Slimme kabels verlengen levensduur machines & installaties

Waar en wanneer te gebruiken?

Alles rondom ons is de afgelopen jaren slim of smart geworden. Met onder meer slimme verlichting, slimme thermostaten en slimme elektriciteitsmeters konden we al grondig kennismaken. Ook in de industrie zien we die trend volop doorbreken. Daar kunnen slimme kabels het verschil maken. Hoe?

Slimme kabels verlengen levensduur mach.. — Er zijn meerdere benaderingen mogelijk om een intelligente kabel te creëren

Op zoek naar zekerheid

Als bij de particulier een toestel stuk gaat, gaat het veelal om een tijdelijke comfortdaling: een tv die stukgaat, een kookplaat die uitvalt of een elektrische boiler die de geest geeft zullen hoogstens wat tijdelijk ongemak veroorzaken. In de industrie ligt dat helemaal anders.

Een machine die uitvalt kan een ware ramp betekenen voor een bedrijf: de productie valt stil en klanten kunnen niet tijdig beleverd worden. Een omzetdaling en reputatieschade zijn de gevolgen. Bovendien kost technisch personeel vandaag handenvol geld en stilstand van de machine zorgt ervoor dat hun lonen niet efficiënt besteed kunnen worden.

Omslag van curatief naar predictief onderhoud

Bedrijven zijn dus voortdurend op zoek naar manieren om meer zekerheid in hun installaties in te bouwen. In een eerste fase keken ze daarbij naar de machines zelf: robuustere uitvoeringen, de inzet van sterkere materialen en een betrouwbare machinebouwer.

In een tweede fase werd het vizier op het onderhoud gericht. Ondanks de voorgaande keuzes kan er uiteraard altijd wel iets fout lopen in een installatie. Als dat gebeurt, is het wachten op de technische of onderhoudsdienst om het euvel te herstellen. In het beste geval kan dat meteen, in het slechtste geval moet er gewacht worden op wisselstukken.

Bedrijven zijn voortdurend op zoek naar manieren om meer zekerheid in hun installaties in te bouwen

Deze vorm van onderhoud heet curatief onderhoud, maar die werkwijze is stilaan ook achterhaald ten opzichte van predictief en voorspellend onderhoud. In die werkwijze zorgen sensoren er voor dat allerlei indicatoren strikt opgevolgd worden. Denk bijvoorbeeld aan een elektromotor die een machine aandrijft: door met een sensor de temperatuur voortdurend op te volgen, kan er ingegrepen worden als de curve plots abnormaal begint te stijgen.

Als ook andere belangrijke factoren dan meegenomen worden – denk aan de stroom die de motor trekt en de oliekwaliteit – dan kan men door het geheel van meetgegevens te analyseren prima voorspellingen doen over de resterende levensduur van de motor.

Er kan dan met andere woorden preventief ingegrepen worden: er kan tijdig een nieuwe motor besteld worden of een onderhoudsbeurt kan tijdig ingepland worden. Bovendien krijgt ook de veiligheid zo een boost, want ongeplande uitval kan leiden tot gevaarlijke situaties voor het personeel.

Via sensoren kan men de exacte.. — Via sensoren kan men de exacte locatie bepalen van mogelijke problemen

De volgende stap: energie- en datakabels

Ondertussen staat ook de techniek niet stil en wordt koortsachtig verder gezocht naar bijkomende manieren om de betrouwbaarheid te verhogen. Daarbij komen ook kabels – zowel elektrische als data – in het vizier; de markt daarvoor is volop in ontwikkeling.

De benadering is daarbij vergelijkbaar met het voorbeeld van de motor. Zo zien we dat kabelfabrikanten beschikken over labotestresultaten over de levensduur van flexibele kabels die ingezet worden in bewegende machines.

Fabrikanten beschikken over labomeetdata van hun kabels. Door die te vergelijken met de waarden die op een kabel gemeten worden, kunnen uitspraken over de resterende levensduur gedaan worden

Op die manier kan onderhoud.. — Zo kan onderhoud van de machine ingepland worden en wordt men niet geconfronteerd met plotse stilstand

Vervolgens meet men met een bewakingsapparaat voor een specifieke kabel de afgelegde afstand van de kabel, de bendingfactor en de snelheid. Die gegevens kunnen een indicatie geven over de te verwachten slijtage van de kabel. Door ze te vergelijken met de historische gegevens uit de database, kan men zo een uitspraak doen over de te verwachten resterende levensduur.

Meerdere benaderingen

Er zijn meerdere benaderingen mogelijk om een intelligente kabel te creëren.

