1. Inleiding
In augustus 2023 ontstond op een van de afdelingen van een ukrainsch voedingsindustriebedrijf een kritieke situatie: de hoofdonderdruk van de verpakkinglijn stoptte elke 4-6 uur door het aanspreken van een beschermend warmte-relais. De technische medewerkers vervielen de starter in de set driemaal binnen een week, maar het probleem bleef bestaan. Deze stilstanden verlagen niet alleen de algemene efficiëntie van het uitrusting (OEE), maar leiden ook tot thermische cycli in de wikkelingen van de elektrische motor, wat de levensduur van deze wikkelingen verkort. Ons doel als ingenieurs van UNITEC-D GmbH is het uitvoeren van een systematisch onderzoek naar de oorzaak volgens de methode van falenanalyse.
2. Overzicht van de component en exploitatievoorwaarden
Verwarmingsrelais bedoeld voor bescherming van asynchrone elektrische motoren tegen overbelasting, fasebreuk en stroomasymmetrie. Het is geïnstalleerd in de stroomkast, direct na de wisselstroomcontactoren. In deze systeem wordt een motor met een nominale vermogen van 15 kW (400 V, 28,5 A) gebruikt, die werkt in een herhaald-kortdurend regime S3 (PV 40%).
Beheer van de mechanische component gebeurt via een hoge precisie reductor en spindelunit, waarbij de belangrijkste draaielementen precisie radiale en kegelvormige rollelementen zijn, zoals SKF 7007 CD/P4ADGA, berekend op hoge axiale en radiale belastingen bij maximale toerentalen tot 12 000 omw/min. Elk afwijking in de elektrische of mechanische component wordt direct weerspiegeld in het stroomprofiel.
3. Bewijs van falen en verzamelen van gegevens
Tijdens het bezoek aan de locatie hebben de specialisten van onze serviceafdeling een complexe diagnostische procedure uitgevoerd. De volgende parameters zijn vastgesteld:
- Фактичний робочий струм у стабільному режимі: 26,2 А (нижче номінального значення реле 29,0 А).
- Temperatuur van de lucht binnen de verdeelkast: +52 °C (bij de normale kalibratie temperatuur van het relais +20 °C volgens EN 60947-4-1).
- Amplitude van trillingen op de lagerscherm van de motor (ISO 10816-3): 1,8 mm/s (binnen de normen voor zoneklasse II).
- Thermogram van bimetaalplaten van een relais: lokale oververhitting van de contactgroepen vastgesteld tot +78 °C.
Opmerking van de technische directeur: "Beschermingsapparatuur reageert vaak niet op overbelasting van de motor, maar op veranderingen in het fysieke milieu binnen de compacte schakelkasten tijdens de zomerperiode."
4. Systeematisch onderzoek naar de oorzaak (Methode 5 Waarom)
- Waarom triggert het warmte-relais? Omdat bimetaalplaten zich buigen tot het kritieke sluitingspositie door overmatige warmteontwikkeling.
- Waarom wordt er te veel warmte vrijgemaakt? Door een hoge startstroom en een verhoogde omgevingstemperatuur in de bedieningskast.
- Waarom is de temperatuur in de kast hoger dan ontworpen +35 °C? De verplichte ventilatie (filterschuifelmotoren) heeft onvoldoende productie door stofvervuiling.
- Waarom zijn de filters vroeger verstopt gegaan dan het onderhoudsprogramma aangaf? Het onderhoudsprogramma heeft het seizoensgewijze toename van de concentratie van stoffen in de zaal niet in beschouwing genomen.
- Waarom is de apparatuurkeuze niet afgesteld op de temperatuurcoëfficiënt? Tijdens het ontwerpen van de bedieningskast is geen correctie toegepast op de nominale stroom van het relais voor de deratizatie volgens EN 60947-4-1 bij temperaturen hoger dan +20 °C.
