ErP richtlijnen energie-efficiëntie en wat te doen Eaton Corporation. All rights reserved

ErP richtlijnen energie-efficiëntie en wat te doen.

© 2015 Eaton Corporation. All rights reserved

Energiebesparing

In het kader van het initiatief „20/30/20-20“ heeft de

Europese Unie zich het aan het volgende verplicht: - Het verhogen van het aandeel duurzame energie tot 20% - In 2020 een vermindering van broeikasgassen met 30% - Verbetering van de energie- efficiëntie met 20%

© 2015 Eaton Corporation. All rights reserved.

2

Energieverbuik in Nederland In het totale industriële energieverbruik hebben elektrisch aangedreven systemen een aandeel van ongeveer 70%. Een aandrijfsysteem bestaat uit de elektromotor, transmissie, regeling en het aangedreven apparaat, zoals een compressor, ventilator, pomp of een apparaat voor processen als mengen, verkleinen of intern transport. De kosten van een elektromotor over zijn hele levensduur bestaan voor 95% tot 99% uit energiekosten. De overige kosten zijn de aanschaf- en onderhoudskosten. Bij investeringsbeslissingen over elektromotor(systemen) zijn dan ook de energiekosten over de gehele levensduur relevant, terwijl de aanschafkosten marginaal blijven. Een deel van het elektriciteitsverbruik van (bestaande) elektromotorsystemen is onnodig, omdat veel motoren:

•

oud en inefficiënt zijn,

•

over gedimensioneerd zijn; omdat het rendement bij deel last lager is betekent dit onnodige verliezen,

•

een aan/uit schakeling ontberen, waardoor ze continu draaien, ook als er geen vraag naar prestatie is.


3

Energy related Products ErP (IE norm) DIRECTIVE 2009/125/EC OF THE EUROPEAN PARLIAMENT AND OF THE COUNCIL of 21 October 2009 establishing a framework for the setting of ecodesign requirements for energy-related products

Vanaf 16 juni 2011 moeten alle fabrikanten van elektromotoren minimaal voldoen aan het IE2 niveau. D.w.z. voorraad bij machinehandel e.d. mag nog verkocht worden, maar nieuwe productie van elektromotoren mag dan niet meer in efficiëntie 1/2/3.(Oude normering) Vanaf 1 januari 2015 moeten elektromotoren met een vermogen van 7,5kW tot 375kW (2-, 4- en 6-polig) minimaal voldoen aan IE3 niveau of IE2 in combinatie met een frequentieomvormer. Vanaf 1 januari 2017 moeten elektromotoren met een vermogen van 0,75kW tot 375kW minimaal voldoen aan IE3 niveau of IE2 in combinatie met een frequentieomvormer. Concreet houd dit in dat alle motorenfabrikanten dienen te optimaliseren, dit gebeurt o.a. d.m.v. hogere blikkwaliteit in stator en rotor, andere nemen weer koperrotorstaven maar ook een kleinere luchtspleet kan dit realiseren waardoor de motoren mechanisch hoogwaardiger worden. Dit kan een hogere aanschafprijs geven. Verwachting is 10-20% duurder, dit wordt echter snel terugverdiend door een lagere energierekening. (ErP= Energyrelated Product) © 2015 Eaton Corporation. All rights reserved.

4

Welke motoren vallen onder de ErP richtlijn? De IE-classificering is vastgelegd in de standaard IEC 60034-30-1:2014 (opvolger van de versie uit 2008). Zie bijlage I voor een specificatie van de IE-klassen en rendementen naar motorvermogen. Voor de elektromotor in de Richtlijn geldt de volgende definitie: Een elektrische driefase kooianker-motor van 50 Hz of 50/60 Hz met vast toerental die: •

2, 4 of 6 polen heeft;

•

een nominale spanning Un tot 1000 V heeft;

•

een nominaal vermogen Pn tussen 0,75 kW en 375 kW heeft;

•

wordt beoordeeld op basis van continubedrijf.


5

Welke motoren vallen NIET onder de ErP richtlijn? De ErP-richtlijn geldt niet voor motoren die:

•

ontworpen zijn voor omgevingen met explosiegevaar (ATEX); er zijn echter wel IE2- en IE3-motoren leverbaar die aan de ATEX-richtlijn voldoen.

