/Voorpagina /Mensen /Nieuws /Opinie /Cultuur /Studentenleven /Achtergrond /Onderzoek /English page /Reportage /Bestuur /Ruis /Harmpje /Colofon

/Vacatures /Mensa /Oude cursors /pdf formaat /Faculteits Berichten /Zoeken /TUE

jaargang 42, 24 februari 2000 Onderzoek

Ontladingen wijzen de weg naar defecten Energie/Gertjan Harberink Het leven van promovendus ing. Guus Pemen lijkt de afgelopen jaren in het teken te hebben gestaan van ontladingen. Binnen de vakgroep Hoogspanning en EMC (elektrostatische compatibiliteit) doet hij onderzoek naar Corona-ontladingen. Woensdag 23 februari promoveerde Pemen op een methode om ontladingen aan generatoren van elektriciteitscentrales te kunnen doen om defecten aan de machine op te sporen. “Een mooie tegenstelling”, vindt hij zelf. “Corona-ontladingen kun je gebruiken als gereedschap, bijvoorbeeld om biogas te reinigen. Maar in een turbine wil je geen ontladingen hebben. Daar zijn het rotdingen, je ergste vijanden.” De datum waarop Pemen promoveert is bijna niet over het hoofd te zien. Op zijn werkkamer hangen tegen iedere muur en op bijna elke kast A4-tjes waarop met grote letters ‘23 februari’ staat. Ze hangen er al een half jaar, vertelt Pemen. “Om me eraan te herinneren dat ik aan de slag moest.” Zijn ‘boekje’ zoals hij zijn 171 pagina’s tellende proefschrift ietwat geringschattend noemt, is gedrukt. De eerste exemplaren zijn inmiddels verspreid. Trots is hij wel een beetje, erkent hij. Dat mag ook best. Pemen ontwikkelde een methode om defecten op te sporen in turbine-generatoren waarmee de industrie veel kosten kan besparen. Een generator in een elektriciteitscentrale is in feite een flink uit de kluiten gewassen fietsdynamo. Deze gigantische dynamo’s wekken zo’n 600 miljoen watt op. Dat is genoeg om bijvoorbeeld 10.000.000 gloeilampen te laten branden. Per elektriciteitscentrale zorgen enkele van dit soort megadynamo’s voor de elektriciteitsvoorziening van een hele regio. Wie na een lange fietstocht de dynamo van het wiel haalt, merkt dat het ding erg warm geworden is. Bij de machines die in elektriciteitscentrales opgesteld staan, gebeurt hetzelfde. “De stator, de wikkeling van koper in het binnenste van de generator, wordt zwaar belast”, zegt Pemen. “Door thermische krachten bijvoorbeeld. De temperatuur in de stator loopt op tot 120 graden. Daarnaast spelen ook mechanische krachten een rol.” Hoewel het materiaal waar de machines van gemaakt zijn erg veel kan hebben, is het onvermijdelijk dat er beschadigingen optreden. Haarscheurtjes bijvoorbeeld. Of luchtbelletjes. Maar ook simpele montagefouten kunnen veel problemen veroorza ken. Microscopisch kleine defecten, die echter behoorlijke gevolgen kunnen hebben. Pemen onderzocht een geval waarbij de isolatie van de statorwikkeling doorgesleten was, waardoor een gigantische ontlading de generator platlegde. Tonnen Het is daarom zaak de machines regelmatig goed te inspecteren. In het verleden gebeurde dat eens in de drie, vier jaar. Tegenwoordig kijkt een energiebedrijf nog maar eens in de zeven, acht jaar naar de generatoren. Een belangrijke reden daarvoor is geld. Om een machine goed te kunnen onderzoeken en – eventueel – te repareren, moet hij gemiddeld vier tot vijf weken stilgelegd worden. Dat kost enkele tonnen per dag. Pemen deed de afgelopen jaren onderzoek naar een manier om de generator en de toestand van de statorwikkeling te kunnen onderzoeken terwijl de machine in bedrijf is. “Het sleutelwoord is partiële ontlading”, zegt Pemen cryptisch. “Op de plaats waar defecten optreden vinden kleine ontladingen plaats, kleine minibliksempjes die verschillen in aantal en in grootte. Door die ontladingen te analyseren kun je bepalen wat de aard van het defect is.” Maar hoe meet je een minibliksem in een door gas of stoom aangedreven turbine-generator die in bedrijf is? Pemen: “Door speciale sensoren aan te brengen vallen de ontladingen heel precies te registreren.” Wanneer een machine normaal in bedrijf