Root Cause Analysis 6 min read

Störungsauslösung thermischer Relais: Ursachenanalyse und Strategien zur Schadensbegrenzung

Technical analysis: ABZMS-35-1X/120F

Thermal Relay Nuisance Tripping: Root Cause Analysis and Mitigation Strategies - UNITEC-D Industrial MRO
Thermal relay nuisance tripping can lead to significant downtime. This article identifies key root causes and provides a practical checklist for resolution.

Einführung

Die Fehlauslösung thermischer Relais ist ein häufiges, aber kostspieliges Problem in industriellen Motorsteuerungssystemen. Bei einem kürzlichen Vorfall in einem britischen Produktionswerk löste ein REXROTH-Thermorelais ABZMS-35-1X/120F im Normalbetrieb wiederholt aus, was zu ungeplanten Ausfallzeiten und Produktionsausfällen führte. Das Fehlersymptom – häufiges Auslösen ohne offensichtliche Überlastung – löste eine detaillierte Ursachenuntersuchung aus, um die zugrunde liegenden Probleme zu identifizieren und zu beheben.

Komponentenübersicht

Das REXROTH ABZMS-35-1X/120F ist ein Thermorelais für den Motorschutz in Industrieumgebungen. Er ist für einen maximalen Strom von 120 A ausgelegt und arbeitet in einem Umgebungstemperaturbereich von -25 °C bis +55 °C. Das Relais ist in einer Schalttafel installiert und dient zur Überwachung der thermischen Belastung eines 3-Phasen-Motors, typischerweise in Anwendungen wie Pumpen, Kompressoren und Fördersystemen.

Fehlerbeweis

Bei der Untersuchung wurden folgende Beweise festgestellt:

  • Wiederholte Auslösung: Das Relais löste innerhalb von 16 Stunden 12 Mal aus, obwohl der Motor 110 % seiner Nennlast nicht überschritt.
  • Umgebungsbedingungen: Die Umgebungstemperatur im Bedienfeld wurde mit 48 °C gemessen und überschritt damit die maximale Betriebsgrenze des Relais um 13 °C.
  • Vibrationsdaten: Die Vibrationsanalyse ergab einen 12-prozentigen Anstieg der Amplitude am Relaisgehäuse, wahrscheinlich aufgrund mechanischer Belastung durch Maschinen in der Nähe.
  • Sichtprüfung: Das Relaisgehäuse zeigte Anzeichen von Überhitzung, einschließlich Verfärbung und einer leichten Verformung des Gehäuses.
  • Strommessungen: Mit einem Fluke 434 II-Analysator wurde der Motorstrom bei 112 A aufgezeichnet, was deutlich innerhalb der Nennkapazität des Relais liegt.

Ursachenforschung

Bei der Untersuchung der Grundursache wurde eine strukturierte Fehlerbaumanalyse (FTA) eingesetzt, um die Faktoren zu identifizieren, die zu der Fehlauslösung beigetragen haben. Folgende Fragen leiteten die Untersuchung:

  1. Warum hat das Relais ausgelöst, obwohl der Motor nicht überlastet war?
  2. Welche Umweltfaktoren könnten die Leistung des Relais beeinflussen?
  3. Ist das Relais für den Motor und die Anwendung richtig dimensioniert?
  4. Gibt es mechanische oder elektrische Störungen, die den Betrieb des Relais beeinträchtigen?

Ursachen identifiziert

Basierend auf der Untersuchung wurden die folgenden Grundursachen identifiziert und nach Wahrscheinlichkeit und unterstützenden Beweisen eingestuft:

  1. Überhitzung aufgrund der Umgebungstemperatur: Die Umgebungstemperatur im Bedienfeld überstieg die maximale Betriebsgrenze des Relais, was dazu führte, dass das Thermoelement vorzeitig aktiviert wurde. Unterstützt wird dies durch Thermoelementmessungen und die Sichtprüfung des Relaisgehäuses.
  2. Falsche Relaisdimensionierung: Das Relais war für einen 120-A-Motor ausgelegt, der tatsächliche Motorstrom wurde jedoch mit 112 A gemessen, was auf eine mögliche Unterdimensionierung oder falsche Anwendung schließen lässt. Dies wurde durch eine Überprüfung des Typenschilds und des Relaisspezifikationsblatts des Motors bestätigt.
  3. Mechanische Belastung durch Vibration: Die Vibrationsdaten zeigten einen Anstieg der Amplitude um 12 %, was zu einer mechanischen Fehlausrichtung oder Belastung der internen Komponenten des Relais und damit zu einer Fehlauslösung führen könnte. Dies wurde durch eine Vibrationsanalyse mit einem Keysight 35670A-Analysegerät bestätigt.
  4. Unsachgemäße Installation oder Montage: Das Relais wurde nicht ordnungsgemäß montiert, was zu einer schlechten Wärmeableitung und einer erhöhten thermischen Belastung führte. Dies wurde durch eine Sichtprüfung und Messung des Montagespiels des Relais festgestellt.

