Motor Circuit Analyse (MCA)

Doel van het MCA onderzoek

Het doel van een MCA onderzoek is om met behulp van Motor Circuit Analysis inspectieapparatuur op een niet-destructieve wijze al in een zéér vroeg stadium het ontstaan van onvolkomenheden en/of “potentiële” fouten in elektrisch equipment (motoren, generatoren, spoelen, transformatoren e.d.) te detecteren en te identificeren.

Predictief MCA onderzoek stelt u in staat om tijdig en op planmatige wijze de gepaste “correctieve” onderhoudsactiviteiten uit te voeren. Hiermee wordt voorkomen dat potentiële fouten verder escaleren tot een onverwachte functionele fouten. Onverwachte functionele fouten hebben als mogelijk gevolg een (ver)storing, ongeplande productiestilstand en/of capaciteitsverlies, en onnodig hoge onderhoudskosten.

Predictief MCA onderzoek dient in elk modern bedrijf een integraal onderdeel te zijn van het Preventief Onderhoud- en Faalpreventie programma. Het uitvoeren van een MCA onderzoek op periodieke basis draagt bij aan het verhogen van de betrouwbaarheid, de kwaliteit, de beschikbaarheid en de veiligheid van de productie installaties. Dit vertaalt zich direct in een verhoogde bedrijfswinstgevendheid en serieuze onderhoudskosten besparingen.

Wat is Motor Circuit Analysis?

Motor Circuit Analysis is niet-destructieve onderzoeksmethodiek waarbij gebruik wordt gemaakt van een lage test-wisselspanning (100–800 Hz) om elektrische machines en toebehoren (kabels, verbindingen, windingen, etc.) al in een zéér vroegtijdig stadium te onderzoeken op de ontwikkeling en aanwezigheid van potentiële fouten. Vanuit de uitgevoerde MCA metingen, de meetwaarde interpretatie en gegevensanalyse kan een gerichte predictie worden gedaan over het ontstaan, de aanwezigheid en de ernst van de potentiële fout(en).

De MCA inspectie kan uitgevoerd worden rechtstreeks vanuit het Motor Control Center (MCC), of direct aan de motoraansluitingen zelf. Het voordeel van het testen vanuit het MCC is dat hierbij het gehele motorcircuit, dus met inbegrip van de aansluitingen, motorkabels, veilig werkschakelaars in het hoofdcircuit e.d. tussen het testpunt en de motor, kunnen worden gemeten en geëvalueerd.

Welke fouten kunnen met MCA onderzoek gevonden worden?

Met behulp van MCA kunnen de volgende mogelijke “failure Modes” vroegtijdig worden gedetecteerd en geïdentificeerd:

Stator Winding “Failure Modes”:

De primaire oorzaak van elektrische motorwinding fouten wordt veroorzaakt door elektrische kortsluitingen, zoals:

Kortsluiting tussen windingdraden onderling van een spoel (turn-to-turn short),
Kortsluiting tussen spoelen onderling in één fase (coil-to-coil short),
Kortsluiting tussen de spoelen van verschillende fasen (phase-to-phase short),
Open fasen
Verbrande en/of gecontamineerde wikkelingen
Kortsluiting van winding(en) naar aarde

Rotor “Failure Modes”:

Onderbroken rotorkooi staven en/of gietfouten
Rotor excentriciteit
Rotor luchtspleet afwijking

Aansluiting “Failure Modes”:

Kabel fouten (aardfouten, “losse” connecties en/of open verbindingen)
Overgangsweerstand Veilig Werk Schakelaar contacten
Component fouten (van MCC tot motor: bekabeling – relais –SWS- etc.)

De genoemde Failure Modes kunnen veroorzaakt worden door een enkelvoudig probleem of door een combinatie van meerdere problemen, zoals:

Thermische problemen (veroudering, overbelasting en/of wisselende belasting) -
Mechanische problemen (beweging, rotor en/of onderdelen)
Elektrische problemen (diëlectrische stress, corona en/of transiënten)
Omgevingsinvloeden (vochtigheid, vervuiling en/of vreemde objecten)

Welke elektrische grootheden worden met MCA gemeten en geanalyseerd?

