Präventive Instandhaltung

Transkript

1 Funktion und Mehrwert präventiver thermografischer Messungen im Rahmen der industriellen Instandhaltung. Inhaltsverzeichnis 1. Einleitung: Industrielle Instandhaltung Einsatzgebiet der Thermografie 2 2. Anwendungsgebiete Elektrische Schaltanlagen Transformatoren Motoren Mechanische Einrichtungen 4 3. Anwendungsphasen und Wartungsintervalle 4 4. Hinweise zu Vorgehen und Auswertung 5 5. Zusammenfassung 5 6. Firmenprofil 5

2 1. Einleitung: Industrielle Instandhaltung Einsatzgebiet der Thermografie Fallen Maschinen aus oder muss der Produktionsbetrieb aufgrund defekter Komponenten in einer Anlage unterbrochen werden, hat dies für ein Unternehmen weit reichende finanzielle Folgen, denn unvermittelte Ausfälle sorgen für eine sinkende Produktivität und Rentabilität des Unternehmens. Kommt es durch Überlastungen oder andere Schäden zu einem Brand, geraten auch die Mitarbeiter einer Produktionsstelle in Gefahr. Die präventive Instandhaltung wie auch die regelmäßige Wartung von Maschinen ist demnach in der industriellen Instandhaltung von zentraler Bedeutung. Zuverlässige und schnelle Wartungsmethoden sind in diesem Zusammenhang unabdingbar. Die Thermografie stellt hier eine wirtschaftlich attraktive Methode der Instandhaltung dar. Schadhafte oder gefährdete elektrische und mechanische Komponenten lassen sich durch ihre thermischen Eigenschaften diagnostizieren. Ist ein Leiter, ein Kabel oder eine Sicherung fehlerhaft oder fallen einzelne Bauteile aus, entsteht ein erhöhter Übergangswiderstand und dadurch eine atypische Wärmeentwicklung. Auch Reibung, eine fehlerhafte Justage, Toleranzen der Bauteile oder Asymmetrien führen zu einer erhöhten Wärmeentwicklung. Auffällige Veränderungen in der thermischen Qualität einzelner Komponenten fungieren hier immer als Indikatoren für potentielle oder tatsächliche Defekte. Sowohl bestehende Defekte als auch potentielle Fehler- und Gefahrenquellen können durch Thermografie unmittelbar und präzise diagnostiziert werden. Dabei besitzt die Prüfung durch thermografische Messung wesentliche Vorteile gegenüber alternativen Messverfahren. Von zentraler Bedeutung ist hierbei die Möglichkeit einer Wartung der elektrischen Anlage und ihrer Komponenten bei laufendem Betrieb, d. h. ohne Betriebsunterbrechung und ohne Beeinflussung des Messobjekts. Kostenintensive Stillstandzeiten und Produktionseinbußen können so vermieden werden. Als berührungsloses Messverfahren ermöglicht die Thermografie auch die Messung an nur schwer zugänglichen Stellen. Potentielle Fehlerquellen können so bereits diagnostiziert werden, bevor es zu Ausfällen oder Brandgefahren kommt. Schließlich bieten Thermogramme eine zuverlässige, visuelle Möglichkeit der Fehlerdokumentation sowie des langfristigen Zeitreihenvergleichs von Anlagenzuständen. 2. Anwendungsgebiete Thermografische Messmethoden finden ihren Einsatz in den verschiedensten Anwendungsgebieten. In elektrischen Anlagen sind Infrarotmessungen in allen Spannungsebenen möglich. So können z. B. Schaltschränke, Verteilungen, Kabel und Leitungen, Sicherungen, Motoren u. a. in Niederspannungsanlagen mittels thermografischer Messverfahren überprüft werden, aber auch Betriebsmittel in Mittel-, Hoch- und Höchstspannungsanlagen (Freiluftschaltanlagen). Die Diagnose von defekten Leitungen oder Sicherungen, lockeren Schraub- und Klemmverbindungen, überlasteten Schaltern oder defekten Isolierungen in einem Schaltschrank ist mittels Thermografie unmittelbar und punktgenau möglich. 2.1 Elektrische Schaltanlagen Überlastete Kondensatoren, überhitzte Leiter oder Leistungsschalter, lockere Klemmen, beschädigte Kabelisolierungen, überlastete Leitungen oder defekte Schraubanschlüsse sind nur einige Komponenten, die zum Schaden oder Ausfall einer Anlage führen können. Dabei reichen Defekte an einzelnen Komponenten, um den Ausfall oder Brand der gesamten Anlage zu riskieren. Etwa 35 Prozent aller Brände in industriellen Betrieben sind auf starke Überhitzungen elektrischer Bauteile zurück zu führen. 1 Thermografische Überprüfungen sichern eine schnelle und präzise Wartung der Anlage und beugen so Ausfall- und Brandgefahren vor. Bereits die zweite thermografische Überprüfung einer Anlage senkt die Ausfallquote um etwa 80 Prozent. 1 1 Instandhaltung (06/2007): Der Kampf mit den Hot Spots. S. 41.

