Dokument Směrnice ErP 2009/125/ESwww.eaton.eu
Ochrana motorů pro revoluci IE3
M 3~
IE3 IE2 IE1
Dokument Jan Nowak 1. vydání 2015
ES 640/ ice 20 rn
09
I>
EU s m ě
Co znamená směrnice ErP pro spínací a ochranné systémy u elektromotorů
Platn
ost
15 0 2 . 1 . 1
Výsledkem stávající směrnice ErP jsou elektromotory se stále se zvyšující úrovní účinnosti, z nichž každá má vliv na konstrukci těchto motorů a použitých ochranných systémů Úvod Elektromotory mají v oblasti průmyslové výroby velký podíl, – konkrétně okolo dvou třetin – celkové spotřebované elektrické energie v sektoru. Ve skutečnosti, německý spolkový úřad pro životní prostředí počítá, že používání účinnějších řízení pohonu a motorových technologií by mohlo snížit spotřebu o cca 27 miliard kWh do roku 2020 pouze v Německu, což eliminuje kolem 16 milionů tun emisí CO2 v procesu1. Evropská unie rovněž uznala tento obrovský potenciál, což vede k zahájení jejích vlastních iniciativ, jejichž cílem je podporovat ekologicky šetrnější konstrukce produktů. Jádrem tohoto nového přístupu je směrnice 2009/125/ES pro "výrobky