is, registreren de sensoren een regelmatig ontladingspatroon met keurige pieken en dalen. Wanneer er echter defecten aanwezig zijn, verandert dat patroon. “Als de symmetrie doorbroken wordt, is er iets aan de hand.” Pemen slaagde erin met zijn methode redelijk nauwkeurig vast te stellen waar het defect zit. Door alle ruis weg te filteren blijft er een heel schoon patroon over. “Als in een generator een puls plaatsvindt die je aan de buitenkant meet, treedt er altijd vervorming van het signaal op. Door de aard van die vervorming kun je beredeneren op welke plek het defect ongeveer zit en wat voor soort probleem het is.” Met het detectie systeem dat promovendus Guus Pemen ontwikkelde kunnen elektriciteitscentrales in een vroeg stadium defecten in een generator ontdekken. Foto: Bram Saeys. Ruis Het voordeel daarvan is niet alleen dat machines minder lang stilliggen. Het is eveens mogelijk om de machines constant in de gaten te houden. “Wanneer de generator stilgelegd wordt voor een revisie, is al meteen duidelijk waar het defect zit. Dat scheelt veel werk.” De sensoren die Pemen ontwikkelde voor het meten van de storingen zijn eenvoudig aan te brengen. Pemen ontwikkelde twee varianten. Binnen een paar uur zitten de apparaten op hun plek. De gebruikte meettechniek werkt in feite als een radio: “Door af te stemmen op een bepaalde frequentie waarin de ontladingen optimaal te detecteren zijn en de achtergrondruis bijna niet aanwezig is, kun je correct meten.” Pemen stak veel tijd in het ontwikkelen van methoden om de achtergrondruis te onderdrukken die veroorzaakt wordt door de aanwezigheid van andere apparaten in de centrale. De centrale kan de generator op eenvoudige wijze in de gaten houden met Pemens meetinstrumenten. In grote lijnen kan men in de gaten houden of de machines goed functioneren. Om de meetgegevens te interpreteren blijft het echter nodig om een expert in te schakelen. Investeren in de meetapparatuur levert de centrales flink wat op. De schattingen lopen uiteen van een factor vijf tot een factor tien. Elke geïnvesteerde gulden levert dus volgens de ruimste schatting tien gulden op. Het mag duidelijk zijn dat de Nederlandse centrales blij zijn met Pemens onderzoek. Pemen deed zo’n beetje het hele Nederlandse generatorenpark aan. “Dit onderzoek startte ik in ’91. Al snel daarna ging ik naar Kema in Arnhem. Hun prioriteiten veranderden destijds echter in hoog tempo. Ik had het proefschrift toen kunnen afmaken met als gevolg dat er resultaten van slechts één centrale in het boekje zouden komen. Inmiddels heb ik, mede dankzij mijn werk bij Kema, de mogelijkheid gekregen om bij bijna alle Nederlandse centrales te meten.” Pemen werkt al twee jaar niet meer voor Kema en is weer verbonden aan de TUE. Nauwkeurig De eerste keer dat Pemens methode echt bleek te werken was in een turbinegenerator van de Centrale Hemweg in Amsterdam, waarmee wat aan de hand leek te zijn. “Voor het eerst wist ik met mijn methode daadwerkelijk een fout op te sporen. Dat was natuurlijk een mooi moment. Daar doe je het voor uiteindelijk.” Een andere bevestiging van zijn systeem kreeg hij bij de Maasvlakte Centrale in Rotterdam, waar zijn systeem een defect tot op de centimeter nauwkeurig wist te lokaliseren. Toen Pemen nog bij Kema werkte, richtte hij een kenniscentrum op dat werkt aan kennisverbetering op het gebied van generatoren. Het kenniscentrum vergaart onder meer data die afkomstig zijn van metingen die bij de verschillende elektriciteitscentrales in Nederland gedaan worden. “Patronen die samenhangen met bepaalde defecten zijn bij iedere generator hetzelfde. In de toekomst zou het mogelijk moeten zijn om, dankzij die database, heel snel een diagnose te stellen over de aard van een probleem”, zegt Pemen. Zelf zal Pemen daar niet meer aan bijdragen. Zijn werk aan generatoren eindigt met de promotie, hoewel hij voor advies natuurlijk altijd beschikbaar blijft. Het is tijd voor nieuwe wetenschappelijke uitdagingen./.