Midwest Elastic Packaging to średniej wielkości producent z siedzibą w Ohio, zatrudniający 320 osób. Firma produkuje wielowarstwowe folie i woreczki dla przemysłu spożywczego i medycznego. W jej zakładzie znajduje się 12 szybkich linii do wytłaczania, 8 pras drukarskich oraz dziesiątki silników i napędów pomocniczych. Zakład pracuje 24 godziny na dobę, 7 dni w tygodniu, z tylko dwoma zaplanowanymi oknami konserwacyjnymi w roku.

Firma znajdowała się pod presją poprawy terminowości dostaw. Klienci domagali się krótszych terminów dostaw, a wszelkie nieoczekiwane przestoje linii wpływały na przychody. W roku poprzedzającym projekt nieplanowane przestoje wynosiły średnio 84 godziny, co stanowiło 2% rocznej zdolności produkcyjnej.

Wyzwania i bolesne punkty

Główną przyczyną większości nieplanowanych przestojów były przepięcia elektryczne. Elektrownia znajduje się na końcu wiejskiego pola dystrybucyjnego i częste były skoki napięcia spowodowane piorunami i przełączaniem mediów. Wewnątrz obiektu częste uruchamianie dużych silników sprężarek i agregatów chłodniczych również generowało stany nieustalone przełączania, które przemieszczały się przez sieć energetyczną.

Przepięcia te nie zawsze powodowały natychmiastowe zadziałanie wyłączników. Zamiast tego stopniowo degradowały wrażliwe komponenty. W ciągu 12 miesięcy w zakładzie wymieniono siedem zasilaczy PLC, cztery przemienniki częstotliwości i kilkanaście paneli dotykowych HMI. Każda awaria oznaczała przerwę w produkcji trwającą od 2 do 6 godzin, podczas której technicy diagnozowali usterkę i instalowali zamiennik. Całkowite koszty napraw bezpośrednich osiągnęły poziom 38 000 USD, a marża produkcyjna utracona została o dodatkowe 120 000 USD.

Zespół inżynierów najpierw próbował zainstalować tanie gniazdka przeciwprzepięciowe na poszczególnych stacjach roboczych. Takie podejście chroniło jedynie sprzęt podłączony do tych gniazdek. Maszyny podłączone na stałe, takie jak napędy wytłaczające i czujniki rejestracji druku, pozostały odsłonięte. Próba zastosowania instalacji odgromowej całego budynku nie uwzględniała wewnętrznych stanów przejściowych przełączania, które nie pochodziły z zewnątrz budynku.

Dlaczego urządzenie przeciwprzepięciowe Soutya AC 230 V?

Kierownik ds. elektrotechniki w zakładzie ocenił trzy opcje: system izolacji silnika od generatora, system bezprzerwowego zasilania całego budynku oraz skoordynowane rozwiązanie w zakresie urządzeń przeciwprzepięciowych. Pierwsze dwa modele wyceniono odpowiednio na 80 000 i 150 000 dolarów, przy długich terminach realizacji i wysokich kosztach bieżącego utrzymania.

Z kolei zabezpieczenie przeciwprzepięciowe Soutya AC 230 V zapewniało ochronę typu 2 zgodnie z definicją IEC 61643-11 i było zgodne z normą UL 1449. Stopień ochrony napięciowej urządzenia był wystarczająco niski, aby zabezpieczyć wejście sterownika PLC i napędu, a ponadto posiadał wyłącznik termiczny, który zapobiegał nieodwracalnym uszkodzeniom w przypadku silnego przepięcia. Całkowity koszt sześciu jednostek, obejmujących główną tablicę rozdzielczą i pięć podpaneli, wyniósł 2400 dolarów, łącznie z wyłącznikami i osprzętem montażowym. Zespół inżynierów docenił także wizualny wskaźnik stanu, który ułatwił kontrolę w terenie.

Proces wdrażania

Od projektu do uruchomienia projekt trwał dwa tygodnie. Licencjonowany wykonawca instalacji elektrycznych, współpracujący z ekipą konserwacyjną zakładu, wykonał instalację w ciągu trzech dni.

