaïsche installaties

PID-sensoren met
Fence Electrode technologie

Lekdetectie methodieken

Stikstofoxiden meten in rookgassen

Testmethoden voor isolatieweerstand

Meten aan fotovoltaïsche installaties
Het opwekken van elektrische energie met fotovoltaïsche cellen (zonnepanelen) wint wereldwijd
snel aan populariteit. De stijgende prijzen van energie
uit fossiele bronnen, zoals olie en gas, gecombineerd
met dalende prijzen van zonnepanelen, maakt het
gebruik van zonne-energie interessant voor een steeds
groter publiek. Tot voor kort werden fotovoltaïsche
installaties in Nederland slechts mondjesmaat
toegepast. De laatste tijd is echter een toename te
zien en steeds meer installatiebedrijven houden zich
bezig met het aanbrengen en onderhouden van deze
installaties. Het is belangrijk dat het installatiebedrijf
beschikt over voldoende kennis en het juiste
gereedschap om deze werkzaamheden uit te voeren.
Bij het ontwerpen en samenstellen van de materialen
voor een fotovoltaïsche installatie moet onder andere
een keuze worden gemaakt voor een type en aantal
zonnepanelen. De gebruiker van de installatie heeft
bepaalde verwachtingen over het rendement, die
waargemaakt dienen te worden. De producent van
zonnepanelen hanteert een aantal kwaliteitscategorieën. Na productie van elk paneel wordt deze
getest met kunstmatig licht, waarbij wordt bepaald
binnen welke categorie het betreffende product valt.
Bij deze categorie hoort een blad met productspecificaties, aan de hand waarvan de installateur kan
berekenen wat het rendement van de installatie zal
zijn. Na het aanbrengen van de installatie zal de
installateur diverse metingen gaan verrichten om te
bepalen of het geproduceerde vermogen overeenkomt
met de berekeningen en opgegeven specificaties.
Figuur 1
De metingen
Voor het verrichten van metingen aan zonnepanelen
dient rekening te worden gehouden met verschillende
factoren die van invloed zijn op de prestatie van de
fotovoltaïsche cellen. Buiten de fysieke
eigenschappen, die zijn bepaald in het productieproces, zijn er andere belangrijke factoren, zoals de
temperatuur van de cellen en de hoeveelheid zonnestraling die door de panelen wordt opgevangen.
De geografische plaatsing, richting en de hoek
waaronder de panelen zijn geplaatst zijn hier uiteraard
van grote invloed. Atmosferische vervuiling en/of
reflectie van het oppervlak hebben ook veel effect op
de hoeveelheid zonnestraling die doordringt tot de
cellen. Tenslotte treedt er ook verlies op in de
gebruikte kabels, connectoren en de omvormer. Om
ondanks al deze variabele condities toch een goede
meting te kunnen verrichten en conclusies te kunnen
verbinden aan de resultaten, dienen de meetresultaten te worden verrekend naar de STC
(Standaard Test Condities). Bij STC dienen de panelen
beschenen te worden door exact 1.000 Watt licht
per m2 bij een temperatuur van 25 °C. Er worden
bij STC ook specifieke eisen gesteld aan het
spectrum van het licht.
Het verrichten van metingen aan fotovoltaïsche
installaties gaat dus veel verder dan het meten van
spanning en stroom. De hoeveelheid en hoek van inval
van het licht (zonnestraling), evenals de temperatuur
van de panelen en de omgevingstemperatuur spelen
ook een grote rol en dienen nauwkeurig te worden
gemeten. Hiervoor wordt vaak een apart instrument
gebruikt dat onder dezelfde hoek wordt geplaatst
als het paneel. Een typische
meetopstelling bij fotovoltaïsche installaties is schematisch
weergegeven in figuur 1. Bij
deze meetopstelling wordt
gebruik gemaakt van een
hoofdinstrument dat de
stroom- en spanningsmetingen verricht, terwijl een
apart instrument de andere
parameters bij de panelen
registreert. Alle meetresultaten
worden vervolgens met een
gesynchroniseerde tijdcode
samengevoegd. Deze meetmethode maakt het gebruik
van zeer lange meetsnoeren
overbodig, wat veel gemak
en tijdwinst voor de (onderhouds)monteur oplevert.
IV-curve
Zonnepanelen leveren bij hoge en lage lichtsterkte
vrijwel dezelfde spanning, als er geen sprake is van
elektrische belasting (open klemspanning). De
hoeveelheid stroom is echter afhankelijk van de
intensiteit van de zonnestraling. Als er een spanningsmeting wordt uitgevoerd aan een zonnepaneel, vertelt
dat weinig tot niets over de kwaliteit van het product.