Met behulp van de MCA apparatuur worden de volgende elektrische grootheden gemeten en geanalyseerd:

Weerstand R (Ohm):

Gelijkstroom weerstand R t.b.v. het identificeren van variaties in de grootte van de wikkeldraad, losse verbindingen, gebroken geleiders en open / hoge circuit weerstanden.
(IEEE Std. 118-1978, IEEE Std. 389-1996)

Impedance Z (Ohm):

De wisselstroomweerstand (Z) t.b.v. identificatie van conditie en vervuilingsgraad van de wikkelingen. (in combinatie met de Inductance L).
(IEEE Std. 388-1992, IEEE Std. 389-1996, IEEE Std. 43-2000, en, IEEE Std. 120-1989)

Inductance L (Henries):

Magnetische veldsterkte van de spoel/wikkeling, t.b.v. het identificeren van conditie en vervuilingsgraad van de wikkelingen (in combinatie met de Impedantie Z).
(IEEE Std. 388-1992 Inductance and Impedance Unbalance, IEEE Std. 1201989)

Phase Angle Fi (graden):

Fasehoek tussen Spanning & stroom t.b.v. identificatie van mogelijke kortsluitverbindingen in de spoelen en motorwikkelingen. (in combinatie met de stroom / frequentie response I/F).
(IEEE Std. 120-1989)

Current/Frequency Response I/F:

De procentuele afname van de stroom I in de spoel indien de frequentie wordt verdubbeld,( I = U / Z), t.b.v. het identificeren van mogelijke kortsluitverbindingen in de spoelen en motorwikkelingen.(in combinatie met Phase Angle Fi).
(IEEE Std. 3891996)

Insulation Resistance (MegOhm):

Weerstand t.o.v. aarde bij een ingestelde testspanning van 500V of 1000V t.b.v. identificatie aanwezigheid mogelijke isolatiefouten naar aarde.
(IEEE Std. 43-2000)

Rotor / Stator verhouding:

Evenredige luchtspleetafstand tussen stator en rotor over 360 graden. (Statische & dynamische excentriciteit)

Note: Verwijzingen naar de IEEE normen zijn overgenomen uit leveranciersdocumentatie.

Waarom Motor Circuit Analysis toepassen?

Waarom motoren op proactieve basis inspecteren?

Omdat motoren defect raken!

Uit een studie uitgevoerd door Electric Power Research Institute (EPRI, USA) blijkt dat 47% van alle optredende problemen en/of verstoringen bij elektrische motoren worden veroorzaakt door “elektrisch” gerelateerde oorzaken, de verdeling is als volgt:

de motorrotor (10%)
de motorwikkelingen (37%),
mechanische gebreken (53%)
- defecte lagers (41%)
- onjuiste balancering en uitlijning (12%)

Defecte windingen treden op als gevolg van veroudering van de isolatie, verontreiniging, spanningspieken, thermische overbelasting, beschadigde wikkeldraad/materialen, trillingen etc.

De defecten beginnen als energieovergang bij een isolatiefout (door bv vocht of verontreiniging), welke ten minste één winding kortsluit. Hierdoor wordt extra stress en warmte gegenereerd wat zich verder ontwikkeld totdat er een werkelijke doorslag plaats vindt met als gevolg een defecte winding.

Er worden 4 basistypen windingfouten onderkend:

Sluiting tussen de windingdraden in één spoel (turn-to-turn short)
Sluiting tussen spoelen onderling in één fase (coil-to-coil short)
Sluiting tussen spoelen van verschillende fasen. (phase-to-phase short)
Sluiting tussen een spoel of fase en aarde (coil / phase-to-earth short)

Note:

Slechts ongeveer 5% van de voorkomende elektrische fouten beginnen als aardfout!
De overige 3 windingfoutvormen kunnen zich al dan niet ontwikkelen tot een fout naar aarde.

(acc. IAS Motor Reliability Working Group, “Report of Large Motor Reliability Survey of Industrial and Commercial Installations – Part I,” IEEE Trans. on Ind. Appl., vol. 21, Jul./Aug. 1985, pp. 853-864)

Het korte termijn resultaat van deze fouten is: verminderde efficiëntie en dus ook hogere operationele kosten. Symptomen omvatten hogere bedrijfstemperaturen, soms ongewenst afschakelen, vermogen- en koppelafname, en een verminderde motorlevensduur. Het lange termijn resultaat betekent altijd motorschade!