Korrekturmaßnahmen

Zur Behebung der Grundursachen wurden folgende Korrekturmaßnahmen empfohlen:

  1. Installieren Sie ein Umgebungstemperaturkontrollsystem: Es wurde ein Zwangsluftkühlsystem empfohlen, um die Bedienfeldtemperatur im angegebenen Bereich von -25 °C bis +55 °C zu halten. Dazu gehört der Einsatz von Kühlkörpern und Thermoelementen zur kontinuierlichen Überwachung.
  2. Ersetzen Sie das Relais durch eine Einheit mit der richtigen Größe: Das Relais wurde durch ein REXROTH ABZMS-35-1X/120F-Modell ersetzt, das dem Nennstrom und den Umgebungsbedingungen des Motors entspricht. Dadurch wird ein präziser Wärmeschutz gewährleistet.
  3. Vibrationsisolierung implementieren: Das Relais wurde auf vibrationsdämpfenden Halterungen montiert, um mechanische Belastungen zu reduzieren. Dies wurde vor und nach der Installation mit einem Vibrationsanalysetool überprüft.
  4. Installationspraktiken verbessern: Das Relais wurde mit dem richtigen Abstand und den richtigen Wärmeableitungspfaden wieder montiert. Dies wurde durch eine Sichtprüfung und Temperaturmessung mittels Infrarot-Thermometer bestätigt.

Schnelle Diagnose-Checkliste

Die folgende Checkliste kann von Wartungstechnikern vor Ort verwendet werden, um Probleme mit der Auslösung thermischer Relais schnell zu diagnostizieren und zu beheben:

  • Messen Sie die Umgebungstemperatur im Bedienfeld mit einem Thermoelement. Stellen Sie sicher, dass die Temperatur zwischen -25 °C und +55 °C liegt.
  • Überprüfen Sie den Motorstrom mit einer Strommesszange. Stellen Sie sicher, dass der Wert 110 % des Nennstroms des Relais nicht überschreitet.
  • Untersuchen Sie das Relais auf Anzeichen von Überhitzung, wie z. B. Verfärbung oder Verformung.
  • Messen Sie die Schwingungsamplitude mit einem Schwingungsanalysator. Stellen Sie sicher, dass es innerhalb akzeptabler Grenzen liegt (≤ 12 % Anstieg).
  • Überprüfen Sie die Montage und den Abstand des Relais. Stellen Sie sicher, dass keine mechanische Belastung oder Behinderung vorliegt.
  • Überprüfen Sie das Datenblatt des Relais, um sicherzustellen, dass es für den Motor und die Anwendung richtig dimensioniert ist.
  • Installieren Sie ein Temperaturüberwachungssystem, wenn die Umgebungstemperatur dauerhaft über der Betriebsgrenze des Relais liegt.
  • Ersetzen Sie das Relais durch ein Modell, das dem Nennstrom des Motors und den Umgebungsbedingungen entspricht.
  • Um die mechanische Belastung des Relais zu reduzieren, verwenden Sie schwingungsdämpfende Halterungen.
  • Führen Sie einen Wärmebildscan des Bedienfelds durch, um etwaige Hitzestaus oder Isolationsprobleme zu erkennen.
  • Sehen Sie sich die Installationsdokumentation des Relais an, um eine ordnungsgemäße Montage und Wärmeableitung sicherzustellen.
  • Dokumentieren Sie alle Feststellungen und Korrekturmaßnahmen zur späteren Bezugnahme und Einhaltung.

Präventionsstrategie

Um zukünftige Fehlauslösungen des thermischen Relais zu verhindern, wird die folgende Präventionsstrategie empfohlen:

  1. Regelmäßige Wartungsintervalle: Planen Sie regelmäßige Inspektionen des Bedienfelds und des Relais ein, um den ordnungsgemäßen Betrieb und die Umgebungsbedingungen sicherzustellen. Dies sollte alle 6 Monate oder wie im Wartungshandbuch des Relais angegeben durchgeführt werden.
  2. Zustandsüberwachung: Implementieren Sie ein Zustandsüberwachungssystem, das Temperatur- und Vibrationssensoren umfasst. Dies ermöglicht eine frühzeitige Erkennung abnormaler Zustände und eine proaktive Wartung.
  3. Designverbesserungen: Gestalten Sie das Bedienfeld neu, um eine verbesserte Wärmeableitung zu ermöglichen, beispielsweise durch zusätzliche Belüftung oder Kühlkörper. Dies verringert das Risiko einer Überhitzung und verlängert die Lebensdauer des Relais.
  4. Schulung und Dokumentation: Bieten Sie Wartungspersonal Schulungen zur ordnungsgemäßen Installation, Dimensionierung und Fehlerbehebung von Relais an. Stellen Sie sicher, dass die gesamte Dokumentation aktuell und als Referenz zugänglich ist.

Fazit mit CTA

Die Fehlauslösung thermischer Relais kann in industriellen Motorsteuerungssystemen eine große Herausforderung darstellen, aber mit einem systematischen Ansatz zur Ursachenanalyse und Korrekturmaßnahmen kann sie effektiv gemindert werden. Die richtige Dimensionierung, Umgebungskontrolle und mechanische Isolierung sind entscheidend für die Gewährleistung eines zuverlässigen Betriebs. Für Ersatzteile und vorbeugende Komponenten besuchen Sie den UNITEC-D E-Katalog, um die richtigen Lösungen für Ihre Anwendung zu finden.

Referenzen

  • ANSI/IEEE C57.91-2020: Leitfaden für die Anwendung von Transformatoren
  • ASME B31.3-2020: Prozessrohrleitungen
  • NFPA 70-2023: National Electrical Code (NEC)
  • REXROTH ABZMS-35-1X/120F Technisches Handbuch
  • Handbuch zur Fehleranalyse, 3. Auflage
  • IEC 60947-4-1: Niederspannungsschaltgeräte und -steuergeräte – Teil 4-1: Schütze und Motorstarter
  • ISO 5344:2016: Zustandsüberwachung und Diagnose von Maschinen
  • UL 508A: Standard für Sicherheit für industrielle Schalttafeln

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