Midwest Flexible Packaging je stredne veľký výrobca so sídlom v Ohiu, ktorý zamestnáva 320 ľudí. Spoločnosť vyrába viacvrstvové fólie a vrecká pre potravinársky a medicínsky priemysel. Jeho zariadenie prevádzkuje 12 vysokorýchlostných extrúznych liniek, 8 tlačiarenských lisov a desiatky pomocných motorov a pohonov. Závod je v prevádzke 24 hodín denne, 7 dní v týždni, len s dvomi plánovanými intervalmi údržby ročne.

Spoločnosť bola pod tlakom, aby zlepšila výkonnosť včasného dodania. Zákazníci požadovali kratšie dodacie lehoty a akékoľvek neočakávané zastavenie linky ovplyvnilo výnosy. V roku pred projektom boli neplánované prestoje v priemere 84 hodín, čo predstavuje 2 % ročnej výrobnej kapacity.

Výzvy a body bolesti

Hlavnou príčinou väčšiny neplánovaných zastávok boli elektrické prepätia. Závod stojí na konci vidieckeho distribučného napájača a napäťové špičky spôsobené bleskom a prepínaním siete boli bežné. Vo vnútri zariadenia časté štarty veľkých motorov na kompresoroch a chladičoch tiež generovali spínacie prechodné javy, ktoré prechádzali elektrickou sieťou.

Tieto prepätia nie vždy okamžite spustili ističe. Namiesto toho postupne degradovali citlivé komponenty. Počas 12-mesačného obdobia závod vymenil sedem napájacích zdrojov PLC, štyri meniče frekvencie a viac ako tucet dotykových panelov HMI. Každá porucha znamenala zastavenie výroby na 2 až 6 hodín, kým technici diagnostikovali poruchu a nainštalovali náhradu. Celkové priame náklady na opravu dosiahli 38 000 USD a ďalších 120 000 USD v strate výrobnej marže.

Inžiniersky tím sa najskôr pokúsil nainštalovať lacné zásuvky na ochranu proti prepätiu na jednotlivých pracovných staniciach. Tento prístup chránil iba zariadenia zapojené do týchto zásuviek. Pevne zapojené stroje, ako sú extrúzne pohony a snímače registrácie tlače, zostali vystavené. Pokus o použitie systémov ochrany pred bleskom celej budovy neriešil vnútorné spínacie prechodové javy, ktoré neprichádzali zvonku budovy.

Prečo Soutya AC 230V prepäťová ochrana?

Vedúci elektrotechniky závodu vyhodnotil tri možnosti: systém izolácie motor-generátor, celoobjektový neprerušiteľný zdroj energie a koordinované riešenie prepäťovej ochrany. Cena prvých dvoch bola 80 000 USD a 150 000 USD, s dlhými dodacími lehotami a vysokými nákladmi na priebežnú údržbu.

Prepäťové ochranné zariadenie Soutya AC 230V naopak ponúkalo ochranu typu 2 podľa IEC 61643-11 a vyhovovalo UL 1449. Napäťová ochrana jednotky bola dostatočne nízka na ochranu vstupov PLC a pohonu a vyznačovala sa tepelným odpojením, ktoré zabránilo neopraviteľnému poškodeniu po silnom prepätí. Celkové náklady na šesť jednotiek, pokrývajúcich hlavný rozvádzač a päť vedľajších panelov, boli 2 400 USD vrátane ističov a montážneho hardvéru. Technický tím ocenil aj vizuálny indikátor stavu, ktorý zjednodušil kontrolu v teréne.

Proces implementácie

Projekt trval od návrhu po uvedenie do prevádzky dva týždne. Licencovaný dodávateľ elektrickej energie v spolupráci s tímom údržby závodu dokončil inštaláciu za tri dni.

