Midwest Packaging flessibile è un produttore di medie dimensioni con sede in Ohio, che impiega 320 persone. L'azienda produce film e buste multistrato per l'industria alimentare e medica. La sua struttura gestisce 12 linee di estrusione ad alta velocità, 8 macchine da stampa e decine di motori e azionamenti ausiliari. L'impianto funziona 24 ore su 24, 7 giorni su 7, con solo due finestre di manutenzione programmata all'anno.

L'azienda era sotto pressione per migliorare le prestazioni di consegna puntuale. I clienti richiedevano tempi di consegna più brevi e qualsiasi interruzione imprevista della linea incideva sulle entrate. Nell’anno precedente al progetto, i tempi di inattività non programmati ammontavano in media a 84 ore, pari al 2% della capacità produttiva annua.

Sfide e punti dolenti

La causa principale della maggior parte delle fermate impreviste sono state le sovratensioni elettriche. L'impianto si trova all'estremità di un alimentatore di distribuzione rurale ed erano comuni i picchi di tensione dovuti a fulmini e alla commutazione delle utenze. All'interno della struttura, i frequenti avviamenti dei motori di grandi dimensioni dei compressori e dei refrigeratori generavano anche transitori di commutazione che viaggiavano attraverso la rete elettrica.

Queste sovratensioni non sempre facevano scattare immediatamente gli interruttori. Invece, hanno gradualmente degradato i componenti sensibili. Nell'arco di 12 mesi, l'impianto ha sostituito sette alimentatori PLC, quattro azionamenti a frequenza variabile e più di una dozzina di pannelli tattili HMI. Ogni guasto comportava un'interruzione della produzione della durata di 2-6 ore durante la quale i tecnici diagnosticavano il guasto e installavano un componente sostitutivo. I costi totali di riparazione diretta hanno raggiunto i 38.000 dollari, con ulteriori 120.000 dollari di margine di produzione perduto.

Il team di ingegneri ha prima provato a installare prese di protezione contro le sovratensioni economiche sulle singole postazioni di lavoro. Questo approccio proteggeva solo le apparecchiature collegate a tali prese. Le macchine cablate, come le unità di estrusione e i sensori di registrazione della stampa, sono rimaste esposte. Il tentativo di utilizzare sistemi di protezione contro i fulmini per l'intero edificio non ha affrontato i transitori di commutazione interni, che non provenivano dall'esterno dell'edificio.

Perché il dispositivo di protezione contro le sovratensioni AC 230 V Soutya?

Il responsabile dell'ingegneria elettrica dell'impianto ha valutato tre opzioni: un sistema di isolamento del motore-generatore, un gruppo di continuità a livello di edificio e una soluzione coordinata di dispositivi di protezione contro le sovratensioni. I primi due avevano un prezzo rispettivamente di 80.000 e 150.000 dollari, con tempi di consegna lunghi ed elevati costi di manutenzione continua.

Il dispositivo di protezione contro le sovratensioni CA 230 V Soutya, al contrario, offriva protezione di Tipo 2 come definita dalla norma IEC 61643-11 ed era conforme allo standard UL 1449. Il grado di protezione della tensione dell'unità era sufficientemente basso da salvaguardare il PLC e gli ingressi dell'azionamento ed era dotato di un disgiuntore termico che impediva danni irreparabili dopo una forte sovratensione. Il costo totale per sei unità, che coprivano il quadro principale e cinque sottopannelli, è stato di 2.400 dollari, compresi gli interruttori e l'hardware di montaggio. Il team di ingegneri ha apprezzato anche l'indicatore visivo di stato, che ha semplificato l'ispezione sul campo.

Processo di implementazione

Il progetto ha richiesto due settimane dalla progettazione alla messa in servizio. Un appaltatore elettrico autorizzato, che lavora con il team di manutenzione dell'impianto, ha completato l'installazione in tre giorni.