3 Defekte Klemmverbindung. Thermische auffällige Anschlüsse. Thermische auffällige Sicherung. 2.2 Transformatoren Thermische Schwachstellen von Transformatoren sind mittels Thermografie zuverlässig zu diagnostizieren. Häufige Fehlerquellen stellen hier Materialalterungs- sowie Überlastungserscheinungen dar. Überhitzte oder gelöste Verbindungen können beispielsweise zum vollständigen Ausfall des Transformators führen. Eine frühzeitige Kontrolle kann einem unerwarteten Defekt sicher vorbeugen. Messverfahren wie etwa Ölkontrollen können ergänzende Ergebnisse liefern. 2.3 Motoren Thermografische Überprüfungen können potentielle und bestehende Defekte an Motoren oder Turbinen schnell und einfach diagnostizieren. Die Oberflächentemperatur eines Motors gilt hier als Indikator für eine erhöhte Wärmeentwicklung im Inneren des Motors und somit für potentielle Schäden an Lagern, Wicklungen oder dem Getriebe. Defekten an einzelnen Komponenten, beispielsweise ausgelöst durch eine Überhitzung aufgrund von Asymmetrie, Überlastung oder einer falschen Wellenausrichtung, kann so durch regelmäßige präventive Prüfungen vorgebeugt werden. 3

4 2.4 Mechanische Einrichtungen Die Thermografie dient z. B. in Raffinerien, in der Petrochemie, chemischen Industrie, Erdöl und Erdgas fördernden Industrie, Hüttentechnik und Zementindustrie zur Überprüfung der Wärmedämmung von mechanischen Einrichtungen (Öfen, Rauchgaskanäle, Rohrleitungen, Behälter u. a.). Es können aber auch innere Ablagerungen (Beläge), beispielsweise an Rohrleitungen und Behältern, bei thermografischer Zugänglichkeit nachgewiesen werden. Schadhafte Wärmedämmung kann zu massiven Prozessstörungen und somit zur Beeinträchtigung der Qualität des Endproduktes führen. Zudem entstehen durch fehlerhafte Dämmung insbesondere bei energieintensiven Prozessen stark erhöhte Primärenergiekosten. Erhitzte Lagerwelle an einem Motor. 3. Anwendungsphasen und Wartungsintervalle Um das Risiko eines Produktionsausfalls oder Brandes zu minimieren, sollten Komponenten oder Systeme regelmäßig überprüft werden. Hier empfiehlt sich eine regelmäßige Wartung nach konkret definierten Inspektionsrouten. Das Intervall einer notwendigen Wartung ist von verschiedensten Faktoren abhängig, u. a. von der Strombelastung einzelner Anlagenteile, dem Baualter und generellen Zustand der Anlage. Richtwerte zum Handlungsbedarf bietet jedoch die NETA (InterNational Electrical Testing Association), die beispielsweise eine ein- bis zweimonatige Sichtprüfung von Transformatoren, Kabeln oder Schaltern empfiehlt, in der Regel eine jährliche mechanische Prüfung inklusive Sichtprüfung sowie alle ein bis drei Jahre eine Kombination aus visueller, mechanischer und elektrischer Prüfung. 2 In Deutschland sind elektrische Anlagen auch nach VdS-Richtlinie 2858 vom Betreiber regelmäßig, d. h. wiederkehrend, zu überprüfen. Thermografische Messmethoden können bereits bei der Abnahme einer elektrischen Anlage im Rahmen einer Funktionsprüfung eingesetzt werden, um die Belastung einzelner Bauteile zu ermitteln. Des Weiteren empfiehlt sich zeitnah nach der Neuinstallation eine thermografische Neubauabnahme. Auch die Wartung einer Anlage nach ihrer Wiederinbetriebnahme nach einer Instandsetzung sowie vor Ablauf von Gewährleistungen ist von zentraler Bedeutung. Defekte, lose oder überlastete Komponenten können so schnell geortet, instandgesetzt oder ausgetauscht werden. Anhand des Thermogramms, das Auskunft über eine normale oder anormale Wärmeverteilung gibt, können zudem Bauteile diagnostiziert und unter ständiger Kontrolle gehalten werden, die langfristig aufgrund ihrer Temperaturqualitäten Schwachstellen oder gar Brandgefahren darstellen. 2 NETA (k.a.): Frequency of Maintenance Tests. URL: 4

