Midwest Flexible Packaging är en medelstor tillverkare baserad i Ohio, med 320 anställda. Företaget tillverkar flerskiktsfilmer och påsar för livsmedels- och medicinindustrin. Dess anläggning driver 12 höghastighetsextruderingslinjer, 8 tryckpressar och dussintals hjälpmotorer och drivenheter. Anläggningen är igång 24/7, med endast två schemalagda underhållsfönster per år.

Företaget hade varit under press att förbättra leveransprestanda i tid. Kunderna krävde snävare ledtider och alla oväntade linjestopp påverkade intäkterna. Året före projektet var oplanerad stilleståndstid i genomsnitt 84 timmar, 2 % av den årliga produktionskapaciteten.

Utmaningar och smärtpunkter

Grundorsaken till de flesta oplanerade stopp var elektriska överspänningar. Anläggningen ligger i änden av en distributionsmatare på landsbygden, och spänningsspikar från blixtnedslag och byte av nät var vanliga. Inuti anläggningen genererade frekventa starter av stora motorer på kompressorer och kylare också omkopplingstransienter som färdades genom kraftnätet.

Dessa överspänningar utlöste inte alltid brytare omedelbart. Istället försämrade de gradvis känsliga komponenter. Under en 12-månadersperiod ersatte anläggningen sju PLC-strömförsörjningar, fyra frekvensomriktare och mer än ett dussin HMI-pekskärmar. Varje fel innebar ett produktionsstopp som varade 2 till 6 timmar medan tekniker diagnostiserade felet och installerade en ersättning. De totala direkta reparationskostnaderna nådde 38 000 USD, med ytterligare 120 000 USD i förlorad produktionsmarginal.

Ingenjörsteamet försökte först installera billiga överspänningsskyddsuttag på enskilda arbetsstationer. Det tillvägagångssättet skyddade endast utrustning som var ansluten till dessa uttag. Trådbundna maskiner, såsom extruderingsenheter och utskriftsregistreringssensorer, förblev exponerade. Ett försök att använda åskskyddssystem för hela byggnaden tog inte upp de interna kopplingstransienterna, som inte kom utifrån byggnaden.

Varför Soutya AC 230V överspänningsskydd?

Anläggningens elteknikchef utvärderade tre alternativ: ett motor-generatorisoleringssystem, en byggnadsomfattande avbrottsfri strömförsörjning och en samordnad lösning för överspänningsskydd. De två första var prissatta till $80 000 respektive $150 000, med långa ledtider och höga löpande underhållskostnader.

Soutya AC 230V överspänningsskydd, däremot, erbjöd skydd av typ 2 enligt IEC 61643-11, och den överensstämde med UL 1449. Enhetens spänningsskyddsklassning var tillräckligt låg för att skydda PLC:n och drivingångarna, och den hade en termisk frånkoppling som förhindrade irreparabel överspänning efter ett avbrott. Den totala kostnaden för sex enheter, som täcker huvudcentralen och fem underpaneler, var $2 400 inklusive brytare och monteringsutrustning. Ingenjörsteamet uppskattade också den visuella statusindikatorn, som gjorde fältinspektionen enkel.

Implementeringsprocess

Projektet tog två veckor från design till driftsättning. En licensierad elentreprenör, som arbetade med anläggningens underhållsteam, slutförde installationen på tre dagar.

• Steg 1 – Ladda studie:Teamet kartlade alla kretsar och identifierade de fem distributionspaneler som matade den mest kritiska produktionsutrustningen.
• Steg 2 – Panelmontering:Varje Soutya SPD monterades inuti respektive panel, med korta, raka ledningar för att minimera impedansen.
• Steg 3 – Koordinering:Installatörer verifierade att SPD:s överspänningsströmkapacitet översteg den beräknade värsta överspänningsnivån vid varje punkt.
• Steg 4 – Testning:Efter spänningssättning bekräftade statusindikatorerna normal drift och teamet registrerade baslinjespänningsnivåer på varje panel.
• Steg 5 – Träning:Underhållspersonalen fick en 30-minuters session med att läsa statusfönstret och byta ut enheten efter en större överspänningshändelse.

En utmaning uppstod under installationen: huvudcentralen hade begränsat invändigt utrymme. Entreprenören löste detta genom att använda ett ytmonterat hölje intill panelen, hålla ledarlängden under 10 tum samtidigt som tillverkarens rekommendationer uppfylldes.

Ansökningsresultat och kvantifierade resultat

Under de följande 12 månaderna spårade fabriken en 41 % minskning av oplanerad driftstopp. Utrustningsrelaterade överspänningsfel sjönk från 23 incidenter till 9. Den totala kostnaden för reparationer, inklusive delar och entreprenörsarbete, sjönk från 38 000 USD till 16 000 USD.

Produktionen ökade med 3,2 % eftersom linjerna gick längre utan avbrott. Förpackningsanläggningen uppnådde en leverans i tid på 98,5 %, en ökning från 94,1 % föregående år. Anläggningschefen rapporterade också att de sex Soutya-enheterna betalade sig själva inom 3 månader, baserat enbart på undvikna reparations- och stilleståndskostnader.

Överspänningsskyddsanordningarna var inte underhållsfria. I januari visade en enhet nära en stor luftkompressor en sprängd termisk säkring efter en serie interna spänningssvällningar. Ersättningskostnaden var $180, och stilleståndstiden för det bytet var bara 20 minuter - en mindre händelse jämfört med timmarna som förlorats tidigare.

Kundröst

"Vi var skeptiska till att ett överspänningsskydd på $450 skulle kunna lösa ett problem som vår gamla UPS-utrustning inte kunde. Efter ett år av data talar siffrorna för sig själva. Soutya-enheterna har varit den mest pålitliga delen av vårt elektriska system", säger ingenjörschefen, som övervakade projektet.

Lektioner och insikter

Tre takeaways kan hjälpa andra växter med liknande problem:

• Samordna skydd på alla nivåer.Ett enda överspänningsskydd vid huvudpanelen räcker inte. Installera typ 2-enheter på underpaneler som matar känslig elektronik.
• Kontrollera statusindikatorn regelbundet.En termisk frånkoppling kan aktiveras utan en synlig yttre händelse. Lägg till en månatlig patrull för att inspektera indikatorfönstren.
• Planera för byte.Överspänningsskyddsanordningar försämras efter upprepade transienter. Håll en reservenhet på hyllan och budgetera för utbyte vart tredje till femte år.

Om projektet upprepades skulle ingenjörsteamet installera övervakningsenheter som loggar överspänningshändelser till ett centralt system. Det skulle ge ännu tydligare data om överspänningsfrekvens och svårighetsgrad, vilket skulle hjälpa till att motivera ytterligare skydd på vägen.

Referenser

IEC 61643-11:2011. Lågspänningsöverspänningsskydd – Del 11: SPD:er anslutna till lågspänningssystem. 

UL 1449. Standard för överspänningsskydd.