EN 60204-1 elektriska fel som blivit fabriksstandard

“På den andra linjen måste temperaturen ställas annorlunda.” Två likadana linjer tillverkar samma produkt men kräver olika börvärden. Den erfarna operatören vet vad som ska justeras. Den nya måste först lära sig maskinens egenheter.

När någon frågar varför identiska maskiner beter sig olika blir svaret att varje maskin måste “läras känna”. Därmed upphör en störd mätning att vara ett fel som ska rättas. Den blir praktisk kunskap som förs vidare mellan skiften. Processteknikern ändrar parametrar, operatören bevakar resultatet och produktionen konstaterar att det trots allt går att köra.

I stället för att förbättra installationen höjer man kraven på människorna. Det är en av de mindre spektakulära följderna av fel i maskiners elutrustning. Ingenting behöver brinna. Inget skydd behöver lösa ut. Det räcker att felaktigt förlagda ledare varje dag kostar extra reglering, kontroll och korrigering av processen. Kostnaden hamnar på arbetstid och förväxlas därför lätt med normal produktionskostnad.

Detta har betydligt mer med EN 60204-1 elektriska fel att göra än hur prydligt ledarna ligger i apparatskåpet. Ett elektriskt fel kan förändra hur hela maskinen används. Om felet kräver tätare tillträde till ett riskområde undergräver det också antagandena i riskbedömningen. Reglering en gång i månaden och reglering varje timme är inte samma sak, även om båda kallas “reglering” i dokumentationen.

Samma karriär gör andra lokala sanningar. Rött i signaltornet ska betyda alla stopp, eftersom produktionschefen vill se var tillverkningen står still. Jordfelsbrytare används inte med frekvensomriktare, eftersom de en gång gav problem. Ingen frågar om nätets systemjordning när spänningen stämmer och skyddsledaren är ansluten.

Sådana svar avslutar snabbt en obekväm diskussion. Efter några år uppfattas frågan om teknisk grund som ett tecken på bristande erfarenhet. Erfarenhet behövs tvärtom för att skilja en beprövad lösning från ett fel som alla har lärt sig att hantera. Standardnumret i dokumentationen avgör inte saken. Vi måste undersöka installationen, följa skyddets funktion och se vad människor faktiskt gör vid maskinen – särskilt det som maskinen aldrig skulle ha krävt av dem.

Det svåraste felet att rätta är det som redan hunnit bli företagets standard.

1. Processteknikern reglerar processen som installationen förstör

Processteknikern ska stabilisera den andra linjen. Underlaget består av temperaturvärden, produktionsresultat och möjlighet att ändra parametrar. Utifrån detta väljs inställningar som ger rätt produkt. Om de behöver korrigeras, korrigeras de.

Orsaken ligger emellertid i att mätledningarna har förlagts intill motorledningarna till servodrifterna. Störningar kopplas in i termoelementets mätkrets och visas på operatörspanelen som temperatur. Samma produkt kräver därför andra inställningar, inte för att materialet fått nya fysikaliska egenskaper utan för att installationen är sämre utförd på den ena linjen.

Processtekniken får lösa ett problem som elektrikern inte lämnade på ritningen. Han lämnade det i kabelkanalen.

Regulatorn får ett felaktigt mätvärde och reagerar plikttroget

Ett termoelement ger en låg spänning som räknas om till temperatur med hänsyn till givarkarakteristiken och temperaturen vid referensstället. Om en störning förvränger värdet arbetar regulatorn med fel information. Den kan öka eller minska värmen helt enligt sin algoritm, trots att den verkliga temperaturen inte motiverar reaktionen.

Mätfelet börjar då påverka själva processen. En människa ser resultatet och försöker kompensera med nya börvärden. Därmed skapas en extra manuell reglering som inte ingick när den automatiska linjen köptes. Automatiken reglerar efter fel mätvärde. Processteknikern korrigerar automatiken. I utrustningsförteckningen syns de som två olika reglersystem: det ena som PLC, det andra som en tjänst.

Att en siffra visas på skärmen bevisar mycket lite. Ett stört värde kan fortfarande ligga inom mätområdet. Det behöver inte uppstå något avbrottslarm från termoelementet eller annat meddelande som tydligt pekar mot installationen.

Inte heller identiska elscheman utesluter skillnader mellan linjerna. Schemat visar förbindelserna. Ledarnas fysiska närhet, skärmarnas utförande och potentialutjämningen måste kontrolleras på maskinen.

“Men standarden tillåter gemensam förläggning”

Ja, under vissa villkor. Punkt 13.1.3 medger att ledare från olika kretsar förläggs bredvid varandra, i samma kanal och i vissa gemensamma kabelsystem. Villkoret är att förläggningen inte stör någon krets funktion. Därefter kommer kraven på separation eller isolering när spänningarna skiljer sig.

Argumentet “isoleringen klarar spänningen” besvarar alltså bara en del av frågan. Ledarna behöver inte kortslutas för att installationen ska vara felaktig. Det räcker att den ena kretsen förstör informationen som den andra behöver.