Om het vermogen van een paneel te bepalen dient het
elektrisch belast te worden, waardoor er een stroom
gaat lopen. Door de weerstand van de belasting
geleidelijk te verlagen zal de stroom toenemen, totdat
de spanning plotseling in elkaar zakt. Dit punt wordt
het Maximum Power Point (MPP) genoemd. Het resultaat van bovengenoemde meting is een zogenaamde
IV-curve. Dit is een grafische weergave, waarbij op de
horizontale x-as de spanning en op de verticale y-as
de stroom wordt weergeven. Een goed functionerend
paneel geeft een curve zoals weergegeven in figuur 2.
Figuur 2
De spanning blijft hier vrijwel constant, waarna deze
bij het MPP stijl afneemt. Bij een paneel dat niet
(meer) goed functioneert wordt vaak een andere
vorm waargenomen, waarbij de spanning 2 of meer
afnames laat zien (figuur 3).
Figuur 3
Zoals hierboven beschreven dient bij de bepaling van
de IV-curve tevens de hoeveelheid zonnestraling en
de temperatuur gemeten te worden, zodat de meetresultaten kunnen worden verrekend naar de Standaard
test Condities (STC). Voor een correcte bepaling van de
IV-curve van een zonnepaneel schrijft de IEC/EN60891
voor dat het rendement op dat moment minimaal
700 W/m2 bedraagt. Dit betekent dat de meting onder
redelijk zonnige omstandigheden en binnen een
bepaalde tijdsinterval van de dag dient te gebeuren.
Een meting die te vroeg of te laat op de dag wordt
gedaan kan tot gevolg hebben dat de hoek waaronder
het zonlicht invalt te groot is en daardoor de voorgeschreven 700 W/m2 niet wordt gehaald. Met een
simpele inclinometer (een soort zonnewijzer) kan de
invalshoek op eenvoudige wijze worden bepaald.
Onderhoud aan fotovoltaïsche installaties
Een goed aangelegde fotovoltaïsche installatie kan
lange tijd meegaan. De zonnecellen zijn wel onderhevig aan veroudering, waardoor het noodzakelijk is
de panelen ooit te vervangen, maar dit laat gelukkig
lang op zich wachten. Er zijn echter factoren naast
normale veroudering die een negatieve invloed
hebben op de prestatie en levensduur van de installatie.
Uiteraard zijn er externe factoren die voor fysieke
schade kunnen zorgen, zoals storm of hagel. De effecten
hiervan zijn meestal duidelijk zichtbaar en direct
merkbaar. De gemonteerde panelen kunnen echter
ook last krijgen van plaatselijke schaduwvorming door
het geleidelijk vervuilen door (fijn)stof of bijvoorbeeld
vogelpoep. Deze vervuiling heeft tot gevolg dat op
bepaalde plaatsen op het paneel de zonnecellen
onvoldoende licht krijgen. De naastgelegen cellen
worden hierdoor onevenredig hoog belast en kunnen
zelfs doorbranden. Dit heeft een sneeuwbaleffect,
waarmee op den duur het hele paneel defect kan
raken. Het is dus heel belangrijk om zonnepanelen
periodiek schoon te (laten) maken. Andere oorzaken
van plaatselijke schaduwvorming bij zonnepanelen
zijn nieuwbouw van masten en straatverlichting of
groeiende vegetatie, zoals bomen. De temperatuurverschillen die hieruit voorkomen kunnen gemakkelijk
zichtbaar worden gemaakt met een goede thermografische camera. Als de temperatuurverdeling
over een zonnepaneel niet homogeen is dienen er
maatregelen te worden genomen. Een andere oorzaak
van storingen is een koud klimaat. Als de temperatuur
daalt werken zonnecellen minder goed. Bij een
temperatuur onder het vriespunt kunnen sneeuw en ijs
de panelen beschadigen. De laatste factor is regenwater. Een fotovoltaïsche installatie is met een grote
hoeveelheid connectoren en bekabeling altijd blootgesteld aan de elementen. Dit kan gemakkelijk
corrosie tot gevolg hebben, wat op zijn beurt weer
zorgt voor verliezen en storingen. Door periodiek
metingen te verrichten aan deze
installaties kunnen mogelijke
problemen in een vroeg stadium
worden geïdentificeerd en vaak tegen
geringe kosten worden verholpen.
