1. Introduzione
Nell'agosto 2023, in uno dei reparti di un'azienda di alimentare ucraina è sorta una situazione critica: il motore principale della linea di imballaggio si arrestava ogni 4-6 ore a causa dell'attivazione del relè termico di protezione. Il personale tecnico ha sostituito il contattore nel gruppo tre volte durante la settimana, ma il problema persisteva. Questi arresti non solo riducono l'efficienza complessiva dell'attrezzatura (OEE), ma provocano anche un ciclo termico delle bobine del motore elettrico, riducendo la loro durata. Il nostro compito come ingegneri UNITEC-D GmbH consiste nell'condurre un'indagine sistematica delle cause prime in base alla metodologia di analisi delle cause.
2. Visione del componente e condizioni di esercizio
Relè termico destinato alla protezione dei motori elettrici asincroni da sovraccarico, interruzione di fase e asimmetria dei correnti. È situato nella scatola di controllo elettrica, immediatamente dopo il contattore a corrente alternata. Nella presente sistema è utilizzato un motore con potenza nominale di 15 kW (400 V, 28,5 A), che opera in regime di funzionamento ripetuto a breve termine S3 (P.V. 40%).
L’azionamento della parte meccanica avviene tramite un riduttore ad alta precisione e un'unità a testa, dove gli elementi chiave di rotazione sono cuscinetti a sfere radiali a carico radiale e assiale, come SKF 7007 CD/P4ADGA, progettati per elevati carichi assiali e radiali a velocità massime fino a 12 000 giri/min. Ogni deviazione nella parte elettrica o meccanica è immediatamente riflesso nel profilo della corrente assorbita.
3. Evidenze di guasto e raccolta dati
Durante l'intervento sul sito, i nostri tecnici hanno effettuato un'analisi completa. Sono stati registrati i seguenti parametri:
- Corrente di lavoro effettiva in regime stabile: 26,2 A (inferiore al valore nominale del relè 29,0 A).
- Temperatura dell'aria all'interno della scatola di distribuzione: +52 °C (alla temperatura normale di calibrazione del relè +20 °C in base a EN 60947-4-1).
- Amplitudine della vibrazione sul telaio del cuscinetto del motore (ISO 10816-3): 1,8 mm/s (entro i limiti normali per la classe della zona II).
- Termografia delle lamelle bimetalliche del relè: rilevato riscaldamento locale delle gruppi di contatto fino a +78 °C.
Nota del direttore tecnico: "I dispositivi di protezione reagiscono spesso non al sovraccarico del motore, ma alla variazione dell'ambiente fisico all'interno delle scatole di controllo compatte durante il periodo estivo."
4. Analisi sistematica delle cause radice (Metodo 5 Perché)
- Perché si attiva il relè termico? Poiché le lamine bimetalliche si piegano alla posizione critica di apertura a causa del rilascio termico eccessivo.
- Perché viene rilasciato troppo calore? A causa di un alto corrente di avviamento e di una temperatura ambiente elevata nella scatola di controllo.
- Perché la temperatura nella scatola supera i progettati +35 °C? Il sistema di ventilazione forzata (ventilatori filtranti) ha una capacità insufficiente a causa dell'accumulo di polvere.
- Perché i filtri si sono intasati prima del piano di manutenzione? Il piano di manutenzione non aveva considerato l'aumento stagionale della concentrazione di materiali polverosi nel reparto.
- Perché la selezione degli apparecchi non ha considerato il coefficiente di temperatura? Durante la progettazione della scatola di controllo non è stata applicata la correzione per la deratizzazione della corrente nominale del relè in base a EN 60947-4-1 a temperature superiori a +20 °C.