EMC-kraven omfattar både emission av störningar och utrustningens immunitet i den avsedda driftmiljön. Den informativa bilagan H beskriver bland annat separation mellan kraft- och signalledningar, korrekt skärmning, potentialutjämning och användning av kablar enligt tillverkarnas anvisningar.

Det räcker alltså inte att köpa en skärmad kabel och betrakta EMC-frågan som avslutad. Kabeln måste också förläggas och anslutas rätt.

Kontrollera först om temperaturen verkligen har ändrats

Innan receptet korrigeras igen bör vi ifrågasätta det som hittills behandlats som säkert: mätvärdets tillförlitlighet. Vid felsökningen jämförs indikeringen med en oberoende referensmätning. Mätpunkt, givarnas placering och deras svarstid måste beaktas.

Samtidigt registreras drifternas funktion. Vi söker ett samband mellan drifternas arbete och avvikelsen i indikeringen, inte bara mellan deras arbete och temperaturförloppet. Maskinens rörelse kan ju faktiskt påverka processen.

Därefter kontrolleras ingångens konfiguration och hela mätkretsens utförande. I ett kontrollerat prov bedöms sedan effekten av ändrad kabelväg, förbättrad skärmning eller korrigerad potentialutjämning. Receptet ska inte ändras samtidigt, eftersom det då blir omöjligt att skilja åtgärdernas effekter åt.

Om orsaken är en störning bevisar ett separat börvärde för den andra linjen inte att processen är korrekt utvecklad. Det visar bara att produktionen hittat ett sätt att arbeta trots mätfelet. Nästa förändring av driftförhållandena kan kräva ännu en manuell insats.

Störningen har fått ett eget processvärde. Nu kan felet reproduceras tillsammans med receptet.

2. En gång i månaden i riskbedömningen, en gång i timmen i produktionen

“Regleringen ingår i riskbedömningen.” Det gör den – en gång i månaden. I verkligheten utför operatören den varje timme eftersom processen annars inte håller sina parametrar. Uppgiften har samma namn, så på papperet ser allt ut att stämma.

Anta att ingreppet kräver tillträde bakom ett skydd, nära heta delar av processen. Då innebär den extra hanteringen också ökad exponering. Maskinen behöver inte ens tillåta rörelse med öppet skydd för att problemet ska bli säkerhetsrelevant. Konstruktionen skulle kräva sällsynt reglering. I verkligheten kräver den regelbunden räddning av produktionen. Riskbedömningen fortsätter ändå att räkna med den första versionen.

“Det är bara en processgivare”

Så försöker man ibland skilja mätproblemet från säkerheten. Givaren utför ingen säkerhetsfunktion. Skyddets brytare fungerar och drivningen stannar när skyddet öppnas. Felet påstås därför endast påverka kvaliteten.

Men det är just det felaktiga mätvärdet som för människor till maskinen oftare än planerat. En vanlig processgivare behöver inte styra ett skydd för att dess bristande funktion ska kullkasta förutsättningarna som skyddet valdes efter.

ISO 12100 kopplar utrustningens tillförlitlighet till behovet av att minska antalet ingrepp och exponeringen för riskkällor. Sambandet omfattar uttryckligen också funktioner som inte är säkerhetsfunktioner. Dokumentationens uppdelning i “säkerhet” och “process” befriar oss därför inte från att följa konsekvenserna.

Elektrikern lämnar en störd mätkrets. Processteknikern hittar inställningar som ger en säljbar produkt. Operatören utför de extra ingreppen. Varje avdelning hanterar sin del. Bara exponeringsfrekvensen saknar en egen avdelning och blir därför lätt utan ägare.

Om slutsatsen att risken var tillräckligt reducerad byggde på sporadiskt tillträde, kan samma motivering inte fortsätta gälla när ingreppet görs varje timme. Det handlar inte om ett nytt datum på dokumentets framsida. Underlaget för slutsatsen har förändrats.

Detta räknas inte om med en enkel multiplikator. Tätare reglering ger inte automatiskt ett bestämt högre risktal. Vi måste analysera vad personen gör, vilka riskkällor som finns, hur länge exponeringen varar och vilket skydd som fungerar under uppgiften.

Att lämna kvar den gamla frekvensen innebär däremot att vi medvetet bedömer andra arbetsförhållanden än dem som råder vid maskinen.

Skyddet valdes för service men används nu i produktionen

Anta att ett fast skydd valdes eftersom tillträdesbehovet skulle vara sällsynt. Vid en månatlig uppgift passade demontering, arbete och återmontering in i den planerade organisationen. Nu måste samma procedur upprepas under hela skiftet.

Förr eller senare lämnar någon skyddet löst eller omonterat. Företaget identifierar då ett nytt problem: personalens beteende. Kabelkanalen förblir orörd, men operatören får ännu en utbildning.

Det ursäktar inte arbete utan skydd. Det visar däremot var orsaksanalysen bröts av. ISO 12100 uppmärksammar sambandet mellan ett växande tillträdesbehov och risken att fasta skydd inte återmonteras. Under sådana förhållanden måste ett annat lämpligt skydd övervägas. Regelbunden demontering kan inte reduceras till en disciplinfråga.

