Inleiding: het faalsymptoom dat aanleiding geeft tot het onderzoek
Een thermisch relais in een motoraandrijfsysteem van 150 pk in een Britse fabriek begon herhaaldelijk te trippen tijdens piekbelastingscycli. De uitschakeling vond plaats zonder enige zichtbare overbelasting van de motor of mechanisch defect. Deze hinderlijke uitschakeling leidde tot ongeplande stilstand, hogere onderhoudskosten en verminderde productie-efficiëntie. Het onderzoek naar de hoofdoorzaak had tot doel de onderliggende factoren te identificeren die aan dit probleem bijdragen.
Componentoverzicht: Thermische relaisfunctie en bedrijfsomstandigheden
Het thermische relais in kwestie is een SKF 22244CCK/C3W33 lager dat wordt gebruikt in het lagerhuis van de motor. Dit onderdeel is ontworpen om bedrijfstemperaturen tot 120 °C (248 °F) te weerstaan en is geschikt voor continu gebruik bij 85 °C (185 °F) onder standaard belastingsomstandigheden. Het wordt vaak gebruikt in industriële motoren en vereist regelmatige inspectie om ervoor te zorgen dat het binnen het operationele bereik blijft.
Thermische relais zijn van cruciaal belang voor het beschermen van motoren tegen oververhitting als gevolg van overmatige stroom of mechanische spanning. Ze worden in de buurt van de motorwikkelingen geïnstalleerd en worden geactiveerd door een bimetaalstrip die buigt als reactie op temperatuurveranderingen. De uitschakeldrempel van het relais wordt ingesteld op basis van de nominale stroom en omgevingstemperatuur van de motor, zoals gespecificeerd in IEEE 1584-2012 voor elektrische veiligheid en ASME B31.1-2019 voor normen voor leidingen en apparatuur.
Bewijs van falen: wat de technicus ziet
Tijdens de eerste inspectie hebben veldtechnici het volgende waargenomen:
- Herhaalde uitschakeling tijdens belastingspieken, met uitschakelintervallen van 15-30 minuten.
- Oververhitting van het lagerhuis, oplopend tot 112 °C (233,6 °F), gemeten door een infraroodwarmtebeeldcamera (Fluke TiS10).
- Overmatige trillingen in de motorbehuizing, gemeten bij 8,2 mm/s RMS (0,0082 m/s²) met behulp van een trillingsanalysetool (B&K 3516).
- Verkleuring van de lagerloopbaan, wat wijst op thermische degradatie.
- Losse montage van het thermische relais, waardoor een onregelmatige signaaloverdracht naar het besturingssysteem ontstaat.
Deze symptomen wezen op een combinatie van thermische en mechanische spanning, wat erop duidde dat het relais buiten de ontwerpparameters werkte.
Onderzoek naar de hoofdoorzaak: systematische analyse
Er werd een systematische analyse van de hoofdoorzaken uitgevoerd met behulp van de 5 Whys-techniek en het Ishikawa-diagram. Het onderzoek concentreerde zich op drie hoofdgebieden: omgevingstemperatuur, belastingsprofiel en relaisgrootte.
5 Waarom-analyse
- Waarom is het thermische relais geactiveerd? Omdat de temperatuur de nominale drempel van het relais overschreed.
- Waarom overschreed de temperatuur de drempel? Omdat de omgevingstemperatuur hoger was dan de ontwerpspecificatie.
- Waarom was de omgevingstemperatuur hoger dan gepland? Omdat het HVAC-systeem van de faciliteit niet geschikt was voor het belastingsprofiel.
- Waarom was het HVAC-systeem ontoereikend? Omdat het niet geschikt was voor piekbelastingsomstandigheden.
- Waarom was het HVAC-systeem niet geschikt voor piekbelastingsomstandigheden? Omdat in het oorspronkelijke ontwerp geen rekening werd gehouden met temperatuurdrempels voor thermische relais.
Ishikawa-diagram
Het Ishikawa-diagram benadrukte de volgende factoren die aan de mislukking hebben bijgedragen:
- Omgevingsfactoren: Hoge omgevingstemperatuur (32°C / 89,6°F) tijdens piekuren.
- Belastingsprofiel: plotselinge belastingspieken die thermische spanning op het lager en het relais veroorzaken.
- Relaisgrootte: discrepantie tussen relaisvermogen en motorvereisten.
- Installatiefouten: losse montage en onjuiste uitlijning.
Geïdentificeerde hoofdoorzaken: gerangschikte lijst met waarschijnlijkheid en ondersteunend bewijsmateriaal
Op basis van het bewijsmateriaal en de analyse zijn de volgende hoofdoorzaken geïdentificeerd:
- Hoge omgevingstemperatuur (waarschijnlijkheid: 45%) – Gemeten bij 32°C tijdens piekbelasting, hoger dan de ontwerpspecificatie van 25°C.
- Belastingsprofiel komt niet overeen (waarschijnlijkheid: 35%) – Plotselinge belastingspieken veroorzaakten thermische spanning op het lager en het relais.
- Fout in relaisgrootte (waarschijnlijkheid: 15%) – Het relais was niet gedimensioneerd voor de volledige belasting van de motor.