• Passaggio 1: caricare lo studio:Il team ha mappato tutti i circuiti e identificato i cinque pannelli di distribuzione che alimentavano le apparecchiature di produzione più critiche.
• Passaggio 2: montaggio a pannello:Ogni SPD Soutya è stato montato all'interno del rispettivo pannello, con conduttori corti e diritti per ridurre al minimo l'impedenza.
• Fase 3 – Coordinamento:Gli installatori hanno verificato che la capacità di sovratensione dell'SPD superasse in ciascun punto il livello di sovratensione calcolato nel caso peggiore.
• Passaggio 4: test:Dopo l'alimentazione, gli indicatori di stato hanno confermato il normale funzionamento e il team ha registrato i livelli di tensione di base su ciascun pannello.
• Passaggio 5: formazione:Il personale di manutenzione ha ricevuto una sessione di 30 minuti per leggere la finestra di stato e sostituire il dispositivo dopo un grave evento di sovratensione.

Durante l'installazione si è presentata una sfida: il quadro elettrico principale aveva uno spazio interno limitato. L'appaltatore ha risolto questo problema utilizzando un involucro a montaggio superficiale adiacente al pannello, mantenendo la lunghezza del conduttore inferiore a 10 pollici pur rispettando le raccomandazioni del produttore.

Risultati delle applicazioni e risultati quantificati

Nei successivi 12 mesi, l'impianto ha registrato una riduzione del 41% dei tempi di inattività non programmati. I guasti legati alle sovratensioni legati alle apparecchiature sono scesi da 23 a 9. Il costo totale delle riparazioni, comprese le parti e la manodopera degli appaltatori, è sceso da 38.000 dollari a 16.000 dollari.

La produzione è aumentata del 3,2% poiché le linee hanno funzionato più a lungo senza interruzioni. L'impianto di confezionamento ha raggiunto un tasso di consegna puntuale del 98,5%, in aumento rispetto al 94,1% dell'anno precedente. Il direttore dell'impianto ha inoltre riferito che i sei dispositivi Soutya si sono ripagati da soli in 3 mesi, basandosi esclusivamente sui costi di riparazione e di fermo macchina evitati.

I dispositivi di protezione contro le sovratensioni non erano esenti da manutenzione. A gennaio, un'unità vicino a un grande compressore d'aria ha mostrato un fusibile termico bruciato dopo una serie di sbalzi di tensione interna. Il costo della sostituzione è stato di 180 dollari e il tempo di inattività per tale sostituzione è stato di soli 20 minuti: un evento minore rispetto alle ore perse prima.

La voce del cliente

"Eravamo scettici sul fatto che un dispositivo di protezione da sovratensione da 450 dollari potesse risolvere un problema che le nostre vecchie apparecchiature UPS non erano in grado di risolvere. Dopo un anno di dati, i numeri parlano da soli. I dispositivi Soutya sono stati la parte più affidabile del nostro sistema elettrico", ha affermato il responsabile tecnico, che ha supervisionato il progetto.

Lezioni e approfondimenti

Tre suggerimenti possono aiutare altre piante con problemi simili:

• Coordinare la protezione a tutti i livelli.Un solo limitatore di sovratensione sul pannello principale non è sufficiente. Installare i dispositivi di tipo 2 sui sottopannelli che alimentano i componenti elettronici sensibili.
• Controllare regolarmente l'indicatore di stato.Un disgiuntore termico può attivarsi senza un evento esterno visibile. Aggiungi una pattuglia mensile per ispezionare le finestre degli indicatori.
• Pianificare la sostituzione.I dispositivi di protezione contro le sovratensioni si degradano dopo ripetuti transitori. Tieni un'unità di riserva sullo scaffale e stabilisci un budget per la sostituzione ogni 3-5 anni.

Se il progetto venisse ripetuto, il team di ingegneri installerebbe dispositivi di monitoraggio che registrano gli eventi di sovratensione in un sistema centrale. Ciò fornirebbe dati ancora più chiari sulla frequenza e la gravità delle sovratensioni, contribuendo a giustificare una protezione aggiuntiva in futuro.

Riferimenti

CEI 61643-11:2011. Dispositivi di protezione da sovratensione a bassa tensione - Parte 11: SPD collegati a sistemi di alimentazione a bassa tensione. 

UL 1449. Standard per dispositivi di protezione contro le sovratensioni.