Lejestrøm og lejestrømsmåling

Af Kim Tonsberg Kristensen
Servicetekniker, STYREG

Lejestrømme kan stoppe din produktion


Har du oplevet et uforklarligt havari af en motor med frekvensomformer? Stod produktionen stille indtil motoren eller lejerne blev udskifte?

Her sætter vi fokus på et af de usynlige problemer, som godt kan medføre en del mystik og som kræver specialistviden af afdække. Fænomenet kaldes lejestrømme.

Figur 1: Demonteret kugleje. Man kan ane et mat mønster på yderkransens inderside (store ring til venstre)
Figur 2: Typiske spor fra lejestrømme – på nærbilledet af yderkransen ses de små rektangulære gennemslag tydeligt

Lejestrømme er altså en uønsket strøm, der løber igennem kuglelejet i motoren. Årsagen er, som nævnt ovenfor, at strømmen ikke kan løbe tilbage gennem tavlens jord. Lejestrømme kan forårsage skader på selve lejet, hvilket medfører mekaniske vibrationer, hørbar støj og uønsket varmeudvikling – og på den elektriske side: øget modstand og derved højere strømoptag i frekvensomformeren.

I nogle driftsmiljøer er løsningen ofte at lægge vedligeholdelsesplaner, hvor større motorer får skiftet lejer, måske efter producentens anbefaling eller måske fordi man har observeret støj og har erfaret, at den kan elimineres i nogen tid (inden den vender tilbage). I nogle tilfælde udskiftes mindre motorer i faste (og korte) intervaller.

For vores kunder er produktionsstop altid ubelejlige og kommer på helt vilkårlige tidspunkter. For mange fabrikker eller produktionsenheder er det relevant at forstå dette fænomen, med henblik på at reducere fremtidigt ikke-planlagt vedligehold.

Men lad os kigge på fænomenet lejestrømme, som vi selv har brugt en del år på at forstå. I dag har vi både viden og mange løste cases ude hos vores kunder som erfaringsgrundlag. Desuden har vi i dag specialiseret måleudstyr og et metallurgisk laboratorium i baghånden til at hjælpe os.

Case 1:

Vi fandt en installation, hvor udligningspotentialet var ændret væsentligt i forhold til det dimensionerede. Da forsyningens jordleder var frakoblet i tavlen, kunne den opbyggede spænding ikke ledes tilbage til jord og fandt derfor en anden vej. I dette tilfælde skete det via kuglelejet i motoren, og derfra tilbage til jord.

Læring: Ved ændring i installationerne ændres også udligningspotentialet – og det kræver en fornyet gennemgang.

Årsagen

Når en produktionsproces optimeres ved at montere en frekvensomformer til at styre motoren, så medfører det en stor ændring af den sinuskurve, der påføres motoren. I stedet for en perfekt sinuskurve påføres nu en tilnærmet kurve, der er kantet som følge af skiftemønsteret inde i frekvensomformeren. Denne hurtige switchende ’sinuskurve’ kan forårsage, at der mellem stator og rotor opbygges et spændingsdifferentiale.

Figur 3: Motor drevet ved normal forsyning (DOL)
Figur 4: Motor drevet ved frekvensomformer drift.

Konsekvens

Lejestrømme optræder, når spændingsdifferentialet bliver så tilpas højt, at det aflades mellem statoren og rotoren – og den eneste vej hertil er gennem lejet og de roterende kugler.

Derved opstå de mikroskopiske punktsvejsninger, men hvor stor skaden bliver afhænger af, hvor stor en spænding der opbygges og hvor mange afladninger i sekundet der sker. Vurdering af dette foretages ud fra specialiserede målinger samt fra empirisk viden.

Figur 5: Eksempel på vurderingsskema for levetid af leje.
Figur 6: Lejestrøm i kugleleje.

Detektering

I processen vil man se et øget strømforbrug, da modstanden i kuglelejet øges, og der vil være mere unormal støj fra motoren.

Figur 7: Måling af lejestrømme med Fluke MDA-550.
Figur 8: Måling på leje med FLUKE MDA-550

Løsninger

De spændinger, der opbygges og aflades, vil altid løbe den vej, hvor modstanden er mindst. Det betyder, at installationens udligningsforbindelser skal være i orden.

I andre tilfælde er det smartest med et Common Mode filter (CMM, motorstørrelser fra 0,75 kW op til 1,4 MW). De tre motorfaser føres blot igennem filteret og det monteres på under 30 minutter. De elektriske effekter viser sig straks. CMM eliminerer lejestrømmene, men allerede skete skader udbedres jo ikke og man bør vurdere en planlagt udskiftning af lejer/motor for at undgå uforudsete driftstop i fremtiden.

Flere industrikunder bliver opmærksomme på dette – også fordi vores kolleger i branchen har fokus på emnet. Vi oplever et antal stigende sager, hvor kunden, i forbindelse med opstart af nye anlæg, ønsker at sikre sig mod lejestrømmenes opståen.

Der er flere metoder til at undgå lejestrømme:

  1. skift til keramiske lejer (løser problemet, men årsagen består)
  2. kulbørster fra AEGIS (dog problematisk ved olie i luften)
  3. monter et dU/dT-filter eller sinusfilter (optimal til lange motorkabler eller ældre motorer)
  4. montering af CMM-Kit (nem, hurtig og billig løsning)

Man kan altså vælge mellem at fjerne årsagerne til lejestrømme eller afbøde konsekvenserne. Når du ringer til din rådgiver/tekniske sælger indenfor motorstyringer, så prøv at have gennemtænkt følgende:

  • er der registreret motorer som pludselig står af – måske flere gange?
  • er der hørbar, men uventet støj fra motoren?
  • hvis ja, så lav et løst overslag på de økonomiske konsekvenser
  • kan produktionen lukkes ned, når det ønskes, eller kan udskiftninger udføres i vedligeholdelsesvinduer, planlagt lang tid i forvejen?
Med AEGIS-OSC-9100 lejestrømstester og tilhørende kulbørstesimulator kan vi hurtigere fastslå lejestrømmenes eksistens og betydning. Sammen med Fluke MDA-550 motor testeren kan vi be- eller afkræfte mange fornemmelser og afkorte fejlsøgningstiden.

Case 2:

En kunde har netop fået renoveret en kompressor, inkl. lejeskifte, men efter få måneder begynder kompressormotoren at larme meget mere end normalt.

Måling af lejestrømme viser, at der er over 20.000 gennemslag i sekundet større en 10 volt. Skemaet i Figur 5 indikerer, at der kun er få måneders restlevetid – hvilket også passer på kundens beskrivelse.

Gennemgang og optimering af udligningsforbindelser samt montering af CMM-kit løser problemet, og efterfølgende målinger indikerer normal levetid (L10) som forventet for lejet.

Giver denne artikel dig anledning til spørgsmål, så kontakt os for en uforpligtende telefonisk vurdering, hvor vi sammen fastslår, om din AC-motor har brug for en komplet måling med en rapport.
Kunne du lide denne artikel? Så hop videre og læs lidt om harmoniske strømme