•

ingezet worden bij een omgevingstemperatuur boven de 60 ºC en/of maximum bedrijfstemperatuur van meer dan 400 ºC.

•

ingezet worden in zeer koude omgevingen: bij een omgevingstemperatuur onder de -30 ºC (voor alle motoren), of van minder dan 0 ºC (voor watergekoelde motoren).

•

watergekoeld zijn met een ingangstemperatuur lager dan 0 ºC of hoger dan 32 ºC.

•

ingezet worden in een omgeving hoger dan 4.000 meter boven de zeespiegel.

•

ontworpen zijn om ondergedompeld in een vloeistof te werken.

•

de functie van remmotor hebben.

•

volledig in een ander product geïntegreerd zijn en waarvan de efficiëntie niet afzonderlijk bepaald kan worden.


6

Wat is het verschil tussen IE3 en IE2 motoren? Rendement (%)

IE4 Super-Premium Efficiëntie IE3 Premium efficiënte IE2 Hoge efficiëntie IE1 Standaard efficiëntie

0,75 kW 2017

7,5 kW 2015

Motorvermogen (kW)

Bron: Rijksdienst voor Ondernemend Nederland


7

Wat is het verschil tussen IE3 en IE2 motoren? Dikkere wikkelingen in de stator reduceren de ohmse weerstand en daarmee de stroom-warmteverliezen. Dit is een belangrijke maatregel voor hogere efficiëntie.

Dunner blik verkleint de wervelstroomverliezen

Langere stator zorgt voor een lagere magnetische flux dichtheid en dus lagere warmteverliezen in het ijzer. Bovendien kan meer warmte worden afgevoerd via de behuizing.

Dikkere rotorstaven en kortsluitringen reduceren de ohmse weerstand en daarmee de stroomwarmteverliezen in de rotor.

Geoptimaliseerde vleugelvorm van de koelvin zorgt voor meer koellucht en is energieefficiënter. Nauwkeurigere blikpakketten reduceren de magnetische strooiverliezen en bieden meer plaats voor de statorwikkelingen.


Hoogwaardig blikmateriaal reduceert de hystereseverliezen.

8

Wat zijn de gevolgen bij het toepassen van een IE3 motor? •

De nominale stroom van IE3 motoren is lager en ze verbruiken bij constant vermogen minder energie. •

•

•

IE3 motoren zijn inductiever, omdat de ohmse weerstand geringer is. Pv = I²R, dus de inschakelstroom is inductiever en hoger! •

Gevolg is kans op inbranden van magneetschakelaarcontacten.

•

Voortijdig afschakelen motorbeveiliging.

De mechanische afmetingen kunnen veranderen! •

•

Gevolg is minder energieverbruik en daarmee een lagere energierekening.

Constructie moet eventueel aangepast worden.

Door geringere slip is toerental ook iets hoger! •

Indien nodig mechanisch of via regelaars de snelheid aanpassen.


9

Starten van motoren • Er zijn diverse manieren om een motor te starten. • Direct online starter • Ster driehoek starter • Soft starter

• Frequentieregelaars

• De methode hangt af van de applicatie.


10

Direct online motor starter (DOL) • Koppel • Max. koppel haalbaar

• Mechanische schok bij opstarten

• Aanloopstroom • Hoge startstroom (typische waarden: 6….12 Inom bij IE2)

• Hoge startstroom (typische waarden: 10….15 Inom bij IE3)

• Geen variabele snelheid • Type motor • Standaard asynchroon motor IE3 • Geen IE2 (volgens. ErP directive) • Geen PM motor (Permanent Magneet)


11

Ster-driehoek starter • Koppel • 1/3 Koppel in vergelijk met direct starter

• Gereduceerde mechanische schok tijdens start, ook tijdens overschakelen.

• Aanloopstroom • Gereduceerde startstroom (typische waarden: 1,3….6 Ie IE2) • Gereduceerde startstroom (typische waarden: 2,2….9 Ie IE3)

• Geen variabele snelheid

• Type motor • Standaard asynchroon motor IE3 • Geen IE2 (volgens. ErP directive)

• Geen PM motor © 2015 Eaton Corporation. All rights reserved.