Det vore lika orimligt att behålla den felaktiga mätningen och bara göra maskinen lättare att öppna. Först ska orsaken till onödiga ingrepp tas bort. Därefter väljs skyddsåtgärderna för de uppgifter som faktiskt återstår.

Så länge felet finns måste riskbedömningen och skyddet motsvara dagens arbete, inte löftet om en framtida reparation. Efter att installationen korrigerats kontrolleras därför både mätvärdets stabilitet och om behovet av ständiga ingrepp verkligen har upphört.

En riskbedömning för sporadisk reglering är inget alibi för en maskin som kräver reglering under hela skiftet.

3. Rött, eftersom chefen ogillar stopp

“När maskinen står ska det lysa rött. Jag vill direkt se var produktionen har stannat.” Automationsingenjören har fått ett tydligt krav. Signalen kopplas till att automatdriften inte är aktiv. Partiet är färdigt – rött. Material saknas – rött. Ett farligt tillstånd har uppstått – också rött.

Signaltornet visar chefens missnöje med imponerande precision. Informationen till operatören fungerar sämre.

En färg, motstridiga instruktioner

När material saknas ska en person gå fram och utföra den planerade uppgiften. Vid ett farligt tillstånd kan omedelbar skyddsåtgärd krävas – eller att personen håller sig borta. Om båda fallen signaleras identiskt hjälper färgen inte längre användaren att välja rätt reaktion.

Det är problemet. Inte att någon har förolämpat en färgtabell.

Standarden rekommenderar kodning av indikatorer efter maskinens tillstånd. I tabell 4 förknippas rött med ett nödtillstånd och fara, gult med ett onormalt tillstånd och blått med att operatören måste agera. Grönt anger normalt tillstånd och vitt används för neutral information.

“Producerar inte” är ingen riskkategori. På samma sätt är “producerar” inget bevis på säkerhet. Ett avslutat parti, en begäran om materialpåfyllning och en varning för fara måste kunna skiljas åt. De kan inte reduceras till ett gemensamt villkor: automatdriften är avstängd.

“Operatörerna vet vad rött betyder.” I detta exempel vet de framför allt att färgen inte avgör någonting. De måste undersöka om de ska fylla på material, hämta produkten eller hålla sig borta. En tydligt framträdande signal har konstruerats och därefter berövats sin särskilda betydelse.

Produktionsledningen har rätt att vilja se driftstopp. Den informationen kan separeras och beskrivas utan att ta över hela varningssystemet. Rekommenderad färgkodning lämnar utrymme för både produktionsstatus och operatörsåtgärder. Det kräver bara mer eftertanke än att koppla en lampa till en enda bit i PLC-programmet.

Röd STOPP bredvid röd E-STOP

På manöverpanelen uppstår ett besläktat problem i motsatt riktning. Nu ska människan inte tolka en signal utan välja rätt manöverdon. Bredvid varandra sitter en vanlig röd STOPP-knapp och ett rött E-STOP.

Konstruktören känner deras funktion. Under provningen trycker han på rätt knapp och bekräftar att maskinen reagerar. Den som själv placerade knapparna har alltså visat att han själv kan skilja dem åt under planerade provförhållanden. Det är svårt att ordna ett mer gynnsamt test.

Rött är tillåtet för ett vanligt stopp, men rekommendationen är att färgen inte används nära ett nödstoppsdon. För normalt stopp föredras svart; även grått och vitt kan användas enligt rekommendationen. En röd manöverdel på gul bakgrund är däremot reserverad för nödfunktioner.

Det betyder inte att varje röd STOPP-knapp automatiskt är felaktig. Frågan är om den konkreta panelen hjälper användaren att identifiera rätt manöverdon eller om en förväxlingsrisk försvaras med personalens vana. Färg, form, bakgrund, märkning och placering måste bedömas tillsammans. Skillnaden på elschemat räcker inte.

Om ett vanligt stopp låter maskinen slutföra ett processteg kommer den reaktionen att starta när knappen trycks in i stället för E-STOP. PLC:n kan inte förstå att människan egentligen avsåg knappen bredvid.

Kontrollera betydelsen, inte bara att lampan lyser

Vid verifieringen bör konkreta tillstånd provas: avslutat parti, väntan på operatör, processfel och farligt tillstånd. För varje tillstånd fastställs vad användaren ser, hur prioriteten uppfattas och vilken handling som förväntas.

Om flera tillstånd uppträder samtidigt måste vi kontrollera att produktionsinformationen inte döljer varningen. För manöverdon bedöms igenkännbarhet och åtkomlighet från arbetsplatsen, följt av maskinens verkliga reaktion.

Instruktionen ska förklara ett konsekvent gränssnitt, inte medla mellan motsägelser som lämnats kvar i konstruktionen. Ett prov av PLC-utgångarna visar att rätt lampa tänds. Det visar inte att lampan förmedlar rätt information.

Produktionsledningen kan bestämma skiftets prioriteringar. Betydelsen av en farosignal ska inte förhandlas tillsammans med produktionsplanen.

4. TT-system: jordningen finns. Men vad kopplar från?

“Skyddsledaren är ansluten. Kontinuiteten är kontrollerad. Säkringen är dimensionerad för lasten.” Det låter komplett tills vi frågar vilket system maskinen är ansluten till och vad som händer efter ett isolationsfel.

