Die unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV) gewährleistet in jeder Branche eine Reserve-Stromversorgung für kritische Anlagenlasten. Zu diesen Lasten gehören u. a. Notstromversorgungen und Sicherheitsabschaltungen, Anlagenalarme und -steuerungen, Notbeleuchtungen, Generatoren, Dampf- und Feuerkontrollsysteme, Telefonzentralen und sogar Lebenserhaltungssysteme in Krankenhäuser. Es erübrigt sich zu sagen: Die unterbrechungsfreie Stromversorgung darf nicht ausfallen. Unter keinen Umständen.
Jerry Rainwater, Netzqualitätsberater für Industrial Power and Battery, Inc., hat täglich mit dieser Herausforderung zu tun. „Die Mission unseres Unternehmens besteht darin, die Zuverlässigkeit betriebskritischer Stromversorgungen sicherzustellen, damit Unternehmen im Geschäft bleiben“, erläutert Rainwater. Rainwater startete im Atom-U-Boot-Programm der US Navy als Systemexperte, wo er am Trident-Raketensystem und an Untersystemen arbeitete. „Ich wusste, dass ich meine Berufung gefunden hatte“, erinnert sich Rainwater. „Das Arbeiten mit Elektrizität ist reizvoll, solange Sie immer daran denken, dass Sicherheit an erster Stelle steht.“
Seit mehr als 30 Jahren installiert, wartet und entstört er viele verschiedene Arten von unterbrechungsfreier Stromversorgung und Akkusystemen. Er begann 1980 an Bord seines ersten U-Boots der USS Benjamin Franklin. Nach seiner Zeit bei der Navy arbeite Rainwater für Westinghouse Engineering Services in Dallas, Texas. 1989 wurde er dann von Solidstate Controls, Inc. angeworben, um ein Service Center für unterbrechungsfreie Stromversorgungen in Houston, Texas einzurichten.
Nachdem er diese Herausforderung gemeistert hatte, kam er dann zu Industrial Power and Batter mit Sitz in Wallisville, Texas, wo er seit 2003 tätig ist. Das Unternehmen wartet USV-Systeme in Raffinerien, petrochemischen Anlagen, Telefonzentralen, Kraftwerken und Krankenhäusern in ganz Texas.
Pflege von USV-Systemen
Nachdem er sich davon überzeugt hat, dass sein Arbeitsbereich sicher ist und er eine geeignete persönliche Schutzausrüstung (PSA) trägt, schließt Jerry eine Strommesszange Fluke 381 an, um die Betriebseigenschaften eines kürzlich installierten USV-Systems zu prüfen. Nachdem er das Display des Fluke 381 abgenommen und außerhalb des Gehäuses platziert hat, kann Jerry seine Tests bei geschlossenem Schaltschrank und ohne PSA sicher durchführen.
Ein USV-System beinhaltet einen Akku, ein Akku-Ladegerät, einen Wechselrichter, einen automatischen Transferschalter und einen manuellen Bypass-Schalter. Dieses System wandelt die gespeicherte Energie des Akkus in Wechselstrom um. „Der Wechselrichter hält die Systeme des Betriebs am Laufen, sodass das Anlagenpersonal bei einer plötzlichen Unterbrechung der Stromversorgung alle Sicherheitsausrüstungen und sonstigen Systeme weiter überwachen und das sichere Herunterfahren der Systeme steuern kann, ohne dass sich negative Auswirkungen für die Umwelt – und hoffentlich auch nicht für die Menschen – ergeben“, so Rainwater. Dies ist besonders wichtig bei petrochemischen Anlagen, wo eine Unterbrechung des Raffinationsprozesses explosive Folgen haben könnte.
Bei einer typischen vorbeugenden Instandhaltungsmaßnahme prüft Rainwater zunächst alle elektrischen Systeme auf heiße Stellen oder lose Verbindungen. Seit seiner Navy-Zeit verwendet er meistens Messgeräte von Fluke. „Fluke ist wirklich der Standard, unabhängig davon, ob Sie auf einem Atom-U-Boot oder in einem petrochemischen Betrieb arbeiten“, betont Rainwater.
Üblicherweise beginnt er mit der Untersuchung der Netzkabel des USV-Systems mithilfe der Wärmebildkamera Fluke Ti25, um sich zu vergewissern, dass es keine heißen Stellen gibt und dass sich die Messwerte im Vergleich zur vorherigen Wartungsuntersuchung nicht erhöht haben. Als Nächstes begibt er sich zu den elektrischen Unterverteilungen, um den Status der elektrischen Umgebung des Betriebs zu untersuchen. Wenn er Probleme findet, macht er sich über die Audioaufzeichnungsfunktion der Kamera eine mündliche Notiz, um sie später mit dem Kunden durchgehen zu können.
Nach der Prüfung der Gesamtumgebung konzentriert sich Rainwater auf das USV-System. „Ich nehme zuerst mit meinem Echteffektiv-Digitalmultimeter Fluke 189 die Istwerte am Akku-Ladegerät auf“, erläutert er. „Anschließend messe ich Spannungswerte für einzelne Zellen, den Spannungsabfall an jedem Kabel oder an der Sammelschienenverbindung sowie Spannung und Frequenz der Wechselstromwelligkeit, Zellentemperatur und Hydrometermesswerte an jedem Akku", so Rainwater. „Anhand dieser Messungen können Sie den Gesamtzustand des Akkus ermitteln.“
Auswahl von Sicherheitswerkzeugen und Messgeräten mit hohen Nennwerten
In den Umgebungen, in denen er arbeitet, steht die Sicherheit an erster Stelle. „Wenn Sie ein neues USV-System installieren oder einen Akku austauschen, steht der Akku immer unter Strom, sodass Sie in Abhängigkeit von den möglichen Gefahren für die Arbeit an Elektrogeräten geeignete Handwerkzeuge und eine entsprechende persönliche Schutzausrüstung verwenden müssen“, so Rainwater. Noch wichtiger ist die Sicherheit bei seinen Messgeräten. Dabei ist es hilfreich, dass das Fluke 189 über eine Sicherheitsspezifikation der Überspannungskategorie CAT III 1000 V/CAT IV 600 V verfügt. Wenn er einen Bereich betreten muss, in dem eine eigensichere Ausrüstung benötigt wird, kann er sein Industriemultimeter Fluke 87V Exnehmen.