12

Softstarter • Koppel • Gereduceerd koppel in vergelijk met direct starter

• Geen schok tijdens start

• Aanloopstroom • Gereduceerde startstroom (typische waarden: 2….6 Ie IE2)

• Gereduceerde startstroom (typische waarden: 3….9 Ie IE3) L1 L2 L3

• Geen variabele snelheid • Type motor

Start

• Standaard asynchroon motor IE3

Stop

• Geen IE2 (volgens. ErP directive) • Geen PM motor

DM / DS


13

Drive • Koppel • Volledig koppel beschikbaar • Geen schok tijdens start

• Aanloopstroom • Alleen nominale stroom voor nominaal koppel nodig

• Variabele snelheid mogelijk

• Type motor • Standaard asynchroon motor IE2, IE3 en IE4 • Servo motoren en PM motoren afhankelijk van type frequentieregelaar


14

Korte samenvatting Direct Online Starters

Ster Driehoek Starters

Soft Starters

Drives (VSDs)

max mechanische schok

gereduceerde (1/3) schok tijdens overschakelen

gereduceerde of geen mechanische schok

(meer dan) nominaal koppel

Aanloopstroom

Hoog

gereduceerd

gereduceerd

nom. stroom

Variabele snelheid

Nee

Nee

Nee

Ja

Motoren IE2*

Nee

Nee

Nee

Ja

Ja

Ja

Ja

Ja

Nee

Nee

Nee

Ja**

Koppel

Motoren IE3, IE4 PM Motors * Na overgangsperiode ERP

** Afhankelijk van type VSD (Variable Speed Drive)

prijs


15

Kiezen van de juiste motor •

IE2/3/4-motoren hebben afwijkende bouwvormen (langer, andere diameter). De aansluitmaten (as-hoogte, voetplaatcentrering, kabelaansluiting e.d.) van IE2/3/4-motoren komen doorgaans wel overeen met die van oudere motoren.

•

Wordt de motor frequentiegeregeld, dan moet de nieuwe motor expliciet geschikt zijn voor (het type) frequentieregelaar. Om resonantie te voorkomen, moet de kritische frequenties boven het regelbereik van de frequentieomvormer zitten. Let ook op smering, snelheidsbegrenzing, en de materiaalmoeheid die optreedt door versnellen en vertragen.

•

Let op het belastingpatroon van de motor: motoren met een beter efficiëntielabel zijn niet in alle bedrijfssituaties daadwerkelijk efficiënter. De hogere efficiëntie van IE3 en IE4 motoren komt pas in voortdurend bedrijf bij een constant toerental naar voren. In het algemeen is IE2 een betere optie voor motoren die minder dan 2.000 uur per jaar draaien en/of vaak moeten opstarten en stoppen.

•

Bij IE3 of IE4 motoren ligt het toerental bij nominaal vermogen iets hoger dan bij motoren met IE2 of lagere efficiencyklasse. Door de hogere snelheid neemt ook het energieverbruik toe, en zonder maatregelen verdwijnt een deel van de beoogde efficiency winst. Dit kan gecompenseerd worden door de overbrengingsverhouding aan te passen, of door de frequentieregelaar goed in te regelen, of in geval van het tegelijk vervangen van een pomp of ventilator, deze anders te dimensioneren. (bij ventilatoren en pompen neemt het koppel kwadratisch toe met toename van de snelheid) Bron: Rijksdienst voor Ondernemend Nederland


16

Welke magneetschakelaars zijn geschikt voor IE3 motoren? Motoraanloop

Direct Ia <60 A < Ie =7,5 A / 5,2 kVA

Direct aanloop in NIET openbaar netwerk (Bij sommige openbare netwerken mag >4kW niet direct op het net inschakelen)

Ster/driehoek, softstarter, frequentieregelaar

Motor-vermogen kW

3

4

5,5

7,5

11

15

18,5

22

30

37

45

55

75

90

Motorstroom

A

7

9

12

15,5 17

25

32

38 40

50

65

72 80

95

115

150

170

DILE

AC DILEEM DILEM

DILEM12

Mini magneet schakelaar

DC DILEEM DILEM

DILEM12

FS 1

AC DILM7

DILM9

DILM12

DILM15

DC DILM7

DILM9

DILM12

DILM15

FS 2

FS 3

FS 4

AC

DILM17

DILM25

DILM32

DILM38

DC

DILM17

DILM25

DILM32

DILM38

AC

DILM40

DILM50

DILM65

DILM72

DC

DILM40

DILM50

DILM65

DILM72

AC

DILM80

DILM95

DILM115

DILM150

DILM170

DC

DILM80

DILM95

DILM115

DILM150

DILM170

= IE3 gereed = Zijn per 1 januari 2015 geschikt voor IE3


17

Wat zijn de gevolgen voor de motorbeveiligingen?

