Side 62

TEST OG MÅLING Fejlstrømsmonitering på produktionsudstyr Konventionelle isolationsmålinger er ofte dyre. I visse tilfælde skal systemer lukkes ned, eller komponenter som frekvenskonvertere eller switchede strømforsyninger skal afbrydes, fordi følsomme halvledere kan tage skade af de spændinger, som testudstyret giver under isolationsmålingen. Kontinuert RCM (fejlstrømsmåling) giver derimod en række fordele. Det har gjort RCM til en populær løsning, der i visse tilfælde endda er lovbefalet Af Roland Bürger, Danisense Tests af fabriksudstyr optråd- te allerede i det første tyske VDE-regulativ fra 1896 – og er siden blevet defineret i test af fabriksudstyr efter den inter- nationale standard IEC 60364- 6:2016. Denne standard er basis for mange nationale re- gulativer, og de har til formål at sikre en ansvarsfuld tilstand for fabriksudstyret. Det skal minimere risici for personska- der, elektriske brande og ska- der på selve udstyret. Da de nationale vejledninger også er lovkrav i mange til- fælde, skal virksomheder ud- føre jævnlige inspektioner. I tilfælde af skader sker det ofte, Figur 2: Elektrisk ækvivalentkredsløb for en hastighedsstyret motor. at forsikringsselskaber nægter at udbetale kompensation, hvis der ikke foreligger bevis på, at det udstyr, der har for- årsaget skaden, er blevet retti- digt inspiceret. I mere kritiske Frequency 50 Hz Typical causes power supply, line filter (low pass), interference suppression capacitors 50 Hz + 150 Hz Single-phase frequency converter with internal EMC filter 150 – 1050 Hz Three-phase frequency converter with internal EMC filter 2k – 50k Hz Long shielded motor cable 50k – 150 kHz Insufficient EMC filter 2k – 150 kHz Long shielded motor cable + insufficient EMC filter Figur 3: Typiske grunde til systemrelaterede fejlstrømme i forhold til deres frekvenser. Figur 1: RCM-monitor fra Dansisense, SRCMH070IB+, med et 4-20mA DC-output signal og udvidet Windows- software. tilfælde har forsikringsselska- ber endda aflyst policerne. Ud over tab og omkostning kan virksomheder også blive ud- sat for retssager, der kan true Kontakt os for en konnektor løsning, specificeret til din applikation Micro-D Connector Solutions Omnetics offers reliable Micro-D connectors in standard, latching, single row, MIL-DTL-83513, and USB 3.0 configurations hele virksomhedens eksistens, hvis de lovkrævede periodiske sikkerhedsinspektioner ikke er blevet udført. Så forståelige som regulativer- ne end måtte være, så medfø- rer de ikke kun betydelige om- kostninger for ejere af elektri- ske systemer og stationære maskiner. I forbindelse med tests skal systemerne nemlig også meget ofte slukkes ved udføring af isolations- eller be- skyttelsestests (som deres HP- FI-relæer – eller RCD’er, som de hedder på engelsk). Tids- intervallerne for disse tests er beskrevet i de nationale direk- tiver, men i de tilfælde hvor der ikke er specifikke krav opli- stet for elektriske systemer og fast udstyr, er testintervallerne som en tommelfingerregel fire år i de fleste lande. Trods regelmæssige tilsyn kan et fabriksanlæg eller en ma- skine alligevel fejle som følge af uforudsigelige forhold. Det kan forebyggende vedlige- hold i mange tilfælde forhin- dre, og den strategi anvendes allerede bredt i innovative industrisektorer eller i kritiske anlæg. Baseret på dataopsam- ling fra sensorer kan man med stor præcision forudsige vedli- geholdstidspunkter for maski- ner og systemer. Inden for elektriske installatio- ner kan uforudsete skader på isoleringen faktisk detekteres i god tid med kontinuerte fejl- strømsmålinger (RCM), så man kan udføre konkret inspektion i tilfælde af øgede RCM-tal. Det kan i mange tilfælde for- hindre en uplanlagt shutdown af installationen. Kontinuerte differentielle strømmålinger er allerede et lovkrav i nye datacentre un- der opførelse i Tyskland og flere andre europæiske lande (EN 50600-2-2 ). Fejlstrømmen bliver her brugt som en karak- teristisk værdi for systemets isolationstilstand. I et aktuelt projekt har en operatør været i stand til at detektere defekte switchede strømforsyninger på et tidligt tidspunkt som følge af øgede fejlstrømsni- veauer, så man på et tidligt tidspunkt har kunnet udskifte forsyningerne. Det forhin- drede derved en ukontrolleret shutdown af flere servere. Forklaring af ”fejlstrømsmonitering” Når man vælger en fejlstrøms- monitor, skal man tænke på, at dagens hastighedssty- rede trefasede motorer er en standardkomponent i alle procesanlæg og kommer- cielle bygninger. Højeffektive asynkrone motorer, men især teknologier som permanent- magnetmotorer, EC-motorer (elektronisk kommuterede) og synkrone reluktansmotorer kræver styring via frekvensin- vertere, og for mange motorer er direkte drift via en trefaset standardforsyning ikke læn- gere en mulighed. Frekvenskonverterne giver 30 nr. 10 | oktober 2022 -

