5. TOIMINTAKENTÄLLÄ
5.4 E nnakoiva ja mittaa va kunnossapito
5.4.1 Mittaavan - ja ennakoivan kunnossapidon tausta
Ennakoivan kunnossapidon tavoitteena suorittaa komponenttien vaihto ja muut korjaustoimenpiteet ennen varsinaisen vaurion syntymistä. Näin vähennetään seisokkien määrää, kun huoltotoimenpiteet voidaan suorittaa suunnitellusti.
Komponenttien vaihtoajankohdat voidaan määritellä kokemuksen perusteella tilastollisilla menetelmillä. Tällöin ongelmana on, että korjaukset tehdään keskimäärin liian aikaisin ja toisaalta yllättäviä vaurioita pääsee syntymään.
Optimaalisemmin vaihtovälit voidaan määritellä seuraamalla komponenttien kuntoa säännöllisillä mittauksilla. Mittaavalla kunnossapidolla voidaan samanaikaisesti maksimoida laitteen käyttöaika ja minimoida turha työ. (Kunnossapitokoulu, Kunnossapito 2/91)
Ennakoivan kunnossapidon osuus kaikesta kunnossapidosta kasvaa jatkuvasti.
Vuonna 1960 käytännössä kaikki kunnossapito tehtaissa oli korjaavaa kunnossapitoa. Sen jälkeen ehkäisevä, ennustava ja jopa automaattinen kunnossapito ovat lisääntyneet. 1990 näiden ennakoivien toimintojen osuus oli noin puolet tehdystä kunnossapidosta ja vuonna 2000 osuuden arvellaan olevan jopa 65%. (Ollila
1990).
Sähkölaitteiden osalta ennakoiva kunnossapito ei ole kuitenkaan kasvanut samassa tahdissa. Syynä tähän on ollut elektroniikan vikaantumisen vaikea ennustettavuus sekä kokemuksen ja tilastollisen aineiston puute. Voidaan kuitenkin olettaa, että sähkölaitteet seuraavat yleistä kehitystä ja ennakoivan kunnossapidon osuus kasvaa tulevaisuudessa. (Tennilä 1989)
Taajuudenmuuttajien kunnossapitoon ABB Service tarjoaa tuotteistettuja palveluita.
Kaikille muuttajatyyppeille on laadittu lista mittauksista ja tarkistuksista, jotka suoritetaan kiinteään hintaan. Käytännössä näitä listoja ei ole juuri kehitetty.
Huoltokeskukset ovat tältä pohjalta luoneet omia palveluita, joiden sisältö ja hinta vaihtelee eri puolilla Suomea.
Esimerkiksi ABB Servicen Kuusankosken huoltokeskus tekee kohtuullisen paljon ennakoivaa kunnossapitoa sähkökäytöille omalla mallillaan. Veli-Pekka Simolan mukaan toiminnan takana on pitkäjänteinen kehitystyö. On keskitytty pääasiassa muutamiin metsäteollisuutta edustaviin asiakkaisiin. Alkuun ennakoivaa kunnossapitoa on opeteltu, eikä toiminnasta ole heti pyritty saamaan katetta. Tällöin asiakkaat ovat kokeneet hyötyvänsä huolloista ja asiakassuhde on lujittunut. Ajan kuluessa asiakkaiden laitteet sekä ympäristö ovat tulleet tutuiksi ja toimintaa on pystytty tehostamaan. Tuotteistettujen palvelujen listoja on karsittu. Sen sijaan on pyritty tarkastamaan koko käytön tarkoituksen mukaista toimintaa. Tässä yhteydessä tehty asiakkaan neuvonta on myös tuonut lisätilauksia. Huolto on jaettu kahteen ryhmään: töihin, jotka asentaja voi suorittaa ja töihin, joihin vaaditaan asiantuntija.
Huollon hinta määräytyy näiden kahden tuntihinnan mukaan.
5. Toiminta kentällä 48 5.4.2 Malli ACS 600:n ennakoivalle kunnossapidolle
Veli-Pekka Simolan ja asiakkaiden haastattelujen perusteella voidaan kannattavalta ennakkohuoltopalvelulta vaatia:
Asiakkaan on koettava hyötyvänsä toiminnasta. Tämä edellyttää positiivisia kokemuksia ennakoivasta kunnossapidosta sekä hintaa, joka vastaa asiakkaan käsitystä saavutetusta hyödystä. Palvelun kustannuksia saadaan alennettua, kun yhden laitteen tarkistuksiin ja huoltoon kuluva aika minimoidaan ja samalla asiakkaalla huolletaan useita laitteita.
Tässä mallissa on lähtökohtana tilanne, jossa asiakkailla käydään vuosittain tuotantoseisokin aikana. Taajuudenmuuttajat puhdistetaan ja niille tehdään kunnonvalvontamittaukset sekä tarkistukset. Mittauksilla määritellään suurempien toimenpiteiden, kuten osien vaihdon, ajankohta. Näistä toimenpiteistä mittaukset vaativat asiantuntijaa, puhditukset ja osien vaihdon voi suorittaa myös asentaja.