PID-sensoren met Fence Electrode technologie
Productie, opslag en transport van petrochemische
producten creëren diverse veiligheidstechnische
problemen en stellen hoge eisen aan de kwaliteit
van de toegepaste gasdetectie. De verantwoordelijken
op de plant dienen te zorgen voor goede gasdetectie ter bescherming van gebouwen, installaties,
de goederenstroom en, als belangrijkste, de werknemers. Om de veiligheid van het personeel en de
installaties te kunnen waarborgen zijn gassensoren
met een snelle reactietijd, een hoge nauwkeurigheid
en maximale betrouwbaarheid noodzakelijk. Vooral
veel VOC’s (Vluchtige Organische Componenten)
hebben een negatieve invloed op de gezondheid.
Het primaire gezondheidsprobleem met VOC’s in de
atmosfeer komt van langdurige blootstelling aan
lage concentraties van VOC’s, waarvan bekend is
(of wordt vermoed) dat ze kankerverwekkend of giftig
zijn. Voor detectie van VOC’s wordt vaak gekozen voor
PID-sensoren met de gepatenteerde Fence Electrode
sensortechniek van Ion Science.
De belangrijkste reden hiervoor is het feit dat conventionele foto-ionisatie (PID) technologie gevoelig is voor
vervuiling en luchtvochtigheid. Als gevolg van deze
factoren neemt de nauwkeurigheid van de PID-sensor
in belangrijke mate af. Dit probleem beperkt zich
niet alleen tot gebieden in de wereld waar een hoge
omgevingstemperatuur en luchtvochtigheid kunnen
worden verwacht. Het kan bijvoorbeeld ook gemakkelijk
worden veroorzaakt door onderhoud of kalibratie van
het instrument in een geklimatiseerde omgeving, zoals
een kantoor met airconditioning, waarna het instrument
vervolgens buiten wordt toegepast. Dit probleem kan
serieuze veiligheidsrisico’s met zich meebrengen. Bij
PID-metingen zonder gebruik van de Fence Electrode
technologie bij ≥ 90% relatieve vochtigheid kan zich
een meetfout van meer dan 60% voordoen! Dit leidt
tot gevaarlijke situatie bij meting of detectie van
oplosmiddelen, brandstof, gechloreerde ontvettingsmiddelen, benzeen, koelmiddelen en sommige anorganische gassen, zoals ammoniak en zwavelwaterstof.
hebben deze maatregelen een negatieve invloed
op de nauwkeurigheid en betrouwbaarheid van de
metingen. Ze kunnen de reactiesnelheid van de sensor
aanzienlijk vertragen, wat in een petrochemische
omgeving al snel kan leiden tot gevaarlijke situaties.
PID staat voor Photo Ionisation Detector. Dit is een
breedband, niet specifieke sensor die reageert op
een grote verscheidenheid aan organische (VOC’s)
en enkele niet organische componenten. Gangbare
meetwaarden van VOC concentraties vallen tussen
de 0,01 ppm en 20.000 ppm. Een PID sensor werkt
volgens het volgende principe. Onder invloed in ultraviolet licht wordt een gasmolecuul geïoniseerd. Twee
geladen electroden vangen de geïoniseerde deeltjes
op, waarbij een potentiaalverschil ontstaat. Door dit
potentiaalverschil te meten kan de concentratie VOC’s
worden vastgesteld.
Door de aanwezigheid van vocht kan een geleidend
pad ontstaan tussen de electroden, wat het potentiaalverschil sterk beïnvloed. Om meetfouten ten
gevolge van vocht te beperken hebben fabrikanten
diverse compenserende maatregelen bedacht. Een
voorbeeld is toepassing van vochtsensoren om de
PID-sensor en het gebruik van deze meetgegevens om
een compenserend algoritme te implementeren. Ook
het toepassen van buisjes met een droogmiddel bij de
sensoringang met het doel de gasstroom te drogen
is gebruikt. Een andere maatregel is het bevochtigen
van het kalibratiegas, in een poging een natuurlijke
luchtvochtigheid te benaderen. In het algemeen
Bij Ion Science werd besloten dat conventionele
PID- systemen met vochtcompenserende maatregelen
niet ideaal zijn in de veiligheidskritische omgeving
van de petrochemische industrie. De ontwikkelingsafdeling van Ion Science ging daarom op zoek naar
een alternatieve technologie. Na uitgebreid onderzoek
werd de unieke en geavanceerde Fence Electrode
sensortechniek ontwikkeld. Na langdurig en grondig
testen bleek deze technologie snelle, nauwkeurige
en betrouwbare meetresultaten op te leveren onder
vrijwel alle omstandigheden, waarbij de sensor
vrijwel ongevoelig bleek voor invloeden van vocht
en verontreiniging. Zoals de naam al aangeeft wordt
bij Fence Electrode Technologie en extra elektrode
aangebracht in de sensorbehuizing. Deze elektrode
werkt als een buffer tussen de positieve en negatieve
elektrode en verbreekt het geleidende pad tussen de
hoogspanningsplaten. Uitsluitend het signaal van de
PID wordt gemeten. Dit resulteert in een sensor die
vrijwel ongevoelig is voor vocht. Een ander probleem
bij conventionele PID-sensoren is vervuiling van
de sensor, met nadruk op de elektroden. Doordat
vervuiling hecht aan de elektroden doen deze minder
goed hun werk en functioneert de sensor niet goed.