Anta att maskinen är ansluten till ett TT-system och att skyddet vid fel enbart bygger på ett överströmsskydd. Valet har kopierats från ett tidigare projekt. Frånkopplingsvillkoren på den nya installationsplatsen kontrollerades inte eftersom spänningen stämde och det trots allt fanns en jordning.

Leverantören kopierade skyddsapparaten. Förhållandena som skulle få den att lösa ut gick inte att kopiera.

Strömmen försvinner inte ner i jordtaget

I ett TN-system har felströmmen en metallisk returväg genom skyddsledarna till strömkällans jordade punkt. I ett TT-system är de utsatta delarna jordade oberoende av strömkällans jordning. Felströmskretsen omfattar därför även vägen genom marken samt installationens och strömkällans jordtag.

Efter ett isolationsfel flyter strömmen från fasledaren till kapslingen, genom skyddsförbindningen och jordningen och tillbaka till strömkällan. Strömmens storlek bestäms av hela slingans impedans, inte bara av resistansen i ledaren mellan kapslingen och PE-plinten.

Jordningen är inget avlopp där strömmen kan hällas ut och glömmas bort. Utmärkt kontinuitet i skyddsförbindningen kan därför existera samtidigt som felströmmen är för låg för att få överströmsskyddet att lösa ut. Ingen motsägelse finns. Förbindningen har verifierats, men skyddets effektivitet har ännu inte visats.

Tio ampere övertygar inte ett skydd på 16 A

Ta ett enkelt räkneexempel: spänningen mot jord är 230 V, hela jordfelsslingans impedans är 23 Ω och överströmsskyddets märkström är 16 A. Vi antar ett fel med försumbar impedans mellan fasledaren och kapslingen och bortser från lastströmmen.

Felströmmen blir ungefär:

I = U₀ / Zₛ = 230 V / 23 Ω = 10 A.

Det är mindre än skyddets märkström. Det finns ingen grund för att förvänta sig frånkoppling på grund av överström. Samtidigt kan en farlig spänning mot jord ligga kvar på kapslingen.

Skyddsapparaten är inte trasig. Tio ampere är inget övertygande skäl för ett skydd med märkströmmen sexton ampere att ingripa. Konstruktören skulle ha identifierat problemet tidigare.

Villkoret för överströmsskydd i bilaga A.2 uttrycks som Zₛ × Iₐ ≤ U₀. Det avgörande värdet är Iₐ: strömmen som får apparaten att lösa ut inom föreskriven tid. Det är inte samma sak som märkströmmen på apparatens framsida. Att blanda ihop värdena ger bekväma beräkningar. Skyddet löser ändå ut efter sin karakteristik, inte efter vårt räknefel.

RCD är huvudlösningen. Ett undantag måste visas

För TT-system anges jordfelsbrytare (RCD), tillsammans med lämpligt överströmsskydd, som den huvudsakliga lösningen för skydd vid fel. Enbart överströmsskydd kan användas om en tillräckligt låg jordfelsslingeimpedans är permanent och tillförlitligt säkerställd.

“TT utan RCD är alltså tillåtet.” Ja, villkorat. I vårt exempel visar beräkningen varför undantaget inte kan användas. Att hitta ett undantag i en standard förbättrar inte installationens elektriska egenskaper.

Med RCD kontrolleras bland annat villkoret Rₐ × IΔn ≤ 50 V, där Rₐ omfattar jordtagets och skyddsledarens resistans och IΔn är jordfelsbrytarens märkutlösningsström. Dessutom måste föreskriven frånkopplingstid uppfyllas.

För det modellerade slutkretsfallet 16 A och 230 V AC mot jord anger tabell A.2 tiden 0,2 s. Att olikheten uppfylls bevisar inte i sig att tiden klaras. På samma sätt bevisar monteringen av en RCD inte att typ, märkdata och anslutningar är riktiga.

Jordfelsbrytaren behöver inte sitta i maskinens apparatskåp. Skyddet kan tillhandahållas av en korrekt vald apparat i den matande installationen. Det viktiga är att identifiera vilken apparat som skyddar den aktuella kretsen och under vilka villkor. Leveransgränsen får inte förväxlas med analysens gräns.

Tillverkaren måste ange anslutningskraven. Bilaga A.2 medger att data från den framtida installationen används eller att tillåtna parametrar anges för serietillverkade maskiner. Den högsta jordtagsresistans eller jordfelsslingeimpedans som konstruktionen bygger på ska framgå av installationsinformationen.

“Anslut fackmässigt” överför inte den informationen. Det lämnar nästa elektriker att gissa vad den föregående ansåg vara tillräckligt.

Kapslingen kan vara perfekt ansluten till PE och skyddet ändå verkningslöst. Människan skyddas av en korrekt utformad krets, inte av att det finns en grön-gul ledare.

5. IT-system utan övervakning – produktionen får inte stanna

“Det är IT. Vid det första jordfelet kopplar systemet inte från.” Fördelen har fastnat. Svårare är frågan hur personalen ska få veta att det första felet redan har inträffat.

