Zukunftsweisende Prüfmethoden in der Instandhaltung

Defekter Anschluß an einem NH-Sicherungstrenner

Zahlreiche Störungen in den elektrischen Anlagen, die häufig die Ursache für diese Störungen sind lassen sich frühzeitig erkennen und durch gezielte Reparaturmaßnahmen beheben, bevor sie zu einem Problem werden.

Die Firma BL Automation bietet einen kompetenten Service um Fehler rechtzeitig erkennen, bevor sie zu einem Problem werden. Die zustandsorientierte Instandhaltung beginnt mit einer umfangreichen Anlagendiagnose und der abschließenden Beurteilung des vorliegenden Gefahrenpotentials. Im Rahmen der vorbeugenden Instandhaltung wird die Thermografie als Messverfahren immer häufiger eingesetzt, da sie es ermöglicht, berührungslos unter Betriebsbedingungen entsprechende Prüfungen durchzuführen. Jedoch ist für die Durchführung der Thermografie eine Reihe von Punkten zu beachten, damit sie zuverlässige Daten liefert. Erst, wenn das eingesetzte Infrarot-Kamerasystem und die Analysesoftware aufeinander abgestimmt sind sowie die Untersuchungen durch einen geschulten und zertifizierten Thermografen durchgeführt werden, besitzen die Ergebnisse die Aussagekraft, die das verantwortliche Wartungspersonal in die Lage versetzt geeigneten Reparaturmaßnahmen zielgerichtet zu planen und durchzuführen.

In der heutigen Zeit, mit ihren hohen Kosten- und Konkurrenzdruck, kurzer Lieferzeiten und schnellen Reaktionszeiten ist ein zuverlässiger und reibungsloser Produktionsablauf für jedes Unternehmen wichtiger denn je. Anlagenausfälle können Lieferengpässe verursachen, die Produktverfügbarkeit reduzieren bzw. die Qualität beeinträchtigen, Faktoren die sich negativ auf die Kundenbeziehungen auswirken. Vertragstrafen, Auftragsstornierungen, unzuverlässige Lieferzeiten, mindere Qualität der Produkte können somit wirtschaftliche Lage eines Unternehmens negativ beeinflussen. Auf Grund dieser Situation ist die Anlagensicherheit und Anlagenverfügbarkeit das Gebot der Stunde. Nur wer schnell und zuverlässig Produkte mit einer hohen Qualität fertigen und liefern kann behauptet sich im harten Wettbewerb. Die lauernden Risiken und Gefahren für Betriebsstörungen sind für jedes Unternehmen zwar sehr unterschiedlich gelagert, jedoch ist das Interesse einer Reduzierung dieser Risiken und Gefahren ist für alle gleichermaßen wichtig und von zentraler Bedeutung eines jeden Unternehmens. Wenn man sich vor Augen führt, das eine einfache Anschlussverbindung einer MS Anlage (Bild 1), die mit Montage weniger als 100 € kostet einen ganzen Produktionsbetrieb für Stunden, ja sogar Tage lahm legen kann, sollte man sich über vorbeugende Maßnahmen Gedanken machen.

Ausgebildete Thermografen und spezielle Infrarot – Prüfmethoden in der Thermografie der elektrischen Anlagen unterstützt hier effizient und ökonomisch die Instandhaltung des Unternehmens und liefert rechtzeitig aussagefähige, wertvolle Informationen über den aktuellen Anlagenzustand. Das rechtzeitige erkennen drohender Anlagenausfälle vermindert daher dieses Risiko zum großen Teil und geben dem einzelnen Unternehmen die Möglichkeit, rechtzeitig die erforderlichen Reparaturmaßnahmen zu planen und durchzuführen. Durch eine jährliche, regelmäßige Kontrolle der elektrischen Einrichtungen, Maschinen und Werkzeugen kann ein Unternehmen somit viel Geld einsparen. Geld, das dann z.B. für wichtige Investitionen zur Verfügung steht.