Inrush / √2= Ieffectief, 239/1,414= 169 A PKZM0-12 tript op kortsluiting bij stromen groter dan 14xInom= 14x12=168A


18

Wat zijn de gevolgen voor de motorbeveiligingen? PKZM0… , PKZM01… , PKZ4…

Afschakelcurve PKZM0-..

De stroom bij motoraanloop en de aanlooppiekstroom ligt onder de afschakelcurve

Motorstroom

In het gebied van de startstroom moet ook met de mogelijke toleranties van de magnetische afschakelspoel rekening worden gehouden. Afhankelijk van de tolerantie kan er ongewenst afgeschakeld worden.

Verhogen van de kortsluitafschakelstroom van 14 x Inom naar 15,5 x Inom.


19

Waarom van 14 x Inom naar 15,5 x Inom en niet naar 20 x Inom? Eaton heeft in haar pakket ook een PKZM0-..-T. Deze is speciaal geschikt voor transformatoren. Deze heeft een kortsluitafschakelcurve van 20xInom. Dit i.v.m. de inrush van transformatoren. Toch wordt dit niet de vervanger van de huidige PKZM serie. Dit heeft o.a. Te maken met de maximale motorkabellengte.

Lmax = Un x

A

2 x ρ x Ik x Inom PKZ

Lmax = de maximale lengte (m) A

= de doorsnede van de geleider (mm2)

Un

= de nominale netspanning (V)

ρ

= de soortelijke weerstand van koper (Ωm (bij 100°: 0,0235))

Ik

= aantal keer de fase-nul/aarde kortsluitstroom waarbij uitschakeling optreedt

Inom = Inom van de PKZ


20

Waarom van 14 x Inom naar 15,5 x Inom en niet naar 20 x Inom? Lmax = Un x

A

2 x ρ x Ik x Inom PKZ

Lmax A Un ρ Ik Inom

= 43,69 = 1,5 = 230 = 0,0235 = 14 = 12


= 39,46 = 1,5 = 230 = 0,0235 = 15,5 = 12



= = = = = =

30,59 1,5 230 0,0235 20 12

21

Eaton is klaar voor IE3 •

Vanaf 1 december 2014 zijn de volgende apparaten aangepast aan de nieuwe IE3 motoren: •

DIL… tot en met 150A

•

PKE12, PKE 32 en PKE65

•

PKZM0, PKZM01, PKZM4

•

Typenummers en artikelnummers veranderen niet!

•

Op de verpakking wordt aangegeven geschikt voor IE3 motoren!


22

Energie efficiëntie • Iedereen will energie besparen vanwege het broeikas effect en afnemende energiebronnen • Europese wetgeving definieert nieuwe energie efficiëntie eisen.

• Dit leid tot modificaties van huidige producten en uitfasering van inefficiënte producten.

Denk niet alleen wat de additionele kosten zijn, maar wat de voordelen zijn en de besparingen © 2015 Eaton Corporation. All rights reserved.

23

Energie efficiëntie De belasting van het aandrijfsysteem (de koppel-

Koppel karakteristiek Variabel koppel Koppel is gelijk aan kwadraat van snelheid

Toepassingen Stromingsmachines voor a) vloeistoffen met lage statische druk, zoals centrifugaalpompen voor procesvloeistoffen, verwarmingsinstallaties en koelinstallaties. b) gassen met lage statische druk, zoals ventilatoren voor koeltorens, luchtbehandelingsinstallaties en koelinstallaties

Energiebesparingsmogelijkheden Besparing Lagere snelheid geeft aanzienlijke a) 20-50% energiebesparing omdat het b) 30-70% koppel kwadratisch afneemt met de snelheid, en uitschakelen bij nullast bedrijf.