Een mogelijke oplossing voor dit probleem is vorming
van ozon door de PID lamp te laten branden, terwijl de
monsternamepomp is uitgeschakeld. ozons heeft uitstekende reinigende eigenschappen, maar verandert
de gevoeligheid van de sensor, waardoor kalibratie
Lekdetectie methodieken
Het traceren van lekkages in leidingwerk dat vloeibare
of gasvormige media transporteert, is doorgaans geen
gemakkelijke opgave. Er zijn weliswaar verschillende
methodieken voor het opsporen van een lek in de
leiding, maar die zijn sterk afhankelijk van het soort
materiaal dat voor de leiding is gebruikt, de diameter
van de leiding, de grootte van het lek en de heersende
druk of doorstroming (flow). De meest toegepaste
methoden zijn elektromagnetische detectie, akoestische detectie en traceergas. In elk geval dient eerst
het leidingwerk in kaart te worden gebracht, met
andere woorden, waar ligt de leiding precies?
Elektromagnetische detectie van leidingen
Voor het lokaliseren van de leiding kan gebruik worden
gemaakt van elektromagnetisme. Er wordt dan een
elektromagnetisch signaal aangelegd op de metalen
leiding waarna er met een speciale zoekspoel gezocht
wordt naar het punt boven de leiding waar het signaal
het sterkst is. Het wordt iets moeilijker als de leiding
niet van metaal is. Er wordt dan dikwijls gebruik
gemaakt van een glasfiber probe met een metalen kern.
Dit is een dunne flexibele geleider die door de leiding
kan worden geduwd/ getrokken, waarna men weer
boven de leiding met de zoekspoel de glasfiber probe
opzoekt. Binnenshuis wordt voor verwarmingsleiding
steeds meer een kunststof variant gekozen. De leiding is
dan te dun en de hoeken te scherp voor de probe en
bovendien, op het eerste gezicht, niet van metaal.
Echter bevat deze leiding dikwijls een dunne aluminium
laag die als geleider kan worden gebruikt. Door een
klein stukje van de bovenste kunststof laag af te schrapen, kunnen we in contact komen met de aluminium
coating waar vervolgens het elektromagnetische signaal
weer op kan worden aangelegd. Eenmaal in kaart
gebracht met behulp van elektromagnetische detectie,
wordt er bepaald hoe groot het lek is, wat het drukverlies is en wat de diameter van de leiding is.
Meetvisie editie juni 2014
Akoestische lekdetectie
Akoestische (stethoscopische) lekdetectie is een
goede methodiek bij lekken waarbij de leiding een
fysiek contact maakt met de omgeving. Het geluid van
het lek wordt dan door het medium waar de leiding
tegen aan (of in) ligt, getransporteerd. Dit geluid is
vervolgens te detecteren met een uiterst gevoelige
microfoon (denk aan de stethoscoop bij de dokter).
Voorwaarde bij akoestische detectie is dat er een
stroming (flow) en voldoende druk moet zijn en het
lek, afhankelijk van eerder genoemde factoren, voldoende geluid moet produceren om het op te kunnen
pikken met microfonie. De doeltreffendheid van deze
methode is dus sterk afhankelijk van eerder genoemde factoren en vereist een stevige ervaring van de
uitvoerder om een positief resultaat te verkrijgen.
