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.
© Copyright 2024 ExpyDoc