- Installatiefouten (waarschijnlijkheid: 5%) – Losse montage en onjuiste uitlijning leidden tot signaalverslechtering.
Corrigerende maatregelen: onmiddellijke oplossing en preventie op lange termijn
De volgende corrigerende maatregelen zijn geïmplementeerd:
- Onmiddellijke oplossing: Vervang het thermische relais door een model met een hogere classificatie (SKF 22244CCK/C3W33) dat temperaturen tot 120 °C (248 °F) aankan en pas de instellingen van het besturingssysteem aan om rekening te houden met de omgevingstemperatuur.
- Langetermijnpreventie: upgrade het HVAC-systeem om ervoor te zorgen dat de omgevingstemperatuur binnen de ontwerpspecificaties van 25 °C blijft. Installeer een thermische sensor om de lagertemperaturen in realtime te bewaken.
- Installatiebeoordeling: zorg ervoor dat alle relais stevig zijn gemonteerd en uitgelijnd met de motorbehuizing om signaalinterferentie te voorkomen.
- Relaisgroottebeoordeling: Vergelijk relaiswaarden met motorspecificaties om de juiste maatvoering te garanderen, volgens de IEEE 1584-2012-richtlijnen.
Snelle diagnostische checklist: voor veldtechnici (tabletvriendelijk)
- Meet de omgevingstemperatuur met behulp van een infraroodthermometer (bijvoorbeeld Fluke TiS10) tijdens piekbelasting.
- Controleer de relaisbevestiging op losheid of verkeerde uitlijning.
- Meet de lagertemperatuur met behulp van een warmtebeeldcamera (bijvoorbeeld FLIR T1020) en vergelijk deze met de ontwerplimieten.
- Bekijk het belastingsprofiel op plotselinge pieken of onregelmatigheden met behulp van een datalogger (bijvoorbeeld Keysight 34972A).
- Test de responstijd van het relais onder gesimuleerde belastingsomstandigheden met behulp van een motortestbank.
- Inspecteer de relaiscontacten op slijtage of corrosie met behulp van een vergrootglas of microscoop.
- Verify relay rating against motor specifications and ANSI/ASME standards.
- Installeer sensoren voor conditiebewaking voor continue temperatuur- en trillingsmonitoring.
- Bekijk de installatiehandleiding voor de juiste montage- en uitlijningsprocedures.
- Onderhoudslogboeken bijwerken met bevindingen en genomen corrigerende maatregelen.
- Voer een analyse van de hoofdoorzaken uit om systemische problemen te identificeren en herhaling te voorkomen.
- Raadpleeg de UNITEC-D E-Catalog voor vervangende onderdelen en preventieve onderdelen.
Preventiestrategie: onderhoudsintervallen, conditiebewaking, ontwerpverbeteringen
Om toekomstige thermische relaisstoringen te voorkomen, wordt de volgende strategie aanbevolen:
- Onderhoudsintervallen: Inspecteer thermische relais elke 6 maanden of na 10.000 bedrijfsuren, conform ASME B31.1-2019.
- Conditiemonitoring: Implementeer continue temperatuur- en trillingsmonitoring met behulp van IoT-compatibele sensoren (bijvoorbeeld Honeywell CM500) om vroege tekenen van thermische stress te detecteren.
- Ontwerpverbeteringen: Zorg ervoor dat HVAC-systemen geschikt zijn voor piekbelastingsomstandigheden en dat de relaisvermogens overeenkomen met de motorspecificaties.
- Training: Zorg voor doorlopende training voor onderhoudstechnici over de werking, afmetingen en installatie van thermische relais.
Regelmatig onderhoud en conditiemonitoring verminderen het risico op hinderlijke uitschakelingen aanzienlijk en verlengen de levensduur van de motor en het relaissysteem.
Conclusie met CTA: Toegang tot de UNITEC-D E-catalogus voor vervangende onderdelen en preventieve componenten
Thermische relaisstoringen als gevolg van omgevingstemperatuur, belastingsprofiel en maatfouten kunnen leiden tot aanzienlijke uitvaltijd en operationele inefficiëntie. Door een systematische analyse van de hoofdoorzaken en preventieve maatregelen te implementeren, kunnen fabrieksmanagers en onderhoudstechnici deze risico's beperken en een betrouwbare werking van de motor garanderen.
Voor vervangende onderdelen en preventieve componenten gaat u naar de UNITEC-D E-Catalog om gecertificeerde, ANSI/ASME-compatibele oplossingen te vinden die zijn toegesneden op industriële omgevingen.
Referenties
- IEEE 1584-2012: Handleiding voor het uitvoeren van foutanalyses op laagspanningswisselstroomcircuits.
- ASME B31.1-2019: stroomleidingen.
- ANSI/ASME B5.54-2014: Standaard voor industriële robots - Veiligheidsvereisten.
- NFPA 70-2020: Nationale elektriciteitscode (NEC).
- SKF Technische handleiding: Specificaties thermische relais voor de 22244CCK/C3W33-serie.
- Handboek voor foutanalyse: principes en praktijk van foutanalyse (tweede editie).
