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Fallstudie: Ausfalls eines Dreiphasen-Motors

7. Mai 2020 | Netzqualität
Three-Phase Motor Failure

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Problembeschreibung

Innerhalb von drei Jahren fiel ein besonders großer Dreiphasen-Motor zweimal pro Jahr aus Der Leiter der Instandhaltung der Anlage zog sowohl den Elektroinstallateur als auch den Motorhersteller hinzu. Diese wiesen sich gegenseitig die Schuld zu, konnten aber das Problem vor Ort nicht lösen. Er stand zwischen den Fronten: ohne Abhilfemaßnahmen waren regelmäßig wiederkehrende Motorreparaturkosten und Produktionsausfälle durch die wiederholten Ausfallzeiten zu erwarten.

Schließlich beauftragte er einen Berater für Netzqualität mit der Klärung dieser Ausfälle, denen eindeutig ein bestimmtes Muster zugrunde lag. Der Berater befragte den Leiter der Instandhaltung über die Beobachtungen bei den bisherigen Schadensfällen und beschrieb ihm, dass er die Netzqualität des elektrischen Energieverteilungssystems für die Motorstromversorgung vollständig untersuchen und dessen Betriebseigenschaften bestimmen würde und auf dieser Grundlage versuchen wollte, das Problem zu lösen.

Messungen

Der Berater schloss seinen dreiphasigen tragbaren Netz- und Stromversorgungsanalysator Fluke 434 an den Stromkreis für die Motorstromversorgung an und betätigte die Taste „View Config“ (Konfiguration anzeigen). Das Schaltbild bestätigte, dass der Anschluss gemäß einer Dreieckschaltung ordnungsgemäß hergestellt war.

Anschließend betätigte er die Taste „Scope“ (Oszilloskop) und sah sich die Signalformen und numerischen Werte für alle drei Phasen an. Den in der oberen Zeile der Anzeige dargestellten Unterschieden zwischen den Messwerten nach zu urteilen, schien eine Unsymmetrie zwischen den Phasen vorzuliegen.

Um weitere Informationen zu sammeln, schaltete er auf die numerische Anzeige innerhalb des Modus V/A/Hz um. In dieser Anzeigeart werden die Messwerte für Strom und Spannung auf allen drei Phasen angezeigt. Bei den Stromstärken war der Unterschied noch größer als bei den Spannungen.

Nach dem Umschalten auf die Anzeige der Unsymmetrie („Unbalance“) überprüfte er die Spannungs- und Stromwerte sowie das Phasendiagramm, um festzustellen, ob der Motor innerhalb der zulässigen Grenzwerte betrieben wurde.

Schließlich wählte er im Menü die Einstellung Oberschwingungen („Harmonics“) aus, um sicherzugehen, dass Oberschwingungen nicht zu dem Problem beitrugen.

Analyse

Die Messungen ergaben, dass durch eine Unsymmetrie ein zu hoher Strom auf der Phase B verursacht wurde. Er überprüfte die technischen Daten des Motors und bestätigte, dass der Strom auf Phase B den Nennstrom des Motors bei Volllast überstieg. Auf der Grundlage der Daten für alle drei Phasen konnte er die Stromunsymmetrie auf eine zu hohe Belastung einer Spannungsphase zurückführen.

Der Berater verfolgte die Spannungsunsymmetrie auf eine vor drei Jahren installierte Gerätegruppe zurück. Es stellte sich heraus, dass alle internen einphasigen Lasten dieser Gerätegruppe an die gleiche Phase angeschlossen waren. Diese letzte neue Geräteinstallation führte zu einer derart starken Spannungsunsymmetrie des Energieversorgungssystems, dass eine Stromunsymmetrie am Motor verursacht wurde und die Betriebstemperatur der Leiter und Motorwicklungen über die Grenzwerte anstieg.

Fazit

Um das Problem zu lösen, teilte der Berater die einphasigen Lasten dieser Gerätegruppe gleichmäßig auf die drei Phasen auf, verringerte so die Spannungsunsymmetrie und damit die Stromunsymmetrie am Motor. Dadurch wurden auch der zu hohe Strom auf Phase B und die Betriebstemperatur des Motors reduziert.

Nach den Sichtungen der Nenngrößen der Maschinen und der Auswertung der Messungen legte er neue Soll- und Grenzwerte für die zukünftige Überwachung fest, übertrug alle gespeicherten Messdaten und Bildschirmdarstellungen des Fluke 434 auf seinen PC und druckte für den Leiter der Instandhaltung einen Bericht mit den vor und nach der durchgeführten Änderung gemessenen Werten aus.

Obwohl der Instandhaltungsleiter kein Netzqualitätsexperte war, konnte er den Unterschied zwischen den Messungen sehen. Nun wurde ihm klar, warum es notwendig ist, vor und nach der Installation neuer Geräte Netzqualitätsmessungen durchzuführen. Alle Kosten für Motorreparaturen und Ausfallzeiten waren somit unnötigerweise angefallen. Dem Vorschlag des Beraters, einen Zeitplan für regelmäßige Inspektionen innerhalb der vorbeugenden Instandhaltung aufzustellen, stimmte er zu.

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