Midwest Flexible Packaging er en mellomstor produsent basert i Ohio, og sysselsetter 320 personer. Selskapet produserer flerlagsfilmer og poser for mat- og medisinsk industri. Anlegget driver 12 høyhastighets ekstruderingslinjer, 8 trykkpresser og dusinvis av hjelpemotorer og stasjoner. Anlegget går 24/7, med kun to planlagte vedlikeholdsvinduer per år.

Selskapet hadde vært under press for å forbedre leveringsytelsen til rett tid. Kundene krevde strammere ledetider, og ethvert uventet linjestopp påvirket inntektene. I året før prosjektet var uplanlagt nedetid i gjennomsnitt 84 timer, 2 % av den årlige produksjonskapasiteten.

Utfordringer og smertepunkter

Grunnårsaken til de fleste uplanlagte stopp var elektriske overspenninger. Anlegget ligger i enden av en landlig distribusjonsmater, og spenningstopper fra lynnedslag og strømsvitsjing var vanlig. Inne i anlegget genererte hyppige start av store motorer på kompressorer og kjølere også svitsjetransienter som reiste gjennom kraftnettet.

Disse overspenningene løste ikke alltid brytere umiddelbart. I stedet degraderte de gradvis sensitive komponenter. I løpet av en 12-måneders periode erstattet anlegget syv PLS-strømforsyninger, fire frekvensomformere og mer enn et dusin HMI-berøringspaneler. Hver feil betydde en produksjonsstans som varte i 2 til 6 timer mens teknikere diagnostiserte feilen og installerte en erstatning. Totale direkte reparasjonskostnader nådde $38.000, med ytterligere $120.000 i tapt produksjonsmargin.

Ingeniørteamet prøvde først å installere billige overspenningsvernuttak på individuelle arbeidsstasjoner. Den tilnærmingen beskyttet bare utstyr koblet til disse stikkontaktene. Kablede maskiner, som ekstruderingsstasjoner og utskriftsregistreringssensorer, forble utsatt. Et forsøk på å bruke lynbeskyttelsessystemer i hele bygningen tok ikke opp de interne koblingstransientene, som ikke kom fra utsiden av bygningen.

Hvorfor Soutya AC 230V overspenningsvern?

Anleggets elektrotekniske leder evaluerte tre alternativer: et motor-generator isolasjonssystem, en bygningsomfattende avbruddsfri strømforsyning og en koordinert løsning for overspenningsvern. De to første ble priset til henholdsvis $80 000 og $150 000, med lange ledetider og høye løpende vedlikeholdskostnader.

Soutya AC 230V overspenningsvern, derimot, tilbød Type 2-beskyttelse som definert av IEC 61643-11, og den overholdt UL 1449. Enhetens spenningsbeskyttelsesklassifisering var lav nok til å sikre PLS- og drivinngangene, og den hadde en termisk frakobling som forhindret uopprettelig overspenning etter en separasjon. Den totale kostnaden for seks enheter, som dekker hovedsentralbordet og fem underpaneler, var $2400 inkludert brytere og monteringsutstyr. Ingeniørteamet satte også pris på den visuelle statusindikatoren, som gjorde feltinspeksjonen enkel.

Implementeringsprosess

Prosjektet tok to uker fra design til idriftsettelse. En autorisert elektroentreprenør, i samarbeid med anleggets vedlikeholdsteam, fullførte installasjonen på tre dager.

• Trinn 1 – Last inn studien:Teamet kartla alle kretsløp og identifiserte de fem distribusjonspanelene som matet det mest kritiske produksjonsutstyret.
• Trinn 2 – Panelmontering:Hver Soutya SPD ble montert inne i det respektive panelet, med korte, rette ledninger for å minimere impedansen.
• Trinn 3 – Koordinering:Installatører bekreftet at SPDs overspenningsstrømkapasitet oversteg det beregnede verste tilfellet overspenningsnivå på hvert punkt.
• Trinn 4 – Testing:Etter aktivering bekreftet statusindikatorene normal drift, og teamet registrerte baseline spenningsnivåer på hvert panel.
• Trinn 5 – Trening:Vedlikeholdspersonalet fikk en 30-minutters økt med å lese statusvinduet og bytte ut enheten etter en større overspenningshendelse.

En utfordring oppsto under installasjonen: Hovedsentralen hadde begrenset innvendig plass. Entreprenøren løste dette ved å bruke et overflatemontert kabinett ved siden av panelet, og holdt lederlengden under 10 tommer mens den fortsatt oppfyller produsentens anbefalinger.

Søknadsresultater og kvantifiserte resultater

I løpet av de påfølgende 12 månedene sporet anlegget en reduksjon på 41 % i uplanlagt nedetid. Utstyrsrelaterte overspenningsfeil falt fra 23 hendelser til 9. De totale kostnadene for reparasjoner, inkludert deler og entreprenørarbeid, falt fra $38.000 til $16.000.

Produksjonen økte med 3,2 % fordi linjene gikk lengre uten avbrudd. Pakkeanlegget oppnådde en leveringsrate til rett tid på 98,5 %, opp fra 94,1 % året før. Fabrikksjefen rapporterte også at de seks Soutya-enhetene betalte seg selv innen 3 måneder, basert på unngåtte reparasjons- og nedetidskostnader alene.

Overspenningsvernanordningene var ikke vedlikeholdsfrie. I januar viste en enhet i nærheten av en stor luftkompressor en røket termisk sikring etter en serie interne spenningssvulster. Erstatningskostnaden var $180, og nedetiden for byttet var bare 20 minutter - en mindre hendelse sammenlignet med timene som gikk tapt før.

Kundens stemme

"Vi var skeptiske til at en overspenningsvern på 450 dollar kunne løse et problem som vårt gamle UPS-utstyr ikke kunne. Etter et år med data taler tallene for seg selv. Soutya-enhetene har vært den mest pålitelige delen av det elektriske systemet vårt," sa ingeniørsjefen, som hadde tilsyn med prosjektet.

Leksjoner og innsikt

Tre takeaways kan hjelpe andre planter med lignende problemer:

• Koordiner beskyttelse på alle nivåer.En enkelt overspenningsvern på hovedpanelet er ikke nok. Installer Type 2-enheter på underpaneler som mater sensitiv elektronikk.
• Sjekk statusindikatoren regelmessig.En termisk frakobling kan aktiveres uten en synlig ekstern hendelse. Legg til en månedlig patrulje for å inspisere indikatorvinduene.
• Plan for utskifting.Overspenningsbeskyttende enheter brytes ned etter gjentatte transienter. Hold en reserveenhet på hyllen, og budsjett for utskifting hvert 3. til 5. år.

Hvis prosjektet ble gjentatt, ville ingeniørteamet installere overvåkingsenheter som logger overspenningshendelser til et sentralt system. Det vil gi enda klarere data om overspenningsfrekvens og alvorlighetsgrad, og bidra til å rettferdiggjøre ytterligere beskyttelse på veien.

Referanser

IEC 61643-11:2011. Lavspente overspenningsbeskyttelsesenheter – Del 11: SPD-er koblet til lavspente kraftsystemer. 

UL 1449. Standard for overspenningsbeskyttelsesenheter.