Hoe continue isolatiewerstandstesten motorbetrouwbaarheid en productiviteit verbeteren

Decennialang hebben installatiepersoneel isolatiewerstandstests uitgevoerd met handmegohmmeters om motorstoringen te voorkomen die leiden tot dure ongeplande shutdowns, failure-to-produce-boetes en herwikkelingreparaties. Deze tests leveren echter alleen een “momentopname” van de motorgezondheid. In een paar dagen kunnen motorwikkelingen en kabels die blootgesteld zijn aan vocht, chemicaliën, verontreinigingen of trillingen gecompromitteerd raken en bij opstart faillen.

Draagbare megohmmeters vereisen ook dat elektriciteitsmonteurs handmatig de apparatuurkabels loskoppelen en de testleidingen aansluiten op potentieel onder spanning staande of beschadigde apparatuur om de handmatige test uit te voeren. Deze tests blootstellen monteurs aan potentiële boogflitsen wanneer ze de kast openen. In de Verenigde Staten gebeuren niet-dodelijke boogflitsincidenten ongeveer vijf tot tien keer per dag, met dodelijke slachtoffers met een frequentie van ongeveer één per dag.

Met zoveel op de kaart, erkennen fabrieksmanagers de waarde van continue megohm-monitoring van isolatiewerstand die begint zodra de motor uitstaat totdat hij opnieuw start.

Gewapend met deze real-time informatie, kan onderhoudspersoneel tijdig correctieve acties ondernemen om een storing te voorkomen die de productie zou onderbreken. Hierdoor kunnen ze utilitybedrijven honderdduizenden dollars besparen in reparatiekosten voor dure herwikkeling, failure-to-produce-boetes en verloren productietijd.

Daarnaast staan permanent geïnstalleerde automatische testapparaten “hands-off” monitoring toe zonder toegang tot kasten nodig te hebben—wat monteurs uit gevaarszone houdt.

Motorbeveiliging bij utilities

Ongeacht de industrie, vertrouwen productie- en verwerkingszwaar op motoren, hoewel het aantal en type variëren afhankelijk van de grootte van de fabriek en het type brandstof dat verbrand wordt. Sommige fabrieken kunnen 20-30 kritieke motoren hebben, met gemiddeld vijf tot tien.

Kritieke motoren zijn die die de veilige nakoming van zakelijke doelen of productieniveaus aanzienlijk kunnen belemmeren als ze onverwacht offline gaan. Voorbeelden zijn motoren van 480-13.800 V die gebruikt worden voor compressoren, pompen en ventilatoren.

De meeste utilities onderhouden deze motoren via tijdgebaseerde preventieve onderhoudsprogramma's (PM). Isolatiewerstandstests zijn meestal halfjaarlijks gepland. Gezien de personeelsreductie in de meeste fabrieken, kan het nog minder frequent zijn. Op basis van deze tests kunnen motoren gepland worden om naar reparatiewinkels te gaan voor herconditionering.

Typisch worden isolatiewerstandstests ook uitgevoerd aan het begin van jaarlijkse overhaals of geplande uitvallen om motoren te identificeren die misschien ook reparatie nodig hebben. Toch, ondanks PM-programma's, kunnen motoren die offline zijn of frequent gecycled worden snel gecompromitteerd raken. “We hebben ons aandeel motorstoringen gehad, en dat werd behoorlijk duur,” zei Richard Hohlman, die met pensioen ging na 37 jaar werken in energiecentrales.

“Soms kunnen de storingen echt duur zijn,” zei hij. “In die specifieke fabriek hadden we een paar Westinghouse tweesnelheids PAM AC-inductiemotoren en het herwikkelen van één van hen zou een zes-cijferig bedrag hebben gekost.”

Vanuit een O&M (Operations and Maintenance) perspectief, “als we een zwakke motor kunnen identificeren en het risico vermijden om hem op te starten en te laten faillen, is dat een grote besparing,” voegde hij toe.