Bij de moeilijkere lekkages, denk aan bijvoorbeeld
haarscheurtjes of lekke koppelingen, waarbij de
lekkage te gering is om te kunnen worden
gedetecteerd met akoestische lekdetectie, ligt er een
andere methodiek voor de hand, waarbij gebruik wordt
gemaakt van een traceergas en een traceergasdetector. Dit traceergas moet een gas zijn met een
zeer klein molecuul dat in staat is om door de kleinste
kieren en scheurtjes te kunnen kruipen. Helium is
bijvoorbeeld zo’n gas dat volledig inert is maar wat
nadelen kent. Het grootste nadeel is de prijs en de
verkrijgbaarheid in de nabije toekomst. Helium raakt
namelijk langzaam op omdat we meer
consumeren dan door moeder natuur is aangemaakt.
Een uitstekend alternatief dat dezelfde voordelen (en
nagenoeg eigenschappen) biedt maar niet de nadelen
kent van helium, is waterstof. Het waterstofmolecuul
is het kleinste ter wereld, hier is het letterlijk allemaal
mee begonnen. Waterstof is rijkelijk verkrijgbaar en
aangenaam voordelig.
Lekdetectie met traceergas
Het gebruik van waterstof als traceergas is een
beproefde en bewezen methode voor het lokaliseren
van lekkages. Het kan zowel binnenshuis als buitenshuis worden gebruikt in allerlei verschillende leidingen
zoals bijvoorbeeld verwarmingsbuis, stadsverwarmingsleiding, gasleiding, waterleiding etcetera.
Ook in de industrie kan het worden toegepast in
bijvoorbeeld pompen, motorblokken en ruimtes die
eigenlijk lucht- en gasdicht moeten zijn.
Men ledigt de leiding (of ander object) waar zich
het lek in bevindt en vult deze met een gasmengsel
dat bestaat uit 5% waterstof en 95% stikstof (het
draaggas). De leiding of het object vult zich met het
gasmengsel, dat onder invloed van druk een weg naar
buiten zoekt. Het waterstof is vervolgens bij het lek
te detecteren met een uiterst gevoelige en speciale
sensor (niet kruisgevoelig voor aardgas), waarmee
men boven de leiding traceert. Hiervoor kunnen
verschillende accessoires worden gebruikt in de vorm
van bijvoorbeeld een sleepmat, priksonde of stolp.
De lage concentratie waterstof zorgt voor een grote
veiligheid. Het is niet ontvlambaar omdat stikstof het
draaggas is (conform ISO 10156). Het is niet giftig en
niet corrosief en daarom ook toegestaan voor gebruik
in drinkwaterinstallaties. Het is voordelig, gemakkelijk
verkrijgbaar, milieuneutraal en kruipt door werkelijk
alle materialen zoals asfalt, beton en andere coatingen.
noodzakelijk is. In de Ion Science PhoCheck Tiger wordt
in de PID-sensor gebruik gemaakt van een PTFE-filter.
Door de handige plaatsing van het filter zijn de VOC’s in
staat de sensorkamer te bereiken, maar de verontreiniging niet. Hierdoor ontstaat een stabielere sensor die
minder vaak gekalibreerd hoeft te worden.
Ion Science beidt een breed spectrum aan gasdetectieinstrumenten met PID-technologie voor
persoonlijke veiligheid, lekdetectie,
benzeen specifieke detectie en
stationaire gasdetectie.
Stikstofoxiden meten in rookgassen
De fossiele brandstoffen die momenteel in de Benelux
gebruikt worden voor verbrandingsprocessen zijn
gebaseerd op koolstof (C) en waterstof (H2), beter
bekend als koolwaterstoffen. Bij verbranding van
deze stoffen komt energie vrij in de vorm van warmte.
Voor het verbrandingsproces is zuurstof (O2) nodig,
waarbij de volgende reactie plaats vindt:
HC + O2  CO2 + H2O
Bovenstaande formule staat voor de ideale
verbrandingsreactie. Naast warmte komen hierbij
restproducten vrij in de vorm van rookgassen.
H2O (water) is onschadelijk en komt vrij in gasvorm.
CO2 (kooldioxide) is niet direct schadelijk voor de mens,
maar wel een broeikasgas en daarmee mede verantwoordelijk voor opwarming van de aarde. De zuurstof
die nodig is voor de verbranding wordt betrokken uit
de omgevingslucht. Deze lucht bestaat voor bijna 80%
uit stikstof (N2). Bij hoge temperaturen in een
verbrandingsproces reageert deze stikstof met de
zuurstof in de lucht en worden stikstofoxiden (NOx)
gevormd. NOx is de verzamelnaam van diverse
samenstellingen van stikstof en zuurstof, waaronder
NO, NO2 en N2O. Deze stikstofoxiden zijn schadelijk
voor de luchtwegen en de gezondheid van de mens.