Thermografie – Aber Richtig!
Welche Voraussetzungen sind erforderlich damit aus „bunten Bildern“ qualifizierte Thermogramme und zielgerichtete Analysen werden?

Um eine Aussagefähige IR-Untersuchung durchzuführen müssen eine Reihe von wichtigen Faktoren beachtet und eingehalten werden. Das geht von der technischen Ausrüstung über geeignete Analyse- und Auswertesoftware bis hin zum qualifizierten Abschlußbericht eines entsprechend ausgebildeten und zertifizierten Thermografen. Es sind zahlreiche Punkte zu beachten, die auf die Qualität der IR-Untersuchungen einen entscheidenden Einfluss haben. An dieser Stelle sollten die Unternehmen, die entsprechende Dienstleistungen beauftragen möchten, einen hohen Qualitätsmaßstab anlegen und die unterschiedlichsten Dienstleistungsangebote insbesondere im Hinblick auf die Qualität der Untersuchungen bzw. Qualifikation des Thermografen vergleichen. Die VdS Richtlinien zur Thermografie elektrischer Anlagen können hier zur Beurteilung dienen.

Eingesetztes Infrarotsystem
Qualifikation und Zertifizierung des Thermografen
Informationsinhalte und Aussagekraft des Abschlußberichts

Qualitäts- und Leistungsmerkmale eines geeigneten Systems
Mittlerweile bietet der Markt zahlreiche Kamerasysteme an. Jedoch ist nicht jedes System für eine qualifizierte IR-Untersuchung im Bereich der Elektro- und Maschinentechnik geeignet. Um sicher zu gehen das die IR-Untersuchung mit entsprechend geeigneten Systemen durchgeführt werden, sollten diese mindestens den Anforderungen der VdS Richtlinie 2859 entsprechen. Die wesentlichen Kriterien sind:
- Robuste, handgehaltene Kamera, ohne Stativ
- Kamera, geeignet für den Einsatz in elektrischen und magnetischen Feldern
- Trennbarkeit von Kamera und Diagnosebildschirm,
um schlecht zugängliche bzw. einsehbare Anlagenteile untersuchen zu können
- Wechselobjektive, abgestimmt auf den Anwendungsfall
- Geometrische Auflösung 20 Hz
- Jährliche Überprüfung und Kalibrierung des Systems (ein entsprechendes Protokoll von durchführenden Institut muss vorliegen)

*Die Geometrische Auflösung ist in dieser Richtlinie sehr weit gefasst und sollte nach Meinung des Autors deutlich unter dem geforderten Wert liegen. Denn die Geometrische Auflösung trifft letztlich darüber eine Aussage, wie groß der einzelne Messpunkt ist, an dem die Temperatur gemessen wird. Grundsätzlich gilt, je kleiner der Wert der geometrischen Auflösung, desto genauer ist die Messung. Kleine Geometrische Auflösungen haben also einen kleinen einzelnen Messpunkt zur Folge. Dieses bedeutet, dass selbst auf kleinen Bauteilen mehrere Messpunkte gesetzt werden, die letztlich ein deutlich genaueres Temperaturprofil ergeben. Die Gefahr bei zu großen einzelnen Messpunkten ist, dass der Messpunkt größer als das zu messende Bauteil ist und somit einen sehr gefährlichen Messfehler produziert. Ist zum Beispiel der einzelne Messpunkt größer als eine Klemme in einem Schaltschrank, dann beinhaltet die Temperaturinformation nicht nur die tatsächliche Temperatur der Klemme, sondern auch deren Umgebung. Wenn nun diese Klemme im Anschlussraum eine gefährlich hohe Temperatur aufweist, die benachbarten Bauteile jedoch nur relativ normal erwärmt sind, dann beeinflussen die benachbarten Bauteile das Messergebnis in der Form, dass ein deutlich zu geringerer Messwert der Temperatur angezeigt wird. Die Konsequenz ist, dass eine gefährliche thermische Anomalie nicht erkannt wird. Der Fehler wird auf Grund dieser falschen Diagnose nicht behoben und die Gefahr besteht somit weiter.