Nach dem Testen des Ladegeräts und der Akkus prüft Rainwater mit einem tragbaren 100-MHz-Oszilloskop ScopeMeter® 105B Serie II die Ein- und Ausgänge und die Hochs und Tiefs für die Leiterplatten, die das Batterieladegerät, den Wechselrichter und den automatischen Transferschalter steuern. „Alle USV-Komponenten verfügen über eigene Steuerungen und müssen miteinander kommunizieren, damit ihre einwandfreie Funktion gewährleistet ist", so Rainwater. Außerdem verwendet er sein ScopeMeter-Messgerät zur Aufzeichnung der Umschaltung durch den automatischen Transferschalter von der normalen Wechselrichterstromquelle zur Bypass-Stromquelle. „Ein mechanischer Schalter ist zu langsam, daher verwenden wir einen automatischen Transferschalter, der aus einer Gruppe von schnell reagierenden Thyristoren besteht, mit denen die kritischen Lasten geschaltet werden“, erläutert Rainwater. „Die Thyristoren müssen in weniger als 4 Millisekunden auf eine alternative Stromquelle umschalten, sodass die Stromversorgung der Computer gewährleistet bleibt und die Lichter nicht flackern. Glücklicherweise kann mein ScopeMeter den automatischen Transferschalter in dieser Geschwindigkeit genau messen."
Er schätzt, dass seine Arbeit zu etwa 90 Prozent aus geplanten Wartungsmaßnahmen und 10 Prozent aus Notfallmaßnahmen besteht. Zusätzlich zum Installieren und Warten von USV-Systemen wartet Rainwater auch Generatoren, Generatorsteuerungen, automatische Transferschalter, Notbeleuchtungsanlagen, Gleich- und Wechselstromunterverteilungen, Löschpumpensteuerungen sowie Motorsteuerungen und analysiert die Netzqualität.
Anpassen der Systemgröße an den jeweiligen Auftrag
Industrial Power and Battery hilft einem seiner langjährigen Kunden, Zeon Chemicals LP, mehr als die doppelte Größe seines USV-Systems im Betrieb in Bayport, Texas. Zeon Chemicals ist der führende Entwickler und Lieferant von innovativen Polymeren, wie z. B. synthetische Elastomere, die bei der Herstellung von Schläuchen, Dichtungen, Riemen und anderen Bauteilen für den Automobil-, Industrie-, Öl- und Druckmarkt verwendet werden. Zusätzlich zum Betrieb in Bayport verfügt Zeon über Anlagen in Hattiesburg, Mississippi und Louisville, Kentucky, wo sich auch die Zentrale befindet.
Industrial Power and Battery wird das 7,5-kVA-USV-System von Zeon im Jahr 2012 durch ein neues 20-kVA-USV-System ersetzen. Die größere Größe basierte auf einer Lastanalyse des aktuellen Verbrauchs und auf Prognosen für eine erhöhte Nachfrage, die sich aus den Expansionsplänen von Zeon ergibt. Es ist eine Ausweitung der Produktion geplant, durch die im Jahr 2012 die Kapazität um 25 Prozent erhöht wird.
Die 22 Jahre alte Zeon-Niederlassung in Bayport beinhaltet zusätzlich zu dem 1860 Quadratmeter großen Betrieb eine Wartungswerkstatt, ein Labor und ein Verwaltungsgebäude. Ca. 50 Mitarbeiter arbeiten an diesem Standort, darunter auch Debbie Miller, eine Instrumentelektrotechnikerin, die für Reparatur und Wartung von Betriebsinstrumenten und Automationsanlagen zuständig ist. Sie arbeitet schon seit der Eröffnung in Bayport und seit 10 Jahren mit Jerry Rainwater zusammen.
Miller teilt Rainwaters Vorliebe für Fluke-Werkzeuge und verwendet sie fast ausschließlich für vorausschauende und vorbeugende Instandhaltungsmaßnahmen. Sie überwacht sämtliche elektrischen Geräte in ihrem Bereich mit dem Fluke Ti25 thermal imager; kalibriert Instrumente mit dem ProcessMeter Fluke 789 und sie sucht nach Fehlern in Pumpen und Motoren mit dem Isolations-Multimeter Fluke 1587. „Meiner Meinung nach sind Fluke-Messgeräte genau, langlebig und mit Merkmalen ausgestattet, die ein Techniker zu schätzen weiß“, lobt Miller.
Weil Miller mit Wartung und Fehlersuche alle Hände voll zu tun hat, ist sie froh, die Dienste von Industrial Power and Battery in Anspruch nehmen zu können, die sich um das USV-System kümmern. „Wir sind darauf angewiesen, dass das USV-System die Notbeleuchtung, das Feueralarmsystem, die Telefone, die Betriebssicherheitsausrüstung und natürlich die DCS-Steuerungen sichert", erläutert Miller. „Da wir ein kleines Unternehmen sind und das USV-System ein kritisches System für uns ist, ist es angenehm, mit einem Vollserviceunternehmen wie Industrial Power and Battery zusammenzuarbeiten, das über das nötige Wissen und die nötige Erfahrung zur Pflegung und Wartung dieses Systems verfügt.“