Evaluación y diagnóstico de fallas en una trefiladora industrial

An important company located in an Industrial Park on the outskirts of Buenos Aires detected a sudden electrical failure in the plant, which used to affect the normal operation of a brand new wire stripping machine. Naturally, such a failure used to lead to significant losses on the production process. For this reason, the issue needed to be addressed in the short term. The company decided to involve the IITREE FI-UNLP in conducting a research on the issue. In this sense, Power Quality measurements were carried out at the Point of Common Coupling. In addition, waveforms were recorded in several points belonging to the internal network of the plant under different operating conditions. In the present article the measurements and studies performed as well as the suggested solution to the problem are described. Resumen— Una importante empresa, ubicada en un Parque Industrial del Gran de Buenos Aires, detecto que se producia una falla electrica intempestiva en la planta, la que ocasionaba la salida de servicio de una maquina trefiladora recientemente adquirida. Naturalmente, esta falla generaba importantes perdidas en el proceso de produccion, por lo que se requeria una solucion en el corto plazo. A fin de llevar a cabo un estudio que permita detectar y resolver el inconveniente, la empresa solicito la intervencion del IITREE FI-UNLP. En este sentido, se realizaron mediciones de Calidad de Servicio en el punto de suministro, asi como tambien registros de oscilogramas en diversos puntos internos de la planta, bajo distintos regimenes operativos. En el presente trabajo se describen las mediciones y estudios realizados y la solucion propuesta para el problema suscitado en la planta. I. INTRODUCCION La industria involucrada es fabricante de mallas electrosoldadas, y se encuentra alimentada a un nivel de tension 13,2 kV por la empresa Distribuidora. La industria cuenta con una maquina trefiladora, dos maquinas soldadoras y dos maquinas cortadoras como equipamiento principal. En la Fig. 1 se presenta un diagrama unifilar simplificado de la instalacion. La maquina trefiladora, desde su puesta en marcha, nunca habia podido utilizarse a su velocidad nominal, debido a causas desconocidas hasta ese momento. El fabricante realizo numerosas intervenciones en los variadores de velocidad y en los distintos componentes que conforman la provision del equipamiento. Fig. 1. Diagrama unifilar de la instalacion industrial. En la Fig. 2 se muestran los principales componentes de la maquina trefiladora. Fig. 2. Componentes principales de la trefiladora. La maquina tiene capacidad de trefilar alambre de hierro a 15 m/s y el problema radicaba en que al superar velocidades entre los 7 m/s y los 9 m/s los variadores entraban en falla de manera aleatoria y la maquina salia de servicio. Se habian hecho pruebas en diferentes horarios y con la planta funcionando con todas las maquinas o con solo la trefiladora, y las condiciones de falla se repitieron. Ademas se cambio el rectificador controlado por otro identico, pero tampoco produjo ninguna mejora. Segun indicaciones del tablero HMI (Human Machine Interface), las fallas en los variadores de velocidad se atribuian a un alto rizado en la tension continua que reciben los mismos (ripple > 8 %). 2014 IEEE Biennial Congress of Argentina (ARGENCON) 978−1−4799−4269−5/14/$31.00 c ©2014 IEEE 234 El personal del IITREE FI UNLP realizo una visita a planta a fin de observar las instalaciones y se acordo realizar las siguientes mediciones: • Mediciones de Calidad de Servicio en el tablero principal de alimentacion de la industria, a los efectos de evaluar la contaminacion armonica existente en la red y tambien otras perturbaciones. • Registros oscilograficos en el tablero de alimentacion del rectificador de la trefiladora (tres tensiones y corrientes de alterna) y tension y corriente continua a la salida del rectificador. II. MEDICIONES DE CALIDAD DEL SERVICIO ELECTRICO EN EL TABLERO DE ALIMENTACION PRINCIPAL Con el objeto de determinar si el mal funcionamiento de las cargas sensibles existentes en la planta era debido a una inapropiada Calidad de Servicio por parte de la Distribuidora, se efectuaron mediciones de distintos parametros en el punto de suministro (ver Fig. 1). En tal sentido, se instalo un equipo trifasico normalizado [1], el cual registro tensiones y corrientes en forma ininterrumpida durante un lapso de dos dias, empleando un periodo de integracion de 10 minutos. En la Fig. 3 se muestran los perfiles de potencia activa y factor de potencia (FP) en el punto de suministro. Se observa un claro incremento de la demanda en los horarios en los que la planta estuvo operando. Adicionalmente, el FP se encontro dentro de valores esperados para este tipo de consumos. Fig. 3. Perfiles de potencia activa y factor de potencia, a la entrada de la planta. En la Fig.4 se presenta el perfil del THD (Total Harmonic Distortion) [%] en la tension, a los efectos de brindar informacion global sobre el estado de las armonicas en la planta. El THD se define como: % ∑ · 100 (1) Donde h es el orden de la armonica. Normalmente se considera N= 40. Fig. 4. Perfil de THD [%] en la tension de suministro. A simple vista se vislumbra una particular semejanza entre el perfil de THD y su correspondiente de potencia activa. Esto naturalmente, indicaria un gran aporte de las cargas presentes en la planta a la distorsion de la tension de suministro. A fin de confirmar tal hipotesis, se realizo un grafico de correlacion entre estas dos variables, el cual aparece en la Fig. 5. Los puntos representan los pares (P, THD-U) que surgen de cada uno de los periodos de 10 minutos que conforman la medicion, mientras que la linea recta es el resultado de una interpolacion lineal realizada. Fig. 5. Correlacion entre potencia activa y THD en la tension. Los puntos corresponden a lo medido, la recta a una interpolacion lineal. La conclusion obtenida a partir del grafico de correlacion es contundente. En primera instancia, se observa que cuando la planta no estuvo operando (solo se encontraron alimentados los servicios auxiliares, tales como la iluminacion) los valores de THD en la tension resultaron pequenos, alcanzando niveles por debajo del 1 %. Asimismo, cuando la planta estuvo operativa, los valores de THD crecieron en forma practicamente proporcional al aumento de la demanda. Por lo tanto, si bien se trata de una herramienta de analisis cualitativa, se concluye que la distorsion en la tension era causada mayormente por las cargas alineales, conteniendo electronica de potencia, que la planta posee. A partir de lo comprobado precedentemente, se analizaron los niveles alcanzados no solo por el THD, sino tambien por las armonicas individuales. En este sentido, se procesaron las armonicas individuales hasta la de orden 23 (referidas a la componente fundamental), representadas por medio de su Percentil 95 (P95). Este es el valor superado por 0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00 0 20 40 60 80 100 120 08/10/13 12:00 09/10/13 00:00 09/10/13 12:00 10/10/13 00:00 10/10/13 12:00 Fa ct or d e Po te nc ia Po te nc ia t ot al d e la P la nt a [k W ] Fecha y Hora Potencia Activa Factor de Potencia 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 08/10/13 12:00 09/10/13 00:00 09/10/13 12:00 10/10/13 00:00 10/10/13 12:00 TH D -U [% ]