Om gefaalde motoren te voorkomen, vereiste Hohlman dat alle kritieke motoren in een 1.500 mW centrale aan de Long Island Sound die 24 uur of langer uitgevallen waren, handmatig getest werden met een megohmmeter voordat ze herstart werden. “Dat werd een kostenpost op zich, omdat de tests vaak op verschillende uren van de dag uitgevoerd worden, tegen overuren-tarieven,” zei Hohlman. “Maar door het te doen vermeden we een aantal motorstoringen.”

Hohlman zei dat een lid van zijn team Meg-Alert ontdekte, een continu test- en monitoringsysteem gefabriceerd door Meg-Alert, Minocqua, Wis. De fabriek installeerde het aanvankelijk op vier circulatiepompen en diverse geïnduceerde trekv ventilatoren. Later werden de apparaten ook aan diverse gedwongen trekv ventilatoren en andere kritieke motoren in de fabriek toegevoegd.

De Meg-alert-eenheid is permanent geïnstalleerd binnenin het hoogspanningscompartiment van de MCC of schakelapparatuur en verbindt direct met de motor- of generatorwikkelingen. De eenheid detecteert wanneer de motor of generator offline is en voert dan een continue dielectrische test uit op de windingisolatie totdat de apparatuur opnieuw gestart wordt.

De eenheid functioneert door een niet-destructieve, stroombegrensde DC-testspanning aan de fasewikkelingen aan te leggen en vervolgens veilig eventuele lekkagestroom door de isolatie terug naar de aarde te meten. Het systeem gebruikt DC-spanningsniveaus van 500, 1.000, 2.500 of 5.000 V die voldoen aan de IEEE, ABS, ANSI/NETA en ASTM International standaarden voor juiste isolatiewerstandstestspanning gebaseerd op de werkspanning van de apparatuur.

De test veroorzaakt geen verslechtering van de isolatie en omvat stroombegrenzingstechnologie die personeel beschermt.

“Met continue monitoring is het O&M-team te allen tijde bewust van de motor's fitness for duty,” zei Hohlman. “Elke keer dat de motor uitschakelt—of het nu voor seconden is, een dag, of voor de 10 dagen van een uitval—wordt de motor getest. En als het onder een veilig niveau daalt, alarmeert het direct en kan de motor tegen opstarten worden geblokkeerd.”

Dit staat in schril contrast met de momentopname die een megohmmeter aan het begin van een shutdown neemt. De motor kan snel aanzienlijk vocht opnemen door vochtigheid en verontreiniging.

“Een electromotor kan in zeker geen paar uur in het zuidelijke deel van het land genoeg vocht absorberen om schade bij opstart te veroorzaken,” zei Ricky Loupe, elektrisch- en instrumentmanager bij een grote fabriek die een poedervorm van polyvinylchloride (PVC) maakt alsook de primaire bestanddeelingrediens, vinylchloride. “Er zijn veel regenachtige dagen met hoge vochtigheid hier in het zuiden, en vocht en elektriciteit mengen niet.

“Wanneer een motor vol vocht zit en wordt gestart, zullen de wikkelingen naar de aarde gaan en de motor beschadigen,” vervolgde Loupe. “Nu heb je een kritieke motor met beschadigde wikkelingen die een aanzienlijk bedrag zal kosten om te repareren.”

Toen nog ingenieur, voerde hij met zijn team een analyse uit om de root cause van het probleem te bepalen en hoe het te voorkomen. Na meer te leren over de Meg-Alert, kocht hij er één als proef. Loupe zei dat het geïnstalleerd werd op een 4.160-V, 1.200-pk WP-behuizingmotor die een compressor op een chiller-unit aandreef.

Op basis van productievereisten werden enkele van de chillers uitgezet en alleen gebruikt wanneer nodig. Dit betekende dat de motoren op sommige eenheden ongebruikt konden liggen. Vóór een chiller opnieuw te draaien, moesten de motoren getest worden met draagbare megohmmeters. “Vaak werd dit werk na uren gedaan, vanwege operatie-eisen en vereisten om ze zo snel mogelijk te starten,” legde Loupe uit. “We zouden monteurs in het weekend laten komen—vaak tegen overuren-tarieven—alleen om de motoren te testen zodat ze konden starten.”