Anta att fortsatt drift utnyttjas men att ingen övervakning detekterar och signalerar försämrad isolation. Maskinen producerar, skydden löser inte ut och underhållet får inga felanmälningar. Man har valt ett system där felet inte behöver visa sig som ett driftstopp och därefter hoppat över detekteringen. Ett effektivt sätt att förbättra statistiken över rapporterade fel.

Vad är egentligen isolerat?

I ett IT-system är de aktiva delarna isolerade från jord, eller också är en punkt i strömkällan ansluten till jord genom en tillräckligt hög impedans. Det betyder inte att metallkapslingar ska lämnas utan skyddsförbindning och jordning.

Vid det första isolationsfelet begränsas jordfelströmmen av systemets egenskaper, bland annat isolationsimpedansen, kapacitanserna mot jord och eventuell impedans vid strömkällan. Om skyddsvillkoren är uppfyllda behöver matningen inte kopplas från omedelbart. Felet kan lokaliseras och åtgärdas utan ett plötsligt processavbrott.

Det gör inte skadad isolation till ett godtagbart normaltillstånd. Just därför krävs övervakning.

Isolationsövervakningsutrustning (IMD) övervakar det övervakade systemets isolationsresistans mot jord och signalerar när den faller under ett bestämt värde. En mätning vid leveranskontrollen ersätter inte denna funktion under drift. Protokollet visar vad som mättes på provdagen. Det arbetar inte nattskift.

Att tysta larmet förbättrar inte isolationen

Punkt 6.3.3 hänvisar för IT-system till relevanta krav i IEC 60364-4-41. Den kräver också kvarstående akustisk och optisk signalering vid isolationsfel. Den akustiska signalen får kunna tystas manuellt efter att den hörts.

Skillnaden är viktig. Mottagandet av informationen kan kvitteras och ljudet stängas av. Därmed har orsaken inte försvunnit.

Anta att en IMD finns men att operatörerna lärt sig kvittera meddelandet eftersom maskinen “går normalt”. Larmet återkommer och betraktas snart som ett fel hos övervakningen. Isolationen har försämrats. Reklamationen riktas mot apparaten som upptäckte det.

Om skärmen efter kvittering visar normal drift trots att felet kvarstår och ingen annan optisk indikering ligger kvar, har informationen tagits bort från gränssnittet – inte från installationen. Nästa skift kanske inte vet att ett olöst isolationsfel finns.

Det andra felet behöver inte uppstå i samma maskin

Det första felet kan förbinda fas L1 med kapslingen på en apparat. Nästa fel kan förbinda L2 med kapslingen på en annan apparat som matas från samma IT-system. Via de gemensamma skyddsförbindningarna uppstår då en väg för en kortslutning mellan faser. Den föreskrivna automatiska frånkopplingen måste säkerställas.

Förklaringen “det första jordfelet kopplar inte från” beskriver inte längre situationen. Isolationsövervakning och frånkopplande skydd har olika uppgifter. IMD ersätter inte skydd som ska koppla från. Att vänta på frånkoppling vid det andra felet ersätter inte heller detektering och hantering av det första.

Ett känt men kvarlämnat isolationsfel tar bort den fördel som motiverade IT-systemet. I stället för att använda informationen för att planera reparationen väntar verksamheten tills nästa fel själv väljer tidpunkt för stoppet.

“Övervakningen sitter i ställverket.” Bra. Vart går larmet?

Att ingen IMD sitter i maskinskåpet bevisar inte att övervakning saknas. En gemensam enhet kan omfatta det aktuella matningssystemet. Men det faktiska övervakningsområdet måste fastställas; det räcker inte att hitta en apparat med rätt namn.

Vilka kretsar omfattas? Ingår maskinen i alla planerade matningskonfigurationer? Var visas larmet? Vem ansvarar för åtgärden?

Vid verifieringen kontrolleras inställningarna och hela signalvägen enligt apparattillverkarnas instruktioner. Informationen ska nå en plats där den upptäcks, ligga kvar medan felet finns och leda till en fastställd åtgärd.

En lysdiod i ett låst ställverk kan bevisa att apparaten arbetar. Den hjälper knappast människor som inte vet att den finns. Leverantören antog att verksamheten skulle hantera larmet. Verksamheten antog att leverantören hade löst allt. Isolationen deltog inte i överenskommelsen.

Från IT-systemet tog man möjligheten till fortsatt produktion. Skyldigheten att upptäcka felet behandlades som ett tillval.

6. “Vi använder inte jordfelsbrytare med frekvensomriktare”

En jordfelsbrytare löser ut när drifterna startar. Efter några stopp tas den bort. Maskinen går igen och ärendet stängs. Det oförklarade problemet blir sedan en konstruktionsregel: jordfelsbrytare används inte med frekvensomriktare.

Slutsatsen omfattar plötsligt alla omriktare, trots att ingen ens fastställde varför just denna krets kopplades från.

Påståendet “denna RCD passar inte i kretsen” kan vara helt korrekt. Slutsatsen “därför behövs inte längre skyddet som apparaten skulle ge” är något helt annat.