5. Causei identificate (Elenco ordinato)
| Prima causa | Probabilità | Documenti di prova |
|---|---|---|
| 1. Drift termico a causa del riscaldamento della scatola | 65% | Temperatura nel forno +52 °C; assenza di compensazione termica nella serie di relè selezionata. |
| 2. Non conformità del profilo di avviamento (classe di interruzione) | 20% | I frequenti avviamenti in modalità S3 causano un accumulo di calore più veloce del raffreddamento del bimetallo. |
| 3. Calcolo errato del valore nominale (errore di selezione) | 15% | Scelta della taratura senza considerare le caratteristiche di avviamento del meccanismo con cuscinetto a sfera. |
6. Azioni correttive e preventive
Per risolvere la guasta attuale e prevenire incidenti simili in futuro è stato sviluppato un piano di azioni:
- Risoluzione immediata: È stato installato un ulteriore modulo di condizionamento della scatola di controllo e la temperatura interna è stata ridotta a +28 °C. La taratura del relè termico è stata aggiornata tenendo conto delle nuove normative DSTU EN 60947-4-1.
- Profilassi a lungo termine: Eseguito il passaggio a relè elettronici di sovraccarico con funzionalità estese e indipendenza dalla temperatura ambientale nel range da -20 °C a +60 °C.
7. Checklist diagnostico rapido per il personale tecnico
Utilizzare questa checklist direttamente in officina su tablet durante la verifica della scatola di controllo:
- [ ] Misurare la temperatura dell'aria all'interno della scatola di controllo (norma: fino a +35 °C).
- [ ] Controllare lo stato dei filtri della ventilazione forzata e procedere alla pulizia in caso di necessità con aria compressa.
- [ ] Misurare i valori di corrente di fase utilizzando strumenti per misurare la corrente con l'attrezzatura sotto carico.
- [ ] Verificare il momento di serraggio delle prese di potenza (momento consigliato in base al manuale — 2,5 Nm).
- [ ] Confrontare la soglia effettiva del relè con i dati del passaporto del motore elettrico.
- [ ] Valutare lo stato delle superfici di contatto per la presenza di tracce di ossidazione o bruciatura.
- [ ] Verificare l'integrità dell'isolamento delle linee cavi e l'assenza di microfessure.
- [ ] Verificare la presenza di vibrazioni esterne sul sistema di trasmissione rotazionale.
8. Strategia di prevenzione delle guasti
Per raggiungere l'indicatore MTBF a un livello superiore a 50 000 ore di funzionamento senza interruzioni è necessario introdurre quanto segue:
- Controllo termico regolare dei contatti degli apparecchi di commutazione (ogni 3 mesi).
- Controllo della pulizia dei filtri d'aria delle scatole di controllo ogni mese.
- Utilizzo di componenti originali e verificati alberi rotanti (ad esempio, cuscinetti SKF 7007 CD/P4ADGA per garantire la precisione degli assi e l'assenza di resistenze meccaniche aggiuntive).
9. Conclusione
I falsi scatti dei relè termici quasi sempre sono conseguenza di difetti nel progetto del sistema di raffreddamento della scatola di controllo o di errori nell'uso delle correzioni termiche. Un approccio sistematico all'analisi dell'ambiente e dei parametri di corrente permette di eliminare completamente i fermi macchina. L'intero assortimento di apparecchiature di commutazione, componenti elettrici e parti di precisione è disponibile presso il nostro magazzino. Consultate le caratteristiche tecniche e effettuate l'ordine tramite UNITEC-D E-Catalog.
10. Riferimenti
- DSTU EN 60947-4-1:2014 Apparati di distribuzione e controllo a bassa tensione. Parte 4-1. Contattori e avviatori motori.
- ISO 10816-3:2009 Vibrazione. Valutazione della vibrazione delle macchine in base alle misurazioni su parti non rotative.
- Catalogo Generale SKF: Manuale Tecnico per Cuscinetti di Precisione.
- IEEE Std 141-1993 IEEE Practice Consigliata per la Distribuzione dell'Energia Elettrica nei Piantaggi Industriali.