Side 63

Figur 4: Software brugerinterface. Figur 5: Signalform for de målte fejlstrømme. TEST OG MÅLING på de forskellige værdier i de differentielle strømme, der bliver genereret af en maskine under varierende driftstilstan- de. Værdierne i figur 7 er blevet eksporteret fra Danisense- softwaren som en .csv-fil. Ma- skinen har forud undergået en isolationsmåling, hvor ingen defekter blev fundet. På grund af integrationsintervallet over 1.000 millisekunder bliver de mulige peak-strømme under switch-on og switch-off ud- jævnede, så der ikke bliver derved defineret. Systemet vil derfor være rimeligt moni- teret med disse parametre. I princippet er brugen af relæ- outputs ikke påkrævet. Og over en periode af to måneder er der ikke blevet detekteret alarmer. I visse projekter bliver de mål- te værdier allerede koblet til de respektive maskintilstande via PLC’en. En evaluering af de målte værdier kan dermed bli- ve udført endnu mere præcist. Den differentielle strøm- monitor har desuden en in- vi tre sinuskurver. En harmo- nisk på 150Hz giver dermed den største amplitude i sig- nalet. FFT-analysen bekræfter den antagelse. Det skal bemærkes, at ikke alle frekvenskomponenter for fejl- strømmen bliver vægtet ens for relæets output, og derfor bliver den mindre sande RMS- værdi (210,6mA) vist på bru- gerinterfacet for relæfunktio- nen. Det skyldes den norma- tive regulering af RCD’en, der også gælder for RCM’er ifølge IEC 62020. Måleanalyse For at generere en stabil mo- nitering og samtidig beskytte mod falske alarmer ser vi nu Hvor fejlstrømme typisk består af modstandskomponenter, så er systemrelaterede lækstrømme primært kapacitive. RCD’en kan dog ikke kende forskel mellem de forskellige strømme. detekteret nogen betydende øgede værdier over 4-20mA DC-interfacet. Den differen- tielle strøm oscillerer mellem 236,5- og 333,7mA. To alarm- tærskler ved 450- eller 550mA kan nu defineres via 4-20mA interfacet i PLC’en eller et uni- verselt måleinstrument. Relæ- output kan sættes til 1.000mA. Ifølge relevante standarder bliver trigging mellem 50 og 100 procent (500-til-1.000 mA) telligent algoritme, der kan trigges gennem en simultan aktivering af to trykkontakter på operatørens terminal. Den analyserer de differentielle strømsignaler inden for kun 10 sekunder og vælger på den måde de passende parametre i brugerinterfacet. Flere informationer kan ses på: www.danisense.com/pro- ducts/residual-current-moni- toring. Figur 6: FFT-repræsentation af fejlstrømmen. en systemrelateret lækstrøm i de fleste tilfælde, hvilket kan forstyrre for kommercielle beskyttelses-RCD’er (HPFI-re- læer). Hvor fejlstrømme typisk består af modstandskompo- nenter, så er systemrelaterede lækstrømme primært kapa- citive. RCD’en kan dog ikke kende forskel mellem de for- skellige strømme. RCD’en kan derfor trippe, hvis summen af alle strømme i systemet over- stiger trip-tærskelværdien. Det kan altså også ske under normal drift. Som vist i figur 2 opstår for- skellige frekvenskomponen- ter for strømme lige fra DC op til flere kHz. Derfor anbefales RCD- eller RCM-beskyttelser med specifikation B+, der dækker fra DC op til 20kHz. Ved analyse af de målte fejl- strømme skal de samlede sy- stemfejlstrømme altid tages i betragtning, da de – trods perfekt isolation – ikke tek- nisk kan separeres. På grund af induktanser (som motoren) kan der blive genereret høje peak-strømme under switch- on, hvilket kan føre til tripping af relæerne i RCD’er og RCM’er. Generelt kan de forskellige frekvenskomponenter fortol- kes som vist i tabellen i figur 3 . Når man installerer en fejl- strømsmonitor, er det vigtigt at kende de faktiske system- relaterede lækstrømme. Kun med den viden kan man op- stille passende advarselstær- skelværdier og trip-tærskler for relæerne på en egnet måde. Fejlstrømsmonitoren fra Danisense, SRCMH070IB+, behandler signaler op til 100kHz og kan udlæses via en USB-port med en software udviklet specielt til Windows- systemer. Med det setup er det nu muligt at gå videre til et produktionsanlæg med en række robotsystemer og hastighedsstyrede elektriske motorer. På grund af de instal- lerede frekvenskonvertere vil man kunne detektere forskel- lige frekvenskomponenter fra de systemrelaterede lækst- rømme via brugerinterfacet (figur 4) . I eksemplet bliver en sand RMS-værdi på 290,1mA de- tekteret over et integrations- interval på 1.000 ms. Vi starter med en maksimal trigger-tær- skel i det integrerede relæ på 1.000mA og ser på signalet via et FFT-tab i softwaren. Signalet bliver plottet over tidsintervaller på 0,1 sekund. Over et interval på 20ms (en sinuskurve @ 50Hz) detekterer Figur 7: TRMS-værdier for fejlstrømmen. www.ccm-ee.dk +45 32 22 21 91 ccm@ccm-ee.dk - nr. 10 | oktober 2022 31

    ...