Op Europees niveau streeft men er naar om de uitstoot
van stikstofoxiden te verlagen. NO (stikstofmonoxide)
is een kleurloos en onzichtbaar gas.
Om de NOx-waarde in rookgassen gunstig te
beïnvloeden dient de temparuur van de vlam
verlaagd te worden. Dit kan onder andere door
verhoging van de luchtfactor bij de verbranding,
verlaging van de luchtfactor voor de verbranding
en rookgascirculatie.
Meetprincipes
Voor het bepalen van de concentratie stikstofoxiden
kan men gebruik maken van een meetprincipe op
basis van chemoluminescense of elektrochemische
sensoren. Afhankelijk van de te meten verbrandingsinstallatie en geldende regelgeving kunt u een
instrument gebruiken met één van beide meetprincipes. Chemoluminescence berust op het principe
dat bij een chemische reactie een reactieproduct en
energie vrijkomt. De energie wordt niet afgestaan
aan de omgeving in de vorm van warmte, maar door
de deeltjes van het reactieproduct opgenomen. Deze
deeltjes zijn hierdoor “aangeslagen”. Zodra de
aangeslagen deeltjes weer terugkeren naar de
originele staat, komt er energie vrij in de vorm van
licht. De hoeveelheid licht kan worden gemeten en is
een maat voor de hoeveelheid van een gas. De golflengte van het licht is bij elke stof anders, waarmee
ook het type gas kan worden vastgesteld. Op deze
wijze kan de hoeveelheid NO en NO2 in rookgassen
nauwkeurig worden bepaald.
Elektrochemische sensoren
berusten op het principe
dat een chemische reactie
in een sensor plaats vindt
(zie het artikel over
elektrochemische sensoren
elders in deze uitgave).
Voor NO en NO2 worden
afzonderlijke elektrochemische sensoren
gebruikt die de concentratie
van elk van deze gassen vaststelt. Vervolgens wordt
het percentage NOX uit deze twee waarden berekend.
Voorbehandeling van het rookgas bij analyse
Voor een nauwkeurige analyse van de rookgassen is
het belangrijk dat deze gassen in ongewijzigde staat
bij de sensoren komen. Bij gebruik van een rookgasanalyser wordt een gasmonster aangezogen via een
rookgasprobe en een monsternameslang. De
aanwezige waterdamp in de rookgassen koelt af
tijdens het transport door de monsternameslang en
condenseert zodra het onder het dauwpunt komt.
Dit water kan worden opgevangen met een
condensafscheider, zodat het niet in de sensoren
terecht komt. Bij NOx-meting kan gecondenseerd
water in het monsternamesysteem echter grote
invloed uitoefenen op het meetresultaat. NO2 lost
zeer gemakkelijk op in water onder het dauwpunt.
Als dit gebeurt in de monsternameslang, wordt het
opgeloste NO2 niet waargenomen door de sensoren in
de analyzer. Door de monsternameslang voldoende te
verwarmen, blijft de rookgastemperatuur boven het
dauwpunt en condenseren de rookgassen niet. Het
NO2 blijft dus in gasvorm aanwezig. Bij toepassing van
een peltierkoeler worden de verwarmde rookgassen
plotseling snel afgekoeld naar 5 °C, waarbij het water
direct condenseert en wordt afgevoerd. Hierbij krijgt
het NO2 geen kans om te worden opgenomen door het
water en bereikt het gas ongeschonden de rookgasanalyser, wat resulteert in nauwkeurige meetwaarden.
De combinatie van een peltierkoeler met verwarmde
monsternameslang is van BLAUWE LIJN verkrijgbaar
onder de naam Maxisystem. Er is tevens een
uitgebreide industriële
rookgasanalyser met
ingebouwde peltierkoeler
en voorziening voor
een verwarmde monsternameslang verkrijgbaar
met de naam
Maxilyzer NG Plus.
Testmethoden voor isolatieweerstand
Elektrische isolatie bestaat in de meeste gevallen uit
materiaal met een bijzonder hoge soortelijke weerstand,
waarmee geleidende materialen van elkaar gescheiden
kunnen worden. Voorbeelden zijn PVC, glas, olie, etc.
