Wasserkraftwerke kosten viel und arbeiten erst nach Jahrzehnten mit Gewinn. So ist es verständlich, dass diese Kraftwerkstypen für eine lange Lebensdauer geplant und errichtet werden. Nur hochwertige und zuverlässige Maschinenteile und Sensoren kommen hier zum Einsatz. Ein Unternehmen aus Essen stellt solche her.

Wasserkraftwerke gelten als umweltfreundliche Alternative zur klassischen Stromerzeugung. Man unterscheidet Laufwasser-, Speicherkraft- und Pumpspeicherkraftwerke. Der Höhenunterschied zwischen Ober- und Unterwasser sowie die Durchflussmengen, welche die Turbine durchströmen, sind entscheidend für die Ausbeute an elektrischer Energie. Hier bietet ifm electronic mit der hydrostatischen Pegelsonde PS3407 ideale Voraussetzungen für eine langzeitstabile Wasserstandsmessung. Abhängig von örtlichen Gegebenheiten wie Wassermenge und Fallhöhe wird der Turbinentyp gewählt. Die Kaplan-Turbine wird bei großen Fallhöhen und Durchflussmengen, die Francis-Turbine bei mittlerer Fallhöhe und Durchflussmenge und die Peltonturbine bei großen Fallhöhen und geringen Durchflussmengen eingesetzt.

Keine Verluste im Dreh

Die mechanische Energie der Turbinen wird mittels Welle zum Generator übertragen. Gleitlager sorgen für eine möglichst verlustarme Rotation. Hier setzen die Temperatursensoren der ifm electronic an. Die Lagertemperatur ist ein wichtiges Indiz für eine „reibungsfreie" und somit verlustarme Übertragung der Energie. Die Gleitlager werden von einer Zentralschmiereinheit gespeist. Lager- und Kühlschmiermitteltemperatur werden mittels Temperaturauswerteelektronik TR2432 und den Pt1000 Temperatursensoren vom Typ TTxxxx aufgenommen und als skaliertes 4-20 mA Analogsignal der SPS zur Verfügung gestellt. Somit lassen sich Viskosität und Gleitfähigkeit des Schmiermittels überwachen. In der Automatisierungs- und Prozesstechnik gehört die Überwachung und Regelung von Temperaturen zu den wichtigsten Messaufgaben. Die richtige Temperatur hat häufig einen Einfluss auf die Qualität und Wirtschaftlichkeit der entsprechenden Prozesse. Kritische Zustände gilt es zu vermeiden. Hierzu dienen sowohl kompakte Temperaturschalter und -transmitter als auch Kabel- und Stabsensoren, die an eine externe Auswertung angeschlossen werden.

Ständig überwacht

Um nicht in eine Mangelschmierung zu geraten, ist neben der Temperaturmessung natürlich der Füllstand im Vorlagebehälter des Zentralschmieraggregats kontinuierlich zu überwachen. Neben dem Zentralschmieraggregat spielt das Hydraulikaggregat eine wichtige Rolle. Es dient zur servohydraulischen Verstellung der Leitapparatur, z. B. an Francis-Turbinen. Auch hier muss permanent sichergestellt werden, dass genügend Hydraulikflüssigkeit zur Verfügung steht. Besonders bewehrt hat sich hier der auf kapazitiver Basis arbeitende LK3xxx. Bei der kontinuierlichen Messung wird die Füllhöhe stufenlos erfasst, in ein elektrisches Signal umgewandelt und angezeigt. Zur Weiterverarbeitung dienen, je nach Geräteausführung, frei programmierbare Schaltausgänge oder ein Analogausgang.

Bei der kapazitiven Messung bilden der Behälter und das Füllgut einen elektrischen Kondensator. Die Kapazität ändert sich analog zur Füllhöhe und wird mittels Mikroprozessor in ein Maß für die Füllhöhe umgewandelt. Dies wird an einer Vielzahl von Aggregaten in den unterschiedlichsten Anwendungsbereichen, beispielsweise der Werkzeugmaschinen-Industrie, tausendfach eingesetzt. Die elektronischen Sensoren der ifm kommen völlig ohne mechanische Komponenten aus und sind somit besonders robust, zuverlässig und langzeitstabil. Ablagerungen und „Verschleiß" führen im Gegensatz zu mechanischen Komponenten nicht zu Fehlmeldungen. Regelmäßige Wartung und Reinigung sind nicht erforderlich. Auch kritische Prozesszustände, wie die Entleerung eines Hydrauliktanks oder die ungewollte Überfüllung eines Behälters, werden mit Füllstandsensoren permanent überwacht.

Zustandsorientierte Instandhaltung

Neben Gleitlagern werden, je nach Generatortyp, auch Wälzlager verbaut. Die moderne Wälzlagerdiagnose mit ifm-Schwingungssensoren hilft hier, eine zustandsorientierte Instand­haltung aufzubauen. Der beginnende Verschleiß an den Lagern sowie das Fortschreiten von ­Schäden lassen sich mit dem Diagnosesystem Octavis anwenderfreundlich und zuverlässig diagnostizieren. Wenn Lager verschleißen und sich Lagerschäden bilden, erhöht sich die Reibung. Es wird Verlustwärme erzeugt und je nach Fortschritt des Lagerschadens kann dieser bis zu einer Blockade der Welle führen. Dieses wiederum kann augenblicklich zu einer Zerstörung der gesamten Peripherie und somit zu hohen Kosten für Instandsetzung führen.

Gutes Preis-Leistungsverhältnis

Ifm ist sich sicher, mit dem Schwingungssensor vom Typ VSA001 und der Auswerteeinheit VSE002 Geräte auf den Markt gebracht zu haben, die ein gutes Preis-Leistungsverhältnis mitbringen. Zudem sollen sie sich durch eine einfache Bedienerführung der Parametriersoftware bei gleichzeitig hoher Diagnosetiefe auszeichnen. Efector Octavis ist eine Schwingungsüberwachung, bei der nicht nur Schwingungsdaten erfasst, sondern auch die Signalanalyse und Maschinendiagnose bereits an der Maschine durchgeführt wird. Der Maschinenzustand wird am Messort ermittelt und über Alarme oder als Zustandswerte an Steuerungen oder SCADA-Software weitergereicht. Die wesentlichen Forderungen der modernen Maschinenüberwachung werden erfüllt: Kompatibilität, Modularität und übertragbare Konfiguration. Bei einem nicht rechzeitig erkannten Schaden belaufen sich die Kosten zumeist nicht rein auf die auszutauschende Komponente Generator, welche bei einem Totalausfall mit mehreren 10.000 € beziffert werden kann. Vielmehr sind es die Montagekosten, Transportkosten, Ausfallzeiten und damit einhergehend die nicht erwirtschaftete und verkaufte elektrische Energie.

Fazit

Zuverlässige Sensorik und Auswertesysteme der ifm electronic können dafür sorgen, dass Stillstandzeiten minimiert werden. So rechnen sich Investitionen schnell und Wasserkraftwerke können lange Zeit saubere Energie produzieren. (gro)