• Krok 1 – Načítanie štúdie:Tím zmapoval všetky okruhy a identifikoval päť distribučných panelov, ktoré napájali najkritickejšie výrobné zariadenia.
• Krok 2 – Montáž panelu:Každý Soutya SPD bol namontovaný vo vnútri príslušného panelu s krátkymi, rovnými vodičmi, aby sa minimalizovala impedancia.
• Krok 3 – Koordinácia:Inštalatéri overili, že kapacita nárazového prúdu SPD v každom bode prekročila vypočítanú úroveň prepätia v najhoršom prípade.
• Krok 4 – Testovanie:Po napätí indikátory stavu potvrdili normálnu prevádzku a tím zaznamenal základné úrovne napätia na každom paneli.
• Krok 5 – Školenie:Pracovníci údržby dostali 30-minútovú reláciu na prečítanie stavového okna a výmenu zariadenia po veľkej nárazovej udalosti.

Počas inštalácie sa objavila jedna výzva: hlavný rozvádzač mal obmedzený vnútorný priestor. Dodávateľ to vyriešil použitím krytu na povrchovú montáž priľahlého k panelu, pričom dĺžka vodiča bola menšia ako 10 palcov, pričom boli stále splnené odporúčania výrobcu.

Výsledky aplikácie a kvantifikované výsledky

Počas nasledujúcich 12 mesiacov závod zaznamenal 41 % zníženie neplánovaných odstávok. Poruchy zariadení spôsobené prepätím klesli z 23 incidentov na 9. Celkové náklady na opravy vrátane dielov a práce dodávateľa klesli z 38 000 USD na 16 000 USD.

Výrobná produkcia vzrástla o 3,2 %, pretože linky bežali dlhšie bez prerušenia. Baliareň dosiahla mieru včasných dodávok 98,5 %, oproti 94,1 % v predchádzajúcom roku. Manažér závodu tiež uviedol, že šesť zariadení Soutya sa zaplatilo do 3 mesiacov len na základe nákladov na opravy a prestoje, ktorým sa predišlo.

Prepäťové ochrany neboli bezúdržbové. V januári jedna jednotka v blízkosti veľkého vzduchového kompresora vykazovala spálenú tepelnú poistku po sérii nárastov vnútorného napätia. Náklady na výmenu boli 180 USD a prestoj pri tejto výmene bol iba 20 minút – menšia udalosť v porovnaní s hodinami stratenými predtým.

Hlas zákazníka

"Boli sme skeptickí, že prepäťová ochrana v hodnote 450 USD by mohla vyriešiť problém, ktorý naše staré zariadenia UPS nedokázali. Po roku údajov hovoria čísla samy za seba. Zariadenia Soutya boli najspoľahlivejšou súčasťou nášho elektrického systému," povedal technický manažér, ktorý na projekt dohliadal.

Lekcie a postrehy

Tri tipy môžu pomôcť iným rastlinám s podobnými problémami:

• Koordinovaná ochrana na každej úrovni.Jedna prepäťová ochrana na hlavnom paneli nestačí. Nainštalujte zariadenia typu 2 na podpanely, ktoré napájajú citlivú elektroniku.
• Pravidelne kontrolujte stavový indikátor.Tepelné odpojenie sa môže aktivovať bez viditeľnej vonkajšej udalosti. Pridajte mesačnú hliadku na kontrolu okien indikátorov.
• Plán na výmenu.Prepäťové ochranné zariadenia sa po opakovaných prechodoch degradujú. Udržujte náhradnú jednotku na polici a počítajte s výmenou každých 3 až 5 rokov.

Ak by sa projekt opakoval, inžiniersky tím by nainštaloval monitorovacie zariadenia, ktoré zaznamenávajú prepätia do centrálneho systému. To by poskytlo ešte jasnejšie údaje o frekvencii a sile prepätia, čo by pomohlo odôvodniť dodatočnú ochranu na ceste.

Referencie

IEC 61643-11:2011. Nízkonapäťové ochranné zariadenia proti prepätiu – Časť 11: SPD pripojené k nízkonapäťovým energetickým systémom. 

UL 1449. Norma pre zariadenia na ochranu proti prepätiu.