Loupe zei dat met de Meg-Alert-eenheden die informatie nu in real-time beschikbaar is. Hij was verder overtuigd nadat het apparaat, dat verbonden is met de starter, de motor niet liet starten vanwege lage megohm-weerstandsmetingen na een regenachtige dag. “De Meg-Alert zou de motor niet laten starten omdat er te veel vocht in de motor zat,” legde Loupe uit. “Dat, daar, betaalde de continue monitoring-eenheid tien keer terug.”

Vandaag heeft de fabriek Meg-Alerts op alle tien chiller-motoren alsook op vier 900-pk koeltorenpompen in een ander deel van de fabriek.

‘Hands-Off’ Monitoring

Wanneer vooraf bepaalde isolatiewerstandsetpoints bereikt zijn, gaan indicatorlampjes branden om een alarmconditie te signaleren en kunnen automatische notificaties naar het monitoringnetwerk worden gestuurd. Continue monitoring kan ook tonen of de verwarmers die gebruikt worden om thermische temperaturen te handhaven of condensatie te voorkomen, correct werken.

De meeste motoren gebruiken verwarmers om de temperatuur binnenin de motor te handhaven zodat het niet drastisch afwijkt van de werktemperatuur of de omgevingstemperatuur buiten de eenheid. Als het onder het dauwpunt daalt, begint de motor condensatie op te nemen terwijl offline.

Als deze verwarmers echter niet correct werken of de stroomonderbreker valt, zijn onderhoudspersoneel er misschien niet van op de hoogte totdat de motor bij opstart faalt. Hoewel deze motorverwarmers regelmatig gecontroleerd worden, kan dit kritieke motoren en generatoren onbeschermd laten voor weken of zelfs maanden.

Boogflitsen voorkomen

Misschien nog belangrijker, zei Loupe dat de hands-off-benadering de blootstelling van werknemers aan potentiële schade door boogflitsen vermindert. “Met de continue isolatiewerstandmonitoringapparaten, elimineer je de potentiële schade van boogflitsen door niet te laten dat monteurs kasten openen voor megohm-testen,” zei Loupe.

Boogflitsen zijn een ongewenste elektrische ontlading die door de lucht reist tussen geleiders of van een geleider naar de aarde. De flits is direct en kan temperaturen produceren die vier keer die van de zon zijn. De intense hitte veroorzaakt ook een plotselinge uitlegging van lucht, wat resulteert in een blastgolf die werknemers door kamers kan werpen en van ladders kan stoten. Boogflitsblessures omvatten derdegraads brandblessuren, blindheid, gehoorverlies, zenuwschade, hartstilstand en zelfs de dood.

Onder de potentiële oorzaken van een boogflits die door NFPA 70E worden vermeld, is “onjuist gebruik van testapparatuur.” Hoewel het ontspannen van apparatuur vóór testen en het dragen van geschikte persoonlijke beschermingsmiddelen (PBM) aanbevolen wordt, is de beste oplossing het elimineren van de noodzaak om de bedieningskasten te openen om isolatiewerstandstests uit te voeren.

Naast het risico op boogflitsen, heeft Loupe een ander potentiël risico uit eigen ogen gezien dat kan optreden als een motor op enkele voeten van een werknemer kortsluit. In de fabriek zijn personeel slechts ongeveer vijf voet van de motor verwijderd bij het starten van de chiller. Als de motor kortsluit, kan het een enorme lawaai maken en een massa vonken uitscheiden.

“Met continue isolatiewerstandmonitoring, heb je geen werknemer in gevaarszone als de motor bij opstart faalt,” zei Loupe. “Het apparaat voorkomt dat veiligheidsprobleem ook.”

Voor meer informatie bezoek www.megalert.com of bel 800-778-5689.