Ennakoivan kunnossapidon kustannukset ratkaisee asiantuntijan mittauksiin ja tarkistuksiin sekä matkoihin käyttämä aika. ACS 600:n osalta toiminta saadaan nopeaksi, jos kaikki mittaukset suunnitellaan tehtäviksi Drives Window- tietokonetyökalulla. Kun mittaukset tehdään tietokonepohjaisiksi tulee myös kaukokäyttöinen kunnonvalvonta mahdolliseksi. Tulevaisuudessa voitaisiin toimia esimerkiksi seuraavasti: Asiantuntija käy tutustumassa laitoksen käyttöihin ja ympäristöön, tekee tarvittavat viritykset sekä ensimmäiset mittaukset. Jatkossa samat mittaukset suoritetaan muutaman kuukauden välein modeemin kautta ja asentaja suorittaa vuosittain puhdistuksen sekä asiantuntijan määrittelemät osien vaihdot.
5.4.3 Mittaukset ja vaihdettavat komponentit
Kappaleen kolme mukaan ACS 600:ssa hajoavat lähinnä PP-modulit, välipiirin kondensaattorit ja jäähdytyspuhaltimet. Laitteen luotettavuus paranisi merkittävästi, jos vikaantuminen olisi ennustettavissa ja nämä komponentit pystyttäisiin vaihtamaan ennen hajoamista. Lisäksi jäähdytyselementti likaantuu ja se pitäisi pystyä puhdistamaan ennen tukkeentumista.
PP-modulit
PP-modulit ovat niin uusia komponentteja, ettei niiden kaikkia vikaantumismekanismeja tunneta vielä. Mahdollisuutta mitata puolijohdekytkimen kuntoa on tutkinut mm. Juhani Tulkki ( Diplomityö 1991; Tehopuolijohdekytkimen kunnonmittaus). Työssä esitetyt mittausmahdollisuudet ovat kuitenkin liian kalliita toteuttaviksi ACS 600:n kokoiselle laitteelle. Lisäksi PP-modulin hajoaa hyvin helposti lämpötilan ja kuormituksen muuttuessa, jos modulia ei ole kiristetty tasaisesti. Toimivan modulin vaihtaminen kenttäolosuhteissa voi näin jopa heikentää laitteen luotettavuutta.
Näiden tietojen perusteella PP-modulin vikaantumisen ennustaminen mittaamalla ja vaihto etukäteen ei ole taloudellisesti kannattavaa. Asia on kuitenkin olennainen koko sähkökäytön luotettavuuden kannalta. Modulien hajoamisesta olisi hyvä kerätä tietoa kentältä, jotta kunnonvalvonnan mittauksia voitaisiin myöhemmin kehittää.
5. Toimintakentällä 49
Välipiirin kondensaattorit
Kondensaattoreista pitäisi mittaamalla pystyä ennustamaan, koska elekrolyyttiä on haihtunut niin paljon, että kappaleessa 4.5.2 kuvattu tuhoisa hajoaminen on lähellä.
Matti Laitisen mukaan luotettavin tapa olisi mitata säännöllisesti kondensaattorien häviöresistanssia (R^rs) ja verrata arvoja valmistajan ilmoittamiin. Tämä ei tunnu kannattavalta AC S 600:n tapauksessa. Kondensaattorien irroittaminen on työlästä ja tarvittavat mittalaitteet ovat kalliita.
Vaihtoehtoinen tapa on vaihtaa kondensaattorit odotettavissa olevan eliniän perusteella. ACS 600:n kondensaattorien suunnittelun lähtökohtana on ollut 100 000 h:n käyttöaika. Luku vaihtelee kuitenkin voimakkaasti rakennekohtaisesti.
Nimellisessä maksimikuormituspisteessä laskennalliseksi eliniäksi kondensaattoreille on saatu n. 80 000...400 000 h rakenteesta riippuen. Myös kuormitusolosuhteet vaikuttavat voimakkaasti elinikään, joka on eksponentiaalisesti riippuvainen lämpögradientista. Esimerkiksi kondensaattorin laskennallinen elinikä saattaa pysyä suhteellisen vakiona nimellislämpötilaan saakka, mutta tätä lämpimämmässä kahden asteen lämpötilan nousu voi puolittaa eliniän. Mikäli kondensaattorien vaihtoväli halutaan optimoida, tarvitaan olosuhteet huomioonottava menetelmä eliniän laskemiseksi. Työkalun tähän tarkoitukseen voisi kehittää ACS 600:n suunnittelijoiden käyttämästä Excel-pohjaisesta laskentaohjelmasta. Tällöin käytöstä syötettäisiin tietokoneeseen esim. muuttajan lähtöteho ja -taajuus, syöttöjännite sekä ympäristön lämpötila. Tuloksena saataisiin aika, jonka kondensaattorit kestävät esimerkiksi 95 %: todennäköisyydellä. (Laitinen Matti)
Puhaltimet
Puhaltimien laakerit ovat kuluvia osia, joten niiden kesto on verrannollinen käyttötuntien määrään sekä lämpötilaan. Koska puhaltimet ovat edullisia komponentteja, on niille määritelty vaihtovälit. ABB Industryn mukaan ACS-604 - moduleissa käytetyt АС-puhaltimet tulisi vaihtaa 40 000:n käyttötunnin välein. Aika on sama, jonka puhaltimen valmistaja ilmoittaa laakerien kestoajaksi.