Constant koppel Koppel is constant bij elke snelheid

Transportbanden, en verdringerpompen en compressoren in systemen met hoge statische druk, zoals persluchtsystemen en ketelwatervoedingssystemen

Lagere snelheid geeft 10-25% energiebesparing evenredig met de snelheidsafname, en uitschakelen bij nullast bedrijf.

Constant vermogen Koppel is omgekeerd evenredig met de snelheid

Persen, draaibanken, zaagmachines, tools

Geen energiebesparing bij lagere 10-100% snelheden. Echter: besparingen mogelijk door toepassen optimale snelheden voor het te produceren onderdeel; en uitschakelen bij nullast bedrijf.

toerenkarakteristiek) is bepalend voor de

mogelijkheden voor frequentieregeling en andere regelingen. Zo wordt bij stromingsmachines de overcapaciteit vaak met een regelklep gesmoord, waardoor veel energie verloren gaat. Frequentieregeling is dan een efficiënter alternatief: met het aanpassen van het toerental draait de motor niet harder dan op dat moment noodzakelijk. Afhankelijk van het proces kan dit grote besparingen opleveren. De tabel hiernaast geeft per type koppel-toerenkarakteristiek voorbeelden van toepassingen en van mogelijke besparingen

qua regeling en besparingspercentage.

Bron:Rijksdienst voor Ondernemend Nederland


24

Pompsysteem •

In een pompsysteem is een variable flow gewenst

•

Variatie in deze flow kan worden bereikt door: • Een motor met constant toerental nemen en de flow met kleppen te regelen

• Inzet van een frequentieregelaar die de snelheid van de pomp aanpast aan de gewenste flow

•

Typische cyclus van een pompsysteem: • 100 % flow

in 6 % van de tijd

•

75 % flow

in 15 % van de tijd

•

50 % flow

in 35 % van de tijd

•

25 % flow

in 44 % van de tijd


25

Pompsysteem met een kleppen regeling 1= Pompcurve 2= Systeemcurve

3= Systeemcurve met klep 4= Pompcurve bij lage snelheid Pompverliezen (zonder eddy verliezen) Vl Klep verliezen Vt Pijp verliezen Vp Systeem output Bron: ZVEI

• • •

Flow regeling door gebruik van kleppen Grote verliezen in de klep Lage efficiëntie


26

Pompsysteem meet snelheidsregeling 1= Pompcurve 2= Systeemcurve 3= Systeemcurve met klep 4= Pompcurve bij lage snelheid Pompverliezen (zonder eddy verliezen) Vl Klep verliezen Vt Pijp verliezen Vp Systeem output

• •

Bron: ZVEI

Flow regeling met frequentieregelaar Grote reductie van verliezen = energie besparing


27

Vergelijk energie verbruik klepregeling versus snelheidsregeling

Bron: ZVEI


28

Eaton‘s software tool

Downloaden via: www.eaton.nl/tools


29

Eaton Energy Savings Estimator 0,75 kW motor


30


Uitgaande van €0,05 per kWh © 2015 Eaton Corporation. All rights reserved.

31



32



33

Frequentieregelaar overzicht PowerXLTM Frequentieregelaars

DC1 Compact Machines

DA1 Advanced Machines

11 kW / 400 V FS 1 – 3 250 kW / 400 V FS 2 – 8


34

DE1 nieuw in de PowerXL familie PowerXL™ DE1 Variabele Speed Starter •

De stap tussen motorstarter en frequentieregelaar

•

Uiterlijk en gedrag als een motorstarter

•

Mogelijkheden van een frequentieregelaar

De eenvoudigste weg naar een variabel toerental


35

Frequentieregelaar overzicht PowerXLTM DE1 Variabele Speed Starter

Frame size 1

Frame size 2

0,25 .. 1,5kW 1~ 230 V

2,2 kW 1~ 230 V

0,37 .. 1,5kW 3~ 400 V

2,2 .. 7,5kW 3~ 400 V

FS1 = 45 x 231 mm

FS2 = 90 x 230 mm © 2015 Eaton Corporation. All rights reserved.

36


37

ErP richtlijnen energie-efficiëntie en wat te doen Eaton Corporation. All rights reserved

Recommend Documents