Läckströmmen väntar inte på ett isolationsfel

Ett fungerande drivsystem kan ge upphov till strömmar mot jord utan att något isolationsfel finns. Drivsystemets konstruktion, EMC-filter, motorkablarnas kapacitans och switchfrekvens påverkar resultatet. Dessutom uppstår transienter vid inkoppling.

En RCD reagerar på differensström enligt sina egenskaper. Den får inget meddelande från PLC:n om att “det bara är kapacitanser som laddas, avbryt inte produktionen”. Utlösningen kan därför bero på att skyddsapparaten inte passar den korrekt fungerande utrustningen. Den kan också visa ett verkligt fel.

Att det finns en frekvensomriktare på schemat avgör inte vilket fall vi har. Strömmarna vid start och drift, deras vågform och kretsens uppbyggnad måste undersökas.

Samma drivsystem med kort respektive lång motorkabel behöver inte ge samma förutsättningar. Flera drifter bakom en gemensam RCD kräver bedömning av den sammanlagda differensströmmen. Det räcker inte att kopiera ett val som fungerade för en enda drift.

Strömmarna mot jord försvinner inte för att varje drift var godtagbar var för sig. Den gemensamma apparaten måste fungera med hela den anslutna gruppen. Det är ett konstruktionsproblem. Att ta bort apparaten tar bort reaktionen, inte strömmen.

Utebliven utlösning kan vara det sämre beskedet

Med kraftelektroniska drifter måste differensströmmens vågform vid fel också beaktas. Strömmen kan innehålla en likströmskomponent som den valda jordfelsbrytaren inte är konstruerad för. En tillräckligt stor komponent kan försämra förmågan hos en RCD av typ AC eller A att detektera fel.

Under vissa förhållanden kan jordfelsbrytaren bli blockerad eller “blind”. Den förblir inkopplad trots att den inte längre ger den förväntade reaktionen. Produktionsstatistiken blir utmärkt. Skyddet har slutat störa eftersom det också har slutat skydda rätt.

Apparaten behöver inte vara trasig. Det räcker att den används under förhållanden där dess egenskaper inte är tillräckliga.

Punkt 7.7 anger att RCD av typ B kan behövas när felströmmar med DC-komponenter kan förekomma. Det konkreta valet måste sedan relateras till kretsens konstruktion och frekvensomriktartillverkarens instruktioner. Beställningen “jordfelsbrytare för frekvensomriktare” är inte en dimensionering.

Typen anger förmågan att reagera på vissa strömformer. Utlösningsström, frekvensegenskaper, frånkopplingstid och användningsvillkor återstår att välja och verifiera.

Analysen måste dessutom sträcka sig utanför maskinskåpet. En likströmskomponent som passerar en RCD av typ B utan att nå dess utlösningströskel kan påverka en gemensam jordfelsbrytare högre upp i installationen. Rätt apparat vid driften bevisar inte automatiskt att hela skyddssystemet fungerar.

“Jag höjer tröskeln” kräver också beräkningar

En högre märkutlösningsström eller tidsfördröjning kan minska oönskade frånkopplingar. Lösningen måste fortfarande uppfylla villkoren för skyddet som RCD:n ska ge.

I det tidigare TT-exemplet påverkar utlösningsströmmen villkoret för jordtagsresistansen. Tidsfördröjningen påverkar frånkopplingstiden. Parametrarna kan inte höjas tills maskinen råkar sluta stanna.

En inställning vald enligt metoden “den löser fortfarande ut – höj igen” är väl samordnad med produktionsledningens tålamod. Samordningen med skyddet mot elchock måste visas separat.

En hållbar lösning kan kräva en annan typ av RCD, uppdelning av kretsarna, minskning av läckströmmar med metoder som tillverkaren medger eller en annan skyddsprincip. Att koppla bort skyddsledaren är ingen skyddsprincip. Att på eget initiativ koppla bort EMC-filtret kan bara flytta problemet från jordfelsbrytaren till störda mät- och styrkretsar.

Alla maskiner med frekvensomriktare måste inte ha RCD. Om det erforderliga skyddet säkerställs effektivt på annat sätt kan frånvaron vara motiverad. Motiveringen är då verifierad skyddsfunktion, inte att en frekvensomriktare råkar finnas.

En borttagen jordfelsbrytare orsakar inga fler driftstopp. Det är bara svårt att bokföra det som ett godkänt prov av skyddet mot elchock.

7. Klarade maskinen provet – eller gjorde teamet det åt den?

Under leveransprovet av vår linje justerar processteknikern börvärdet, automationsingenjören ändrar konfigurationen och operatören startar om cykeln. Efter några försök uppfyller produkten kraven. Protokollet får resultatet godkänt.

Alla ingripanden behandlas som normal hjälp vid idrifttagningen. Ingen fastställer vilka som tog bort orsaken och vilka som kommer att behöva upprepas i produktionen. Maskinen tillgodoräknas ett resultat som flera specialister skapade tillsammans. Instruktionen räknar sedan med en ensam operatör.

Korrigeringarna under provet är också provresultat

Idrifttagning kräver justering. Problemet är inte att parametrar ändras före leverans, utan att maskinen godkänns utan att det visas hur den fungerar efter ändringarna.

