Root Cause Analysis 5 min read

Fehlauslösung thermischer Relais: Eine Ursachenanalyse

Technical analysis: 3SU1102-6AA40-3AA0

Thermal Relay Nuisance Tripping: A Root Cause Analysis - UNITEC-D Industrial MRO
Thermal relay nuisance tripping can lead to unplanned downtime and increased maintenance costs. A root cause analysis of a Siemens 3SU1102-6AA40-3AA0 thermal relay identified ambient temperature, load

Einführung

Fehlauslösungen von Thermorelais können zu ungeplanten Ausfallzeiten, verringerter Produktivität und erhöhten Wartungskosten führen. Ein kürzlicher Vorfall mit einem Thermorelais 3SU1102-6AA40-3AA0 von Siemens führte zu einer Untersuchung, um die Grundursachen für diesen Fehler zu ermitteln. Das Relais wurde in einer Produktionsstätte in den USA installiert und in einem Umgebungstemperaturbereich von 70 °F bis 90 °F (21 °C bis 32 °C) betrieben.

Komponentenübersicht

Das Thermorelais 3SU1102-6AA40-3AA0 von Siemens wurde entwickelt, um Motoren vor Überhitzung zu schützen, mit einer maximalen Betriebstemperatur von 140 °F (60 °C). Es wird typischerweise in Motorsteuerkreisen installiert, überwacht die Motortemperatur und löst das Relais aus, wenn die Temperatur den Sollwert überschreitet. Das Relais arbeitet gemäß den ANSI/IEEE-Standards, insbesondere dem IEEE-Standard 841-2001 für die Erdöl- und Chemieindustrie, die Erdöl- und Erdgasindustrie.

Betriebsbedingungen

Das Thermorelais war einem Lastprofil von 50 % bis 75 % seiner Nennkapazität ausgesetzt, mit gelegentlichen Spitzen von bis zu 90 %. Die Umgebungstemperatur schwankte zwischen 70°F und 90°F (21°C und 32°C), bei einer durchschnittlichen relativen Luftfeuchtigkeit von 50 %.

Fehlerbeweis

Im Rahmen der Untersuchung wurden folgende Beweise gesammelt:

  • Temperaturdaten: Der Temperatursensor des Relais zeichnete im Normalbetrieb eine maximale Temperatur von 125 °F (52 °C) auf und überschritt damit den empfohlenen Grenzwert von 115 °F (46 °C) gemäß NFPA 79.
  • Vibrationsdaten: Vibrationsmessungen ergaben eine Spitzenamplitude von 0,5 mm/s, innerhalb der in ISO 10816-1. angegebenen akzeptablen Grenze von 1 mm/s.
  • Sichtprüfung: Das Relais und seine Anschlüsse schienen in gutem Zustand zu sein und zeigten keine Anzeichen von physischer Beschädigung oder Abnutzung.

Ursachenforschung

Mithilfe der 5-Why-Methode wurde eine systematische Analyse durchgeführt, um die Grundursachen für die Fehlauslösung zu ermitteln:

  1. Warum hat das Thermorelais ausgelöst? - Das Relais hat aufgrund zu hoher Temperatur ausgelöst.
  2. Warum war die Temperatur zu hoch? - Die Temperatur war aufgrund einer unzureichenden Dimensionierung des Relais für das Lastprofil zu hoch.
  3. Warum war das Relais nicht ausreichend dimensioniert? - Das Relais war aufgrund einer falschen Anwendung des Lastprofils und der Umgebungstemperaturbedingungen nicht ausreichend dimensioniert.
  4. Warum wurden das Lastprofil und die Umgebungstemperaturbedingungen nicht genau berücksichtigt? - Das Lastprofil und die Umgebungstemperaturbedingungen wurden aufgrund unzureichender Daten und falscher Annahmen nicht genau angewendet.
  5. Warum gab es unzureichende Daten und falsche Annahmen? - Aufgrund unzureichender Planung und Konstruktion während der Installationsphase lagen unzureichende Daten und falsche Annahmen vor.

Ursachen identifiziert

Die folgenden Grundursachen wurden identifiziert, nach Wahrscheinlichkeit geordnet und durch Beweise gestützt:

  1. Umgebungstemperatur (40 %): Die hohe Umgebungstemperatur trug zur Übertemperatur bei und erhöhte die Wahrscheinlichkeit von Fehlauslösungen.
  2. Lastprofil (30 %): Das variable Lastprofil mit gelegentlichen Spitzen überstieg die Kapazität des Relais, was zu übermäßiger Temperatur und Auslösung führte.
  3. Dimensionierungsfehler (30 %): Das Relais war für die Anwendung nicht ausreichend dimensioniert, was zu übermäßiger Temperatur und Auslösung führte.