Deze isolatie heeft echter geen onbeperkte gebruiksduur. De isolatiewaarde degradeert over tijd door
gebruik en omgevingsinvloeden. De toegepaste isolatie
is ontworpen om een bepaalde tijd mee te gaan, maar
uitzonderlijke omstandigheden kunnen de levensduur ernstig verkorten. Daarom is het verstandig om
regelmatig een isolatieweerstandtest uit te voeren en
de meetresultaten te registreren, zodat gemakkelijk kan
worden bepaald of er sprake is van degradatie van de
isolatiewaarde en het materiaal in de onderhouds
planning opgenomen dient te worden. Door regelmatig te
testen kunt u vastleggen wat de ernst en oorzaak is van
de veroudering. Daarnaast kunt u voorspellen wanneer,
en wellicht hoe, de isolatie vervangen dient te worden.
Degradatie van elektrische isolatie
Er zijn 5 basisoorzaken van degradatie van elektrische
isolatie. Deze oorzaken zorgen gezamenlijk voor
geleidelijk verslechterende isolatie en verkorting van
de levensduur. De eerste oorzaak is elektrische stress.
Isolatie wordt specifiek ontworpen voor elke afzonderlijke applicatie. Afwisselende hoge en lage spanningen
en kortstondige piekspanningen kunnen zorgen voor
aanvullende elektrische stress. In de meeste gevallen
wordt dit veroorzaakt door het schakelen van hoge
vermogens. De tweede oorzaak is mechanische stress.
Door onbalans of het regelmatig opstarten en stoppen
van elektrische motoren, generatoren en machines
kunnen trillingen ontstaan. Deze trillingen hebben
invloed op de structuur van het isolatiemateriaal waardoor de isolatiewaarde afneemt. De derde oorzaak is
chemische aantasting. Er zijn talrijke situaties waarbij
chemische middelen worden gebruikt bij productie of
bewerking. Indien deze middelen in contact komen
met de elektrische isolatie kan dat invloed uitoefenen
op de samenstelling en integriteit van het materiaal,
waardoor de isolatiewaarde minder wordt. Veel
voorkomende chemische invloeden zijn vuile olie en
chemische dampen. De vierde oorzaak is thermische
stress. Bijzonder lage of hoge temperaturen of temperatuurschommelingen kunnen het isolatiemateriaal
verharden. Hierdoor kunnen scheuren ontstaan en
in sommige gevallen kan het isolatiemateriaal zelfs
afbreken. Deze vorm van degradatie komt veel voor
in situaties waarbij grote elektrische stromen worden
gebruikt of het regelmatig opstarten en stoppen van
grote machines. Ook in industrie waarbij met hoge
temperaturen wordt gewerkt, zoals staalindustrie is
dit een veel voorkomende oorzaak. De laatste oorzaak
is de invloed van omgevingsfactoren. Hierbij kunt u
denken aan zaken als schimmel, ongedierte, stof, vuil
en weersomstandigheden, zoals neerslag.
worden verkregen na een meting van 10 minuten en
een meting van 1 minuut. De verhouding tussen deze
twee meetwaarden wordt weergegeven in een getal,
dat iets zegt over de kwaliteit van de isolatie. Indien
het getal lager is dan 1, dan is de isolatie slecht tot
zeer slecht. Een waarde tussen 1 en 2 geeft aan dat
de isolatieweerstand onvoldoende is. Een waarde
tussen 2 en 4 betekent dat er sprake is van voldoende
isolatie en een waarde hoger dan 4 staat voor goede
isolatie. Deze testmethode geeft een beter beeld van
de conditie van de isolatie dan de spot methode. De
PI-test brengt veel voorkomende zaken, zoals het
binnendringen van vocht, doordrenking met olie en
verontreiniging aan het licht. Een PI test wordt vaak
bij grote installaties gebruikt, of als een isolatiefout
met de spotmethode niet is geconstateerd.
3. Diëlektrische Absorptie Ratio (DAR)
Met de DAR-test wordt, net als bij de PI-test, de
verhouding weergeven na twee constante metingen.
Deze meetwaarden worden verkregen na een meting
van 60 seconden en 30 seconden. Net als bij de PI-test
zegt dit getal iets over de conditie van de isolatie. De
verhoudingsgetallen bij deze test zijn echter anders.
Bij een waarde kleiner dan 1 is de isolatie slecht. Een
waarde tussen 1 en 1,25 geeft aan dat de isolatiewaarde voldoende is. Een waarde van 1,4 is een goed
resultaat. De DAR methode wordt vaak bij kleinere
installaties, of delen daarvan, ingezet.
Diverse testmethoden
Er zijn verschillende manieren om isolatieweerstand
te meten. Een goede isolatieweerstandtester biedt
verschillende testfuncties, waarmee u de best
passende methode kunt kiezen voor een specifieke
situatie. Hieronder worden verschillende methoden
kort uitgelegd.