Seinälle asennettavissa ACS-601 -muuttajissa on DC-puhaltimet, jotka ABB Industry kehottaa vaihtamaan 50 000 tunnin käytön jälkeen. Ohje on varovainen sillä valmistaja lupaa käytetyille puhaltimille 70 000 ja 77 500 tunnin käyttöiät 40 °C:n ympäristönlämpötilassa.
50 000:n tunnin vaihtoväliä suositellaan myös IP 54 -rakenteiden korttitilassa oleville lisäpuhaltimille. Valmistajan mukaan puhaltimen laskennallinen käyttöikä on 55 000 h 40 °C:n ympäristönlämpötilassa. ACS 600:n tyypitestipöytäkirjojen mukaan korttitilan lämpötila on kuitenkin 60...65 °C. Tässä lämpötilassa käytetylle puhaltimen laskennallinen elinikä on vain 25 000 h. Mikäli korttitilan puhallin hajoaa, lämpötila jakaantuu epätasaisesti ja joidenkin korttien lämpötila nousee selvästi. Tämä lyhentää kyseisten korttien elinikää merkittävästi. Sisäpuhaltimen hajoaminen ei anna käyttäjälle mitään merkkiä. Tällä perusteella IP 54 rakenteiden sisäpuhaltimet tulisi tarkastaa säännöllisesti tai vaihtaa n. 25 000 käyttötunnin välein.
5. Toiminta kentällä 50
Likaisissa olosuhteissa pääpuhaltimet on syytä puhdistaa säännöllisesti, jotta ne pysyvät tasapainossa. DC-puhaltimia ei kuitenkaan saa puhdistaa paineilmalla., koska laakerit vioittuvat puhaltimen ylisuuresta nopeudesta. (Laurila Risto)
Jäähdytyselementti
Muuttaja on usein asennettu niin, ettei jäähdytyselementin likaisuutta voi tarkistaa visuaalisesti. Jäähdytyskyvyn heikkeneminen pitäisi voida todeta myös laitteen antamista mittaustiedoista. Mittariksi käy hyvin PP-modulin lämpötila, joka näkyy ohjauspanelilla. Laurilan mukaan 10 °C lämpötilan nousu kertoo varmasti jäähdytysongelmasta mikäli on käytettävissä vertailuaineistoa samasta muuttajasta samassa kuormitustilanteessa. Ilman vertailutietoja täytyy lämpötilaa verrata tyyppitesteissä saatuihin arvoihin. Tämä on huomattavasti epätarkempaa.
Lämpörasvan määrästä, pintojen tasaisuudesta ja muista kappalekohtaisista eroista johtuen lämpöresistanssi PP-modulista jäähdytyselementtiin vaihtelee. Lisäksi yleensä ei ole mahdollista kuormittaa käyttöä nimellispisteessä, jossa tyyppitestit on tehty. Tällöin vertailulämpötila täytyisi approksimoida. Näiden epätarkkuuksien takia tarvitaan n. 20 °C:n ero vertailulämpötilaan, jotta voidaan olettaa jäähdytyksessä olevan vikaa.
Pöly- ja roiskesuojatuissa kaapeissa ACS 607 ilmansuodattimet likaantuvat huomattavasti ennen jäähdytyselementtiä. Nämä suodattimet täytyy puhdistaa tai vaihtaa mahdollisimman usein. Puhdistamistarpeen havaitsee PP-modulin lämpötilasta.
PP-modulin lämpötilan nousu voi myös johtua lämmönjohtorasvan haihtumisesta.
Modulin herkkyyden takia uudelleenrasvausta ei todennäköisesti kannata tehdä kenttäolosuhteissa. Rasvan haihtumisesta voidaan kuitenkin kerätä tietoa laitteen suunnittelijoille viallisten modulien vaihdon yhteydessä. (Laurila Risto)
5.4.4 Ennakkohuolto-ohjelma
Edellä määriteltyjen mittausten komponenttien vaihdon ja muiden toimenpiteiden perusteella on määritelty ennakkohuolto-ohjelma, joka löytyy liitteestä 5.