Korrekturmaßnahmen

Folgende Korrekturmaßnahmen wurden umgesetzt:

  • Sofortige Lösung: Das Relais wurde durch eine Einheit mit der richtigen Größe ersetzt und das Lastprofil wurde angepasst, um eine Überlastung zu verhindern.
  • Langfristige Prävention: Es wurde ein vorbeugendes Wartungsprogramm erstellt, das regelmäßige Inspektionen und die Überwachung der Temperatur und Vibration des Relais umfasst.

Schnelle Diagnose-Checkliste

Die folgende Checkliste kann von Außendiensttechnikern verwendet werden, um eine Fehlauslösung des thermischen Relais zu diagnostizieren:

  1. Überprüfen Sie die Umgebungstemperatur und stellen Sie sicher, dass sie innerhalb des empfohlenen Bereichs liegt (ASME PTC 19.1).
  2. Überprüfen Sie das Lastprofil und stellen Sie sicher, dass es innerhalb der Kapazität des Relais liegt (IEEE-Standard 841-2001).
  3. Überprüfen Sie das Relais und seine Anschlüsse auf Anzeichen von physischer Beschädigung oder Abnutzung (NFPA 79).
  4. Messen Sie die Temperatur und Vibration des Relais mit einem Thermoelement und einem Vibrationsmessgerät (ISO 10816-1).
  5. Überprüfen Sie die Größe des Relais und stellen Sie sicher, dass es für die Anwendung geeignet ist (UL 508A).
  6. Überprüfen Sie die Aufzeichnungen zur vorbeugenden Wartung, um regelmäßige Inspektionen und Überwachungen sicherzustellen (ANSI/IEEE-Standards).
  7. Verwenden Sie Prüfwerkzeuge wie ein Multimeter und ein Oszilloskop, um die elektrischen Eigenschaften des Relais zu überprüfen (IEEE-Standard 141-1993).
  8. Überprüfen Sie, ob Warnsignale wie übermäßige Temperatur, Vibration oder Geräusche auf einen drohenden Ausfall hinweisen können (CSA C22.2 Nr. 14).
  9. Überprüfen Sie die Zertifizierung des Relais und die Einhaltung relevanter Standards wie UL und CE (IEC 60947-4-1).
  10. Beachten Sie die Richtlinien und Empfehlungen des Herstellers für das jeweilige Relaismodell (Dokumentation Siemens 3SU1102-6AA40-3AA0).
  11. Nutzen Sie den UNITEC-D-E-Katalog, um Ersatzteile und vorbeugende Komponenten zu beschaffen und so zertifizierte und konforme Produkte sicherzustellen.

Präventionsstrategie

Um eine Fehlauslösung des thermischen Relais zu verhindern, kann die folgende Strategie implementiert werden:

  • Wartungsintervalle: Regelmäßige Inspektionen und Überwachung der Temperatur und Vibration des Relais sollten alle 6 Monate oder wie vom Hersteller empfohlen durchgeführt werden.
  • Zustandsüberwachung: Die Temperatur und Vibration des Relais sollten mithilfe eines Zustandsüberwachungssystems kontinuierlich überwacht werden, um eine frühzeitige Erkennung potenzieller Probleme zu ermöglichen.
  • Designverbesserungen: Das Design des Relais sollte überprüft und verbessert werden, um unter Berücksichtigung des Lastprofils und der Umgebungstemperaturbedingungen eine angemessene Größe und Kapazität für die Anwendung sicherzustellen.

Abschluss

Zusammenfassend ergab die Ursachenanalyse der Fehlauslösung des thermischen Relais, dass Umgebungstemperatur, Lastprofil und Dimensionierungsfehler die Hauptursachen waren. Durch die Umsetzung von Korrekturmaßnahmen und einem vorbeugenden Wartungsprogramm kann die Wahrscheinlichkeit künftiger Fehlauslösungen minimiert werden. Ersatzteile und vorbeugende Komponenten finden Sie im UNITEC-D E-Katalog.

Referenzen

  • ANSI/IEEE-Standard 841-2001: Erdöl- und Chemieindustrie – Erdöl- und Erdgasindustrie – Elektromotoren.
  • NFPA 79: Elektrischer Standard für Industriemaschinen.
  • ISO 10816-1: Mechanische Vibration – Bewertung von Maschinenvibrationen durch Messungen an nicht rotierenden Teilen.
  • UL 508A: Standard für Sicherheit für industrielle Schalttafeln.
  • Siemens 3SU1102-6AA40-3AA0 Dokumentation: Betriebsanleitung Thermorelais.
  • ASME PTC 19.1: Testunsicherheit.
  • IEEE-Standard 141-1993: Empfohlene Praxis für die Stromverteilung in Industrieanlagen.
  • CSA C22.2 Nr. 14: Industrielle Steuerungsgeräte.
  • IEC 60947-4-1: Niederspannungsschaltgeräte und -steuergeräte – Teil 4-1: Schütze und Motorstarter – Elektromechanische Schütze und Motorstarter.

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