Midwest Flexible Packaging is een middelgrote fabrikant gevestigd in Ohio, met 320 medewerkers. Het bedrijf produceert meerlaagse films en zakjes voor de voedingsmiddelen- en medische industrie. De faciliteit beschikt over twaalf hogesnelheidsextrusielijnen, acht drukpersen en tientallen hulpmotoren en aandrijvingen. De fabriek draait 24/7, met slechts twee geplande onderhoudsvensters per jaar.

Het bedrijf stond onder druk om de prestaties op het gebied van tijdige levering te verbeteren. Klanten eisten kortere doorlooptijden en elke onverwachte lijnonderbreking had een impact op de omzet. In het jaar vóór het project bedroeg de ongeplande stilstand gemiddeld 84 uur, 2% van de jaarlijkse productiecapaciteit.

Uitdagingen en pijnpunten

De hoofdoorzaak van de meeste ongeplande stops waren stroompieken. De fabriek bevindt zich aan het einde van een distributiekanaal op het platteland, en spanningspieken als gevolg van blikseminslag en het schakelen van nutsvoorzieningen waren gebruikelijk. Binnen de faciliteit veroorzaakten de frequente starts van grote motoren op compressoren en koelmachines ook schakeltransiënten die door het elektriciteitsnetwerk reisden.

Deze pieken veroorzaakten niet altijd onmiddellijk een struikelblok. In plaats daarvan hebben ze geleidelijk gevoelige componenten afgebroken. In een periode van twaalf maanden heeft de fabriek zeven PLC-voedingen, vier frequentieregelaars en meer dan een dozijn HMI-aanraakpanelen vervangen. Elke storing betekende een productiestop van 2 tot 6 uur, terwijl technici de fout diagnosticeerden en een vervanging installeerden. De totale directe reparatiekosten bedroegen $38.000, met nog eens $120.000 aan verloren productiemarge.

Het technische team probeerde eerst goedkope overspanningsbeveiligingscontactdozen op individuele werkstations te installeren. Die aanpak beschermde alleen apparatuur die op die stopcontacten was aangesloten. Bedrade machines, zoals extrusiedrives en printregistratiesensoren, bleven blootgesteld. Bij een poging om bliksembeveiligingssystemen voor het hele gebouw te gebruiken, werden de interne schakeltransiënten, die niet van buiten het gebouw kwamen, niet aangepakt.

Waarom het Soutya AC 230V-overspanningsbeveiligingsapparaat?

De manager elektrotechniek van de fabriek evalueerde drie opties: een motor-generator-isolatiesysteem, een ononderbroken stroomvoorziening voor het hele gebouw en een gecoördineerde oplossing voor overspanningsbeveiliging. De eerste twee hadden een prijs van respectievelijk $80.000 en $150.000, met lange doorlooptijden en hoge onderhoudskosten.

Het Soutya AC 230V-overspanningsbeveiligingsapparaat bood daarentegen Type 2-bescherming zoals gedefinieerd door IEC 61643-11, en voldeed aan UL 1449. De spanningsbeveiligingsgraad van het apparaat was laag genoeg om de PLC- en aandrijfingangen te beschermen, en het beschikte over een thermische ontkoppeling die onherstelbare schade na een ernstige stroomstoot voorkwam. De totale kosten voor zes eenheden, bestaande uit het hoofdschakelbord en vijf subpanelen, bedroegen $ 2.400, inclusief onderbrekers en bevestigingsmateriaal. Het technische team waardeerde ook de visuele statusindicator, die inspectie ter plaatse eenvoudig maakte.

Implementatieproces

Het project duurde twee weken, van ontwerp tot inbedrijfstelling. Een erkende elektricien, die samenwerkte met het onderhoudsteam van de fabriek, voltooide de installatie in drie dagen.