Das vorstehende Beispiel verdeutlicht die Wichtigkeit einer kleinen geometrischen Auflösung in der Thermografie elektrischer Anlagen. Keine Softwaretechnische Nachbearbeitung kann die Fehler, die auf Grund zu großer Messfleckgrößen schon bei der Durchführung der Aufnahme entstanden sind, kompensieren. Jede spätere Analyse der einzelnen IR-Aufnahmen kann also immer nur so gut sein, wie die Qualität, mit der die IR-Aufnahme erstellt worden ist.

Qualifikation und Zertifizierung des Thermografen
Der Thermograf, der die entsprechenden Untersuchungen in den Anlagen durchführt, sollte für die entsprechenden Aufgaben geeignet sein und die erforderliche Kernkompetenz mitbringen. Es ist mit Sicherheit nicht ausreichend, sich eine IR-Kamera anzuschaffen und nach einer Herstellereinweisung und Geräteschulung thermografische Untersuchungen durchzuführen. Ohne die erforderliche Erfahrung in der Thermografie sind viele Fehler bei der IR Aufnahme und ihrer Analyse vorprogrammiert.

Für den Bereich der Elektrothermografie gibt es eine Reihe verschiedener Schulungen und Zertifizierungen (nach EN 473-IT, CFPA, DIN 54162-ET, VdS 2859). Die Ausbildung und Zertifierung nach VdS 2859 basiert auf eine enge Vernetzung von thermografischen und elektrotechnischen Fachwissen mit den Schwerpunkten in der Theorie und der Praxis. Ihre Anforderungen gehen weit über die Anforderungen der EN 473-IT und insbesondere auch der CFPA hinaus. Nach VdS 2859 zertifizierte Elektrothermografen garantieren ein Höchstmass an Kompetenz und sind im besonderem dazu befähigt, elektrische Anlagen zu prüfen.

Informationsinhalte und Aussagekraft des Abschlußberichts
Prüf- und Abschlussberichte sollten ein Höchstmass an Informationen und Beurteilungen enthalten, die die einzelnen IR-Aufnahmen und die hier festgehaltenen thermischen Anomalien deutlich machen und dem Wartungspersonal entsprechende Informationen zur Fehlerbehebung geben. Neben den thermisch wichtigen Informationen sollten sie aber auch alle relevanten elektrischen Informationen beinhalten und den aktuellen Anlagenzustand dokumentieren. Erstmals gibt es hier mit der Richtlinie VdS 2860 einen umfassenden Prüfbericht, der diesen Anforderungen in allen Punkten entspricht.

Ausschließlich nach VdS 2859 zertifizierte Thermografen sind Sachverständige Thermografen, die das alleinige Recht besitzen, Berichte nach VdS 2860 auszustellen.

Vergabe von Dienstleistungen im Bereich der Elektrothermografie
Wer in seinem Unternehmen die Thermografie elektrischer Anlagen plant, sollte diese Untersuchungen auf der Grundlage der Richtlinien VdS 2859 und VdS 2860 durch einen zertifizierten Elektrothermografen durchführen lassen. Diese Vorgehensweise garantiert nicht nur ein höchstes Maß an Qualität der thermischen Untersuchungen, sondern darüber hinaus auch die Akzeptanz der durchgeführten Maßnahmen bei seinem Sachversicherer. Mit etwas Verhandlungsgeschick lassen sich bei regelmäßiger Durchführung der Thermografie die Versicherungsprämien senken.

Unkontrollierte Anlagenausfälle und ihre Folgen
Die Folgen unkontrollierter Anlagenausfälle sind in der Regel deutlich größere Schäden in den Anlagen, hervorgerufen durch Folgeschäden, Produktionsausfall usw. Sie verursachen damit deutlich höhere Kosten für die Reparatur und Instandsetzung als die gezielte Reparaturmaßnahme tatsächlich gekostet.