5 4. Hinweise zu Vorgehen und Auswertung Die Wartung einer industriellen Anlage und ihrer Komponenten sollte immer unter Berücksichtigung der Anlagenbelastung, der Umgebungs- und Produktionsbedingungen sowie den geltenden Sicherheitsstandards stattfinden. Um die Überprüfung einer Anlage und ihrer Komponenten in einer realistischen Betriebssituation sicher zu stellen, sollte diese mindestens unter etwa der Hälfte der normalen Betriebslast stattfinden. Der Fokus der Überprüfung sollte auf Verbindungen, Verteilungen und Komponenten mit hohen Lasten liegen. Um eine Zustandsverschlechterung zu beobachten oder auch den Erfolg einer Instandsetzung sicherstellen zu können, sollten die in Thermogrammen erfassten Daten zudem möglichst über einen längeren Zeitraum beobachtet und verglichen werden. Um Messfehler zu vermeiden, muss auch auf Reflexionen, z. B. an blanken Metallteilen von elektrischen Komponenten und andere Verfälschungsfaktoren besonders geachtet werden. Die korrekte und zuverlässige Interpretation der Daten erfordert dabei immer eine fundierte Ausbildung sowie vertiefte Kenntnisse der Thermografie. Eine anormale oder hohe Wärmeentwicklung deutet auf sich anbahnende oder bereits vorhandene thermische Schwach- oder Schadstellen hin. Eine Anomalie in der Wärmequalität einer Verbindung kann ihre Fehlerquelle jedoch auch in einer anderen Komponente besitzen. Hier empfiehlt es sich, weitere Messverfahren hinzu zu ziehen. Thermografie bietet zudem keinen Ersatz für notwendige Sicht- und Funktionsprüfungen sowie Strommessungen. Sie stellt jedoch eine zuverlässige, sichere und wirtschaftliche Ergänzung zu klassischen Messmethoden mit einzigartigen Vorteilen dar. 5. Zusammenfassung Die Überprüfung elektrischer Anlagen in industriellen Betrieben ist von zentraler Bedeutung und gesetzlich verpflichtend. Aufgrund ihrer Wirtschaftlichkeit und Zuverlässigkeit nimmt die Thermografie hier eine zentrale Rolle ein. Regelmäßige IR- Messungen sichern die einfache und präzise Früherkennung von Schwachstellen und Schäden sowie die Erhöhung der Anlagenverfügbarkeit und -zuverlässigkeit. Schwerwiegenden Folgeschäden, Brand- und Unfallgefahren kann mittels präventiver thermografischer Prüfungen vorgebeugt werden. Thermografische Messmethoden finden ihren Einsatz somit in den verschiedensten Anwendungsgebieten. Elektrische- und mechanische Einrichtungen von Produktionsanlagen können mittels thermografischer Messverfahren überprüft werden. Im Gegensatz zu anderen Messverfahren ermöglicht die Thermografie eine berührungslose Inspektion der Betriebsmittel bei laufendem Betrieb. Auch nur schwer zugängliche Stellen sind mittels Thermografie sicher und präzise überprüfbar. Kostenintensiven Stillstandzeiten von ausgefallenen Maschinen oder Anlagen wird so sicher vorgebeugt. Instandhaltungskosten und Folgeschäden werden verringert. 6. Firmenprofil Die Testo AG mit Sitz im Hochschwarzwald ist weltweit einer der führenden Hersteller für portable und stationäre Messtechnik. Das High-Tech-Unternehmen bietet Messlösungen unter anderem für die Klima- und Umwelttechnik, Industrieanwendungen, Emissionsmessungen und die Kontrolle von Lebensmittelqualität. Das Unternehmen investiert jährlich gemäß seinem Firmenmotto Wir messen es rund 15 Prozent des Umsatzes in Forschung und Entwicklung und betreibt so einen überdurchschnittlichen Aufwand für zukunftsorientierte Forschung. Das Unternehmen ist mit 31 Tochterfirmen und über 80 Vertretungen auf der ganzen Welt vertreten und zählt weltweit über 2300 Mitarbeiter. 5 Testo AG Testo-Straße 1, Lenzkirch Telefon Telefax vertrieb@testo.de