• Stap 1 – Onderzoek laden:Het team bracht alle circuits in kaart en identificeerde de vijf distributiepanelen die de meest kritische productieapparatuur voedden.
• Stap 2 – Paneelmontage:Elke Soutya SPD werd in het betreffende paneel gemonteerd, met korte, rechte kabels om de impedantie te minimaliseren.
• Stap 3 – Coördinatie:Installateurs controleerden of de piekstroomcapaciteit van de SPD op elk punt het berekende piekstroomniveau in het slechtste geval overschreed.
• Stap 4 – Testen:Na het inschakelen bevestigden de statusindicatoren de normale werking en registreerde het team de basisspanningsniveaus op elk paneel.
• Stap 5 – Trainen:Het onderhoudspersoneel kreeg een sessie van 30 minuten over het lezen van het statusvenster en het vervangen van het apparaat na een grote piek.

Tijdens de installatie deed zich één uitdaging voor: het hoofdschakelbord had een beperkte binnenruimte. De aannemer loste dit op door een opbouwbehuizing naast het paneel te gebruiken, waarbij de geleiderlengte onder de 10 inch bleef en toch aan de aanbevelingen van de fabrikant werd voldaan.

Toepassingsresultaten en gekwantificeerde resultaten

In de daaropvolgende twaalf maanden noteerde de fabriek een vermindering van 41% in ongeplande stilstand. Apparatuurgerelateerde piekstoringen daalden van 23 incidenten naar 9. De totale kosten van reparaties, inclusief onderdelen en arbeid van aannemers, daalden van $38.000 naar $16.000.

De productie steeg met 3,2% omdat de lijnen langer onafgebroken doorliepen. De verpakkingsfabriek behaalde een tijdigheidspercentage van 98,5%, vergeleken met 94,1% vorig jaar. De fabrieksmanager meldde ook dat de zes Soutya-apparaten zichzelf binnen drie maanden terugbetaalden, alleen al op basis van vermeden reparatie- en stilstandkosten.

De overspanningsbeveiligingen waren niet onderhoudsvrij. In januari vertoonde een unit nabij een grote luchtcompressor een doorgebrande thermische zekering na een reeks interne spanningsstijgingen. De vervangingskosten bedroegen $180, en de downtime voor die swap bedroeg slechts 20 minuten – een kleine gebeurtenis vergeleken met de uren die daarvoor verloren gingen.

Klant stem

"We waren sceptisch dat een overspanningsbeveiliging van $ 450 een probleem zou kunnen oplossen dat onze oude UPS-apparatuur niet kon oplossen. Na een jaar aan gegevens spreken de cijfers voor zich. De Soutya-apparaten zijn het meest betrouwbare onderdeel van ons elektrische systeem geweest", aldus de engineeringmanager, die toezicht hield op het project.

Lessen en inzichten

Drie tips kunnen andere planten met soortgelijke problemen helpen:

• Coördineer de bescherming op elk niveau.Een enkele overspanningsbeveiliging op het hoofdpaneel is niet voldoende. Installeer Type 2-apparaten op subpanelen die gevoelige elektronica voeden.
• Controleer regelmatig de statusindicator.Een thermische ontkoppeling kan worden geactiveerd zonder een zichtbare externe gebeurtenis. Voeg een maandelijkse patrouille toe om de indicatorvensters te inspecteren.
• Plan voor vervanging.Overspanningsbeveiligingsapparaten gaan achteruit na herhaalde transiënten. Zorg ervoor dat er een reserve-eenheid op de plank ligt en maak een budget voor vervanging om de 3 tot 5 jaar.

Als het project zou worden herhaald, zou het technische team bewakingsapparatuur installeren die piekgebeurtenissen registreert in een centraal systeem. Dat zou zelfs nog duidelijkere gegevens opleveren over de frequentie en ernst van overspanningen, waardoor aanvullende bescherming op de weg zou kunnen worden gerechtvaardigd.

Referenties

IEC 61643-11:2011. Laagspanningsbeveiligingsapparatuur — Deel 11: SPD's aangesloten op laagspanningsstroomsystemen. 

UL 1449. Standaard voor overspanningsbeveiligingsapparatuur.