Om oförutsedda korrigeringar fortfarande krävs under det egentliga provet ska de dokumenteras. Vad ändrades? Varför? Provades hela det berörda förloppet på nytt, eller väntade man bara tills den första godkända produkten kom ut?

Den första godkända produkten avslutar ofta diskussionen snabbare än orsaken till de tidigare felen kan undanröjas – särskilt när transporten redan är bokad.

Vid störd mätning räcker det inte att slutprodukten håller rätt kvalitet. Mätvärdets tillförlitlighet ska bekräftas under avsedda driftförhållanden, och behovet av extra ingripanden ska ha upphört. Annars lämnas en godkänd provprodukt över tillsammans med en process som måste räddas varje dag.

Planerade operatörsuppgifter är inte ett fel i automatiken. Tillfälliga räddningsinsatser får däremot inte försvinna ur bedömningen bara för att personalen utför dem skickligt. Det gäller särskilt om insatserna kräver tätare tillträde till riskkällor än skyddskonceptet byggde på.

Vid verifieringen bör vi därför också observera människan. Inte för att kontrollera om hon är värdig maskinen, utan för att se vad maskinen faktiskt kräver av henne.

Mätinstrumentet utför inte resten av verifieringen åt oss

“Elmätningarna är godkända.” Bra. Vilka krav verifierades med dem?

Kapitel 18 hänvisar till verifieringsomfattningen i en relevant produktstandard. Om en sådan saknas omfattar verifieringen bland annat överensstämmelse mellan dokumentation och utförande, kontinuitet i skyddsförbindningskretsen, villkoren för automatisk frånkoppling när denna skyddsprincip används samt funktionsprov.

Isolationsresistansprov och spänningsprov anges separat. De ersätter inte de övriga kontrollerna. Alla punkter har inte heller identiska tillämpningsvillkor. Omfattningen följer av utrustningen och de krav som ska visas. Vredet på det tillgängliga mätinstrumentet är inte standardens innehållsförteckning.

Ett godkänt kontinuitetsprov visar inte om rätt skydd kopplar från rätt krets inom föreskriven tid. Det visar inte heller om isolationslarmet når operatören eller om temperaturvärdet förblir tillförlitligt när drifterna arbetar. Det är olika frågor som kräver olika verifieringar.

Även jämförelsen med elschemat har en gräns. Om tillverkningen troget upprepar ett konstruktionsfel kan jämförelsen mellan dokumentation och maskin ge ett utmärkt resultat. Vi har då bekräftat att felet utförts noggrant – inte att det är acceptabelt.

Efter en ändring måste tidigare resultat avgränsas

Under idrifttagningen ändras en skyddsinställning, en apparat byts eller ledningar flyttas. Dokumentationen och verifieringsresultaten måste avse det utförande som faktiskt lämnas till användaren.

Efter ändringar ska behovet av ny verifiering och nya prov övervägas. Omfattningen beror på ändringens påverkan. Allt behöver inte upprepas mekaniskt, men ett tidigare resultat omfattar inte automatiskt en senare ändring bara för att båda gjordes samma dag.

Datumet i protokollet kan stämma samtidigt som apparaten som provades redan har lämnat skåpet.

Protokollet bör ange provad konfiguration, relevanta inställningar, provvillkor och bedömningskriterier. Avvikelser och hur de stängdes ska dokumenteras. Då går det att avgöra vad som faktiskt visades utan att rekonstruera idrifttagningen ur deltagarnas minne.

En korrigering som tar bort orsaken är ett ingenjörsresultat. En korrigering som måste upprepas varje timme är ett nytt krav på operatören. Verifieringen måste skilja dem åt innan båda göms under formuleringen “maskinen är injusterad”.

Om människor ständigt korrigerade maskinen under provet ingår deras insats i resultatet. Den kan inte dras bort när protokollet undertecknas.

8. Fabriksvanan reparerar inte konstruktionen

En felaktig installation kan betalas vid maskinköpet och därefter ännu en gång – med operatörstid, processteknik och återkommande stopp. Efter några år smälter kostnaden så väl in i produktionen att frågan om att ta bort orsaken låter som onödig komplikation.

Ett planerat stopp för att rätta konstruktionen anses för dyrt. Tid för att korrigera följderna varje dag går märkligt nog alltid att hitta.

Den erfarna personalens kunskap bör i stället återföras till konstruktören. Operatörerna kan visa när mätvärdet blir opålitligt, vad som krävs för att starta processen och vilka uppgifter som upprepas trots att de skulle vara sporadiska. Deras problemlösningsförmåga är värdefull information om maskinen.

I exemplen ovan används den främst för att skjuta upp reparationen.

Tillämpning av standarden kräver att konstruktionen jämförs med den verkliga utrustningen och de verkliga driftförhållandena. Skyddets funktion, de valda lösningarnas lämplighet och sambandet mellan konstruktionsantaganden och faktisk användning måste kunna visas.

Många års fabriksvana levererar varken de saknade beräkningarna eller de saknade provresultaten. Nästa gång någon säger “den här maskinen är sådan” bör följdfrågan därför vara varför.

Om svaret är namnet på den enda operatör som kan hålla produktionen igång har vi fått viktig information om människans kompetens. Konstruktionen väntar fortfarande på sitt tekniska försvar.