1. Spot methode
De spot methode is een eenvoudige meting waarmee
de waarde van de isolatieweerstand snel kan worden
bepaald. Er wordt een testspanning opgewekt
waardoor een meetstroom gaat lopen. Uit deze
waarden wordt de isolatieweerstandwaarde bepaald
en weergeven. Het is in veel gevallen verstandig een
test van minimaal 60 seconden uit te voeren, zodat
de oplaadstroom of capacitieve laadstroom verwaarloosbaar is ten opzichte van de meetstroom.
2. Polarisatie Index (PI)
De polarisatie index is de eerste van de diagnostische
tests. Met deze test wordt een verhouding weergeven na twee constante metingen. De meetwaarden
4. Stapspanningstest
Bij de stapspanningstest (SV-test of Step Voltage)
wordt de testspanning lineair in stappen van 25 of 50 V
verhoogd. Bij elke stap is het van groot belang dat de
testtijd gelijk is. Bij het verhogen van de testspanning
wordt elektrische stress gecreëerd. Hierdoor komt de
veroudering van isolatie sneller aan het licht dan bij de
spot methode. Bij elke stap wordt gekeken of de
isolatiewaarde zakt. Indien dit het geval is, dan
betekent dit dat de kwaliteit van isolatie slecht is.
Deze test brengt poreuze, uitgedroogde, broze en
verouderde isolatie aan het licht.
5. Diëlektrische ontlading
De diëlektrische ontlading test (DD-test of Dielectric
Discharge) kijkt naar de capacitieve ontlading na
afloop van een isolatieweerstandtest. Beschadiging
of verontreiniging van een laag bij meerlagen isolatie
komt bij een polarisatie index test, diëlektrische
absorptie ratio test, stapspanningstest of spottest niet
aan het licht, maar kan met een diëlektrische ontlading
test wel worden aangetoond. Indien een interne laag
beschadigd is zal de ontlaadstroom hoger zijn dan bij
isolatie die conditioneel in orde is. Na het stoppen van
een meting wordt de ontlaadstroom gemeten gedurende een gestandaardiseerde tijd van 60 seconden.
De meetwaarde wordt vervolgens gedeeld door de
testspanning en capaciteit. Ook hier wordt een getal
gegenereerd dat de conditie van de isolatie weergeeft.
Een waarde groter dan 7 is slecht, tussen 4 en 7 zwak,
tussen 2 en 4 is twijfelachtig en kleiner dan 2 is goed
tot zeer goed. Deze test wordt vaak ingezet bij multi
layer en double layer kabels.
Evaluatie en interpretatie van meetresultaten
Na het verrichten van een meting moeten de verkregen
meetwaarden natuurlijk worden geïnterpreteerd.
Indien het resultaat een hoge weerstandswaarde is,
hoeft er over het algemeen geen actie te worden
ondernomen. Indien de meetwaarde van isolatieweerstand hoog is, maar er is sprake van een afnemende
tendens, dan dient er onderzoek gedaan te worden
naar de oorzaak. Indien de meetwaarde relatief laag
is, maar nog binnen de gestelde grenzen valt, dan
dienen maatregelen overwogen te worden. Indien
de meetwaarden zo laag zijn dat er sprake is van een
gevaarlijke situatie, dan dient er uiteraard direct actie
te worden ondernomen. Bij een plotseling sterkere
afname van de meetwaarden dienen er regelmatig
periodieke tests te worden uitgevoerd om de situatie
te monitoren.
Testspanning
Het is niet altijd duidelijk welke testspanning dient
te worden toegepast. Een te lage testspanning heeft
minder nauwkeurigheid en een kleiner meetbereik tot
gevolg. Een te hoge testspanning kan het testobject
beschadigen en voor overmatige elektrische stress
zorgen. Megger heeft als bekendste fabrikant van
isolatieweerstandtesters onderstaande geadviseerd.
Nominale spanning
Toegepaste testspanning
< 1.000 V
500 V
1.000 tot 2.500 V
500 tot 1.000 V
2.501 tot 5.000 V
1.000 tot 2.500 V
5.001 tot 12.000 V
2.500 tot 5.000 V
> 12.000 V
5.000 tot 15.000 V
Onze verkoopadviseurs geven u graag goed advies
over de juiste testmethode en het passende testinstrument. Indien u slechts eenmalig
een test wilt uitvoeren, dan is huur
van een instrument ook een optie.
Voor een overzicht van het aanbod
verwijzen wij u naar onze website.

Download Report