Zo kan een bewakingsapparaat verbonden worden met de kabel, die voortdurend een aantal factoren meet en deze vervolgens afzet tegenover historische meetdata van de installatie. Omdat de gebruiker bepaalde overschrijdingen van de parameters ten opzichte van de historische database kan instellen als alarmwaarde, krijgt hij meer zekerheid over de kabelgezondheid. Die zekerheid krijgt hij in de vorm van een NC-contact of NO-contact dat actief wordt als die drempel overschreden wordt. Een variant hierbij is een uitvoering met geïntegreerde meetkabel, waarbij dus geen extra bekabeling voor de meting vereist is. Een extra functionaliteit is om deze werkwijze te integreren in een overkoepelend onderhoudsprogramma, waarbij de eindklant voortdurend de status van alle aangesloten kabels en andere componenten kan bijhouden en raadplegen op tablet, smartphone of pc.
Ook voor ethernetkabels is een vergelijkbaar systeem mogelijk. Hierbij worden de minste veranderingen in de transmissie gemonitord door het aantal verdwenen datapakketten te tellen. Door die te vergelijken met de te verwachten waarde, kan een uitspraak gedaan worden over de mechanische stress die de kabel ondervindt en de verbindingskwaliteit.

Omdat de gebruiker bepaalde overschrijdingen van de parameters ten opzichte van de historische database kan instellen als alarmwaarde, krijgt hij meer zekerheid over de kabelgezondheid

Bij kabels die onderhevig zijn aan veel slijtage kan een mantel voorzien worden uit twee lagen. De binnenlaag is oranje, de buitenste geel. Als de slijtage te groot wordt, werkt de afgesleten buitenlaag als indicator om de vervanging aan te geven.
De integratie van een temperatuurindicator is eveneens mogelijk. Hier worden temperatuurgevoelige partikels die reageren op hitte mee geëxtrudeerd in de mantel. Bij warmere temperaturen dan verwacht zal de kleur van de mantel veranderen en zo aangeven dat oververhitting dreigt.
Het meegieten van additieven in de kabelmantel is ook voor andere toepassingen handig. Zo is het mogelijk om een knaagdieren werende compound toe te voegen. Ook samenstellingen die de groei van micro-organismen verhinderen behoren tot de mogelijkheden; dit kan handig zijn in de voedingsindustrie en de farmaceutische sector.
Het meten van de kabelweerstand voor servokabels is ook mogelijk. Door het instellen van een limietwaarde kan eenvoudig worden bepaald wanneer de kabel het best vervangen wordt.
Er zijn verschillende methoden om de weerstand van servokabels te meten. Een veelgebruikte methode is het gebruik van een multimeter om de weerstand direct te meten. Dit vereist toegang tot de uiteinden van de kabels. Daarnaast zijn er geavanceerde meetinstrumenten beschikbaar die niet alleen de weerstand, maar ook andere parameters zoals de capaciteit en de integriteit van de kabelisolatie kunnen meten.

LAPP vervangende afbeelding — Slimme kabels vertellen u wanneer ze vervangen moeten worden

Middenspanning

Voor sommige kabelapplicaties is onderhoud en reparatie duur en logistiek moeilijk. Denk bijvoorbeeld aan ondergrondse middenspanningskabels. Netbeheerders zijn om die reden vragende partij voor kabels die op een of andere manier kunnen aangeven wat hun huidige staat is, want dat laat ze toe om de onderhoudsnood van deze kabels beter te bepalen. Zo kunnen kabels vervangen worden voor ze defect gaan en de bijhorende lange stilstand vermijden.

Aangezien we bij middenspanningskabels vaak over kilometers spreken, kan een locatiebepaling tot op enkele meters nauwkeurig enorm veel graaf- en zoekwerk besparen

Een mooie technische oplossing is kabelbewaking. Als een ondergrondse kabel om één of andere reden licht beschadigd raakt – graafwerken, groeiende boomwortels, verzakkingen … – kan de kabel onder druk komen te staan. Dat resulteert in ontladingen (partial discharges).

Vandaag is er sensortechnologie voorhanden die deze kleine pulsjes kan meten. Het systeem wordt in twee onderstations geplaatst en meet voortdurend de binnenkomende pulsen. Als er ergens een abnormale deelontlading plaatsvindt, zal deze fout een puls veroorzaken die in beide onderstation gemeten wordt. Door het verschil in ontvangsttijdstip – enkele microseconden – van beide pulsen te vergelijken, kan zo zeer nauwkeurig bepaald worden waar de mogelijke fout zich bevindt.

Aangezien we bij middenspanningskabels vaak over kilometers spreken, kan een locatiebepaling tot op enkele meters nauwkeurig enorm veel graaf- en zoekwerk besparen. In veel gevallen is het ook mogelijk om proactief in te grijpen.

Zelfs bij kilometers kabellengte kan men de locatie op enkele meter nauwkeurig bepalen

Met medewerking van LAPP