Personal kan lära sig att arbeta runt ett maskinfel. Därmed blir felet inte ett processkrav.

Källor och noter

Punktangivelserna i artikeln avser EN 60204-1:2018. Den europeiska versionen inför IEC 60204-1:2016 med europeiska ändringar. Beteckningarna ska därför inte tolkas som att samtliga bestämmelser har identisk lydelse.

De externa länkarna går till katalog- och informationssidor hos IEC, ISO och Europeiska kommissionen. Sidorna identifierar publikationerna och deras omfattning men ersätter inte standardernas fullständiga texter.

[1] Elutrustning som del av maskinsäkerheten. Punkterna 4.1, 4.2.1 och 4.4.1 behandlar kopplingen till maskinens riskbedömning, konsekvenser av felaktig funktion samt val och användningsvillkor för utrustningen. Den internationella grundpublikationen finns i IEC:s katalog för IEC 60204-1:2016.

[2] Ledningsförläggning, EMC och termoelement. Punkterna 4.4.2 och 13.1.3 samt den informativa bilagan H behandlar emission, immunitet, gemensam förläggning, separering och anslutningar som begränsar störningar. Referens för termoelementens karakteristik är IEC 60584-1:2013 – termoelement, elektromotoriska spänningar och toleranser. Felsökningen i artikeln är en teknisk metodbeskrivning, inte en rapport från provning av två verkliga linjer.

[3] Tätare ingrepp och val av skydd. ISO 12100:2010, punkterna 5.5.2.3.1, 5.5.3.2, 6.2.13 och 6.3.2.1, behandlar behov, frekvens, varaktighet och karaktär hos exponeringen, utrustningens tillförlitlighet och val av skydd utifrån tillträdesbehovet. Att ett antagande blivit inaktuellt innebär inte automatiskt att hela riskbedömningen är ogiltig eller att en viss prestandanivå måste höjas.

[4] Färger och gränssnitt. Punkterna 10.2.1 och 10.3.1–10.3.3 samt tabell 4 ligger till grund för resonemanget. Färgkodningen och rekommendationen att undvika vanlig röd STOPP nära nödstoppsdon är rekommendationer i den behandlade utgåvan. Röd vanlig STOPP är tillåten, medan kombinationen röd manöverdel och gul bakgrund är reserverad för nödfunktioner.

[5] Skydd i TT-system. Punkterna 6.3.3 och 17.2 samt bilaga A, särskilt A.2.1–A.2.3 och tabell A.2, omfattar samordning av skydd, villkor för överströmsskydd, sambanden Zₛ × Iₐ ≤ U₀ och Rₐ × IΔn ≤ 50 V, frånkopplingstid och installationsdata. Värdena 230 V, 23 Ω och 16 A är modellvärden. Tiden 0,2 s gäller det angivna slutkretsexemplet och är inte universell för alla TT-kretsar.

[6] Isolationsövervakning i IT-system. Punkt 6.3.3 hänvisar till IEC 60364-4-41:2005+AMD1:2017 – skydd mot elchock. Krav på utrustning för kontinuerlig isolationsövervakning finns i IEC 61557-8:2014 – isolationsövervakningsutrustning för IT-system. Exemplen förklarar skyddets funktion men ersätter inte fullständig dimensionering för en konkret installation.

[7] RCD och frekvensomriktare. Punkterna 6.3.3, 7.7, 4.2.1 och 18.2.1 berör skydd vid fel, möjligheten att typ B kan krävas, leverantörsinstruktioner och verifiering. Kompletterande referenser är IEC 62423:2009 och IEC 60364-5-53:2019+AMD1:2020+AMD2:2024. Resonemanget om läckströmmar, DC-komponenter och samordning är en teknisk förklaring, inte en komplett dimensioneringsanvisning för varje drivsystem.

[8] Verifiering och ändringar. Punkterna 18.1, 18.2.1–18.2.3, 18.6 och 18.7 behandlar verifieringens omfattning, separata kontroller, dokumentation, funktionsprov och behovet av förnyade prov efter ändringar. Punkt 17.2 omfattar bland annat installationsdata, inställningar, underhåll och kontroll efter reparationer eller modifieringar.

[9] Senare ändringar och harmonisering. IEC har publicerat IEC 60204-1:2016/AMD1:2021. Artikeln är inte en fullständig genomgång av senare IEC-ändringar eller deras europeiska införanden. För ett konkret projekt måste tillämplig utgåva, ändringar, eventuell standard av typ C och installationskrav fastställas separat. Europeiska kommissionen publicerar information om harmoniserade standarder för maskiner. Artikeln avgör inte enskilda utgåvors aktuella harmoniseringsstatus.

[10] Exemplens karaktär. De organisatoriska scenerna, åtkomstfallen, beräkningarna och tabellerna förklarar tekniska samband. De är inte mätprotokoll från konkreta installationer och inte kompletta kontrollplaner. Diagnostiken i avsnitt 1 är ett föreslaget sätt att fastställa orsaken innan produktionen ändras igen. Tabellen i avsnitt 7 visar hur ett sant men begränsat påstående om en maskin ofta används för att motivera en betydligt bredare slutsats.