5. Geïdentificeerde oorzaak (gerangschikte lijst)
| Oorzaak | Kans | Bewijs |
|---|---|---|
| 1. Thermische drift door verwarming van de kast | 65% | Temperatuur in de schacht +52 °C; afwezigheid van temperatuurcompensatie in de geselecteerde reeks relais. |
| 2. Nieuwingsprofiel niet conform (openingssnelheid) | 20% | Veelvuldige opstarten in modus S3 veroorzaakt een sneller opwarmen dan het afkoelen van het bimetaal. |
| 3. Onjuiste berekening van de nominale waarde (fout in selectie) | 15% | Kiezen van de instelling zonder rekening te houden met de startkarakteristieken van het mechanisme met spindelunit. |
6. Correctieve en preventieve maatregelen
Voor het oplossen van de huidige storing en om vergelijkbare incidenten in de toekomst te voorkomen is een actieplan ontwikkeld:
- Directe oplossing: Een extra koelmodule is geïnstalleerd op de bedieningskast en de interne temperatuur is verlaagd tot +28 °C. De instelling van het warmte-relais is aangepast aan de nieuwe eisen van DSTU EN 60947-4-1.
- Langdurige preventie: Overgeschakeld naar elektronische overbelastingsrelais met uitgebreid functionele en onafhankelijkheid van de omgevingstemperatuur in het bereik van -20 °C tot +60 °C.
7. Snel diagnose checklist voor technisch personeel
Gebruik deze check-list direct in de zaal op een tablet tijdens het controleren van de bedieningskast:
- [ ] De temperatuur van het lucht binnenin de bedieningskast meten (norm: maximaal +35 °C).
- [ ] De toestand van de dwarsfilters van de dwangventilatie controleren en bij behoefte reinigen met verduveld lucht.
- [ ] Meet de fasestromen met stroommetingen onder belasting.
- [ ] Controleer de moment van de krachtige klemmen (aanbevolen moment volgens het handboek — 2,5 Nm).
- [ ] De werkelijke instelling van het relais vergelijken met de gegevens van de elektdmotor in de paspoortgegevens.
- [ ] De toestand van de contactvlakken beoordelen op aanwezigheid van oxidatie- of verbrandingssporen.
- [ ] Controleer de isolatie van kabellijnen en het ontbreken van microfissuren.
- [ ] Aanwezigheid van externe trillingen op de draaitransmissie vaststellen.
8. Strategie voor het voorkomen van falen
Om een MTBF-waarde te bereiken van meer dan 50 000 uren ononderbroken werking is het nodig om het volgende in te voeren:
- Regelmatige thermografische controle van contactverbindingen van schakelapparatuur (elke 3 maanden).
- Controle van de reinheid van luchtfilters van de bedieningskasten maandelijks.
- Gebruik van originele onderdelen en gecontroleerde draaieenheden (bijvoorbeeld lagers SKF 7007 CD/P4ADGA voor het waarborgen van de nauwkeurigheid van de spindels en het ontbreken van onnodige mechanische weerstanden).
9. Conclusie
Foutieve activering van warmtebeveiligingen is bijna altijd het gevolg van tekortkomingen in het ontwerp van de koelsysteem van de bedieningskast of fouten bij het kiezen van temperatuurcompensaties. Een systematische aanpak bij het analyseren van het omgevingsklimaat en stroomparameters maakt het mogelijk om machine downtime volledig te elimineren. Onze voorraad bevat een volledig assortiment van gekeurde schakelapparatuur, elektrische componenten en precisieonderdelen. Bekijk de technische specificaties en plaatst u een bestelling via UNITEC-D E-Catalog.
10. Referentie
- DSTU EN 60947-4-1:2014 Apparatuur voor distributie en beheer van laagspanning. Deel 4-1. Contactor en motorstarter.
- ISO 10816-3:2009 Trillingen. Beoordeling van de trilling van machines op basis van metingen op niet-rotatieonderdelen.
- SKF Algemene Categorie: Precisie Lageren Technisch Handboek.
- IEEE Std 141-1993 IEEE Voorgestelde praktijk voor elektrische energieverdeling in industriële installaties.