Fehlerquellen in elektrischen Anlagen
Ob in der Neuanlage, die kurz vor der Abnahme steht oder Altanlagen im täglichen Produktionsbetrieb, sie alle haben eines gemeinsam! Sie sind nicht fehlerfrei und bergen thermische Gefahren, die erst mittels IR-Untersuchungen sichtbar werden.

Wenn man bedenkt, das eine der häufigsten Fehlerquellen (über 60%) lose Klemmen- und Anschlussverbindungen in Schaltanlagen und an Geräten sind, wird deutlich das dieses auch insbesondere bei Neuanlagen ein großes Gefahrenpotential darstellt. Denn diese Fehlerquellen gehen mit der Qualität der Montagearbeiten einher, die im Rahmen der Errichtung einer Neuanlage erbracht werden. Kommen dann noch Faktoren wir Zeit- bzw. Termindruck ins Spiel sind Montagemängel in diesem Bereich vorprogrammiert.

In laufenden Produktionsanlagen kommen hierzu dann auch noch eine Vielzahl von Fehlern, die sich auf Grund von Kontaktverschleiß einstellen z.B. Leistungskontakte an häufig schaltenden Schützen, Leistungsschaltern, Schutzschaltern, etc.

In alten, gewachsenen Anlagen, wo die elektrische Infrastruktur nur sehr langsam an die geänderten Rahmenbedingungen neuer Produktions- und Fertigungsprozesse angepasst wurde kommen zusätzliche Fehler in überlasteten Stromkreisen hinzu.

Kosteneinsparung durch den Einsatz der Thermografie?!

Die Thermografie der elektrischen Anlagen ist auf der einen Seite nicht zum Nulltarif zu haben. Aber neben den Kosten für die Durchführung der Thermografie stehen auch Entlastungen durch Kosteneinsparungen, die individuell für jedes Unternehmen von einander abweichen.

Mögliche Einsparpotentiale sind:
Reduzierung von Anlagenausfällen
Reduzierung von Reparaturkosten
Reduzierung der Folgekosten
Verringerung von Produktionsausschuss
Reduzierung von Versicherungsprämien

Wer für seinen Betrieb einmal die Anlagen- bzw. Produktionsausfälle sachlich analysiert und die hierdurch entstehenden Kosten ermittelt wird bei objektiver Betrachtung feststellen, dass der qualifizierte Einsatz der Thermografie entsprechende Einsparpotentiale generieren kann, die deutlich höher sind als die durch die Thermografie entstehenden Kosten. Die wirtschaftliche Basis des Unternehmens kann also durch ihren Einsatz verbessert werden.Um die Möglichkeiten der Thermografie zur vorbeugenden Instandhaltung für die spezielle Situation seines Unternehmens zu ermitteln sollte das Unternehmen in Zusammenarbeit mit einem Sachverständigen Elektrothermografen das vorhandene Risikopotential ermitteln und darauf basierend eine Strategie zur Vorbeugung drohender Anlagenausfälle entwickeln.

Inbetriebnahme und Abnahme von Neuanlagen

Der Bau, die Montage und Inbetriebnahme von Neuanlagen steht in der Regel unter einem enormen Zeitdruck weil der spätere Anlagenbetreiber möglichst schnell die Fertigung- bzw. Produktion aufnehmen möchte. Um während der Einfahrphase der neuen Anlage eventuelle Mängel rechtzeitig zu erkennen sollten noch vor der Abnahme und Aufnahme der Produktion die Anlagen auf thermische Anomalien untersucht werden. Fehler die in dieser Phase erkannt werden lassen sich in der Regel schneller beheben als bei im vollem Umfang laufenden Produktion- bzw. Fertigungsprozessen.