Enkele feiten t.a.v. windingfouten:

Windingfouten starten meestal in de uitlopers van de windingen omdat daar de krachten het grootst zijn, en de isolatie het minst beschermt.
Ze beginnen klein , maar nemen toe in de tijd,
Soms ontwikkelt de fout zich tot aardfout,
Ze eindigen altijd in een falende motorfunctie!
Ze zijn niet te detecteren met een Megger meting totdat de motor volledig defect is!

Andere testmethodieken zijn Megohm Meter isolatietesten, surge tests en Weerstand en Inductie (RCL) testmethoden.

Megohm Meter isolatietesten

Detecteren alleen defecten naar aarde. Aangezien slechts 5 % van elektrische windingfouten beginnen als aardfout, zal het overgrote deel van de potentiële fouten onopgemerkt blijven.

Surge tests

Vereist de toepassing van hoge spanningen wat bij nieuwe spoelen mogelijk is, maar kan bij oudere motorspoelen, waarvan de conditie van het isolatiesysteem onbekend is, destructieve gevolgen hebben! Dit aspect, gecombineerd met de grootte van de testapparatuur, maakt deze methode ongeschikt voor predictief onderhoud.

Weerstand en inductie (RCL) testmethoden

Deze geven niet genoeg informatie voor betrouwbare foutdetectie en het opsporen van problemen.

MCA

Zoals eerder omschreven, een niet-destructieve proactieve onderzoeksmethode waarbij met behulp van onderzoeksmethode kan in principe op alle elektrische equipment worden toegepast welke zijn voorzien van elektrische spoelen / wikkelingen.

Succesvolle applicaties voor het toepassen van MCA zijn o.a.:

Wisselstroom & Gelijkstroom motoren in alle typen, vermogens en spanning bereiken.
Wisselstroom Opwekkers en Generatoren
Gelijkstroom generatoren
Transmissie- en Distributie transformatoren
AC /DC Tractie motoren
Hybride auto motoren en transmissies
Gereedschap motoren en robots
Synchrone machines en sleepringanker motoren
Alle typen (smoor) spoelen

Motor Circuit Analysis methodiek maakt deel uit van elk World-class Onderhoudsprogramma en wordt ingezet als voorspellend onderhoud om de betrouwbaarheid en beschikbaarheid van het equipment te garanderen, bij het oplossen van acute problemen, en om de “time-to-failure” in te schatten.

Wat is de toegevoegde waarde van Motor Circuit Analysis inspecties?

De meest kenmerkende voordelen van Motor Circuit Analysis kunnen als volgt worden benoemd:

Vroegtijdige detectie en identificatie van potentiële (ver)storingen van het equipment welke bijdraagt aan de veiligheid, de beschikbaarheid en de betrouwbaarheid van de installatie.
Afwijkingen worden in een vroeg stadium gedetecteerd zodat reparatie gepland en uitgevoerd kan worden ver voordat het probleem escaleert met als gevolg meer risico en hogere reparatie en/of vervangingskosten.
Proactieve, non-destructieve conditiebepalende methodiek toepasbaar op de gehele vermogensrange, uitvoeringsvorm en type van motoren, transformatoren, e.d. (AC, DC, Laagspanning, middenspanning,…)Flexibel in te zetten meetmethodiek voor zowel analyse vanuit het MCC alsook rechtstreeks bij het equipment in het veld. Indien uitgevoerd vanuit MCC wordt de conditie van het gehele circuit bepaald.
Motor Circuit Analysis is relatief snel en doeltreffend uit te voeren, waarbij gericht op details kan worden ingezoomd.
Het op periodieke basis uitvoeren van MCA Inspecties biedt een basis om trendmatig alle kritische equipment te volgen. Op basis van de trendanalyses zijn de onderhoudsacties tijdig te voorspellen. Hierdoor wordt efficiency gekoppeld aan de effectiviteit van de onderhoudswerkzaamheden.De MCA onderzoekskosten zijn relatief laag en kostenbesparend in vergelijking met de equipment schades, ongeplande productie-stilstanden en productieopbrengst verliezen.

Wilt u een offerte aanvragen of heeft u andere vragen? Neem gerust contact met ons op.