• Krok 1 – Badanie obciążenia:Zespół zmapował wszystkie obwody i zidentyfikował pięć paneli dystrybucyjnych zasilających najważniejszy sprzęt produkcyjny.
• Krok 2 – Montaż panelu:Każdy SPD Soutya został zamontowany wewnątrz odpowiedniego panelu, z krótkimi, prostymi przewodami, aby zminimalizować impedancję.
• Krok 3 – Koordynacja:Instalatorzy sprawdzili, czy obciążalność prądowa SPD przekroczyła w każdym punkcie obliczony najgorszy poziom udaru.
• Krok 4 – Testowanie:Po włączeniu zasilania wskaźniki stanu potwierdziły normalne działanie, a zespół zarejestrował podstawowe poziomy napięcia na każdym panelu.
• Krok 5 – Szkolenie:Personel konserwacyjny odbył 30-minutową sesję dotyczącą odczytania okna stanu i wymiany urządzenia po poważnym zdarzeniu wzrostowym.

Podczas instalacji pojawiło się jedno wyzwanie: główna tablica rozdzielcza miała ograniczoną przestrzeń wewnętrzną. Wykonawca rozwiązał ten problem, stosując obudowę do montażu powierzchniowego przylegającą do panelu, utrzymując długość przewodu poniżej 10 cali, a jednocześnie spełniając zalecenia producenta.

Wyniki stosowania i wyniki ilościowe

W ciągu kolejnych 12 miesięcy w zakładzie zaobserwowano redukcję nieplanowanych przestojów o 41%. Liczba awarii związanych ze sprzętem spadła z 23 do 9. Całkowity koszt napraw, obejmujący części i robociznę wykonawcy, spadł z 38 000 USD do 16 000 USD.

Produkcja wzrosła o 3,2%, ponieważ linie pracowały dłużej bez przerw. Zakład pakujący osiągnął terminowość dostaw na poziomie 98,5%, w porównaniu z 94,1% w roku poprzednim. Kierownik zakładu poinformował również, że zwrot kosztów zakupu sześciu urządzeń Soutya nastąpił w ciągu 3 miesięcy, na podstawie samych kosztów unikniętych napraw i przestojów.

Urządzenia ochrony przeciwprzepięciowej nie były bezobsługowe. W styczniu w jednym urządzeniu w pobliżu dużej sprężarki powietrza stwierdzono przepalenie bezpiecznika termicznego po serii wewnętrznych wzrostów napięcia. Koszt wymiany wyniósł 180 dolarów, a czas przestoju związany z tą wymianą trwał tylko 20 minut — to drobne zdarzenie w porównaniu z straconymi wcześniej godzinami.

Głos Klienta

"Byliśmy sceptyczni, czy zabezpieczenie przeciwprzepięciowe o wartości 450 dolarów może rozwiązać problem, którego nie rozwiązał nasz stary sprzęt UPS. Po roku zbierania danych liczby mówią same za siebie. Urządzenia Soutya okazały się najbardziej niezawodną częścią naszego systemu elektrycznego" - powiedział kierownik ds. inżynierii, który nadzorował projekt.

Lekcje i spostrzeżenia

Trzy dania na wynos mogą pomóc innym roślinom z podobnymi problemami:

• Koordynuj ochronę na każdym poziomie.Pojedynczy zabezpieczenie przeciwprzepięciowe na panelu głównym nie wystarczy. Zainstaluj urządzenia typu 2 na podpanelach zasilających wrażliwą elektronikę.
• Regularnie sprawdzaj wskaźnik stanu.Odłącznik termiczny może zostać aktywowany bez widocznego zdarzenia zewnętrznego. Dodaj comiesięczny patrol w celu sprawdzenia okien wskaźników.
• Zaplanuj wymianę.Urządzenia zabezpieczające przed przepięciami ulegają degradacji pod wpływem powtarzających się stanów nieustalonych. Trzymaj jednostkę zapasową na półce i planuj budżet na wymianę co 3 do 5 lat.

W przypadku powtórzenia projektu zespół inżynierów zainstalowałby urządzenia monitorujące rejestrujące zdarzenia przepięć w systemie centralnym. Zapewniłoby to jeszcze wyraźniejsze dane na temat częstotliwości i dotkliwości przepięć, co pomogłoby uzasadnić dodatkową ochronę w przyszłości.

Referencje

IEC 61643-11:2011. Urządzenia przeciwprzepięciowe niskiego napięcia – Część 11: SPD podłączane do systemów elektroenergetycznych niskiego napięcia. 

UL 1449. Norma dotycząca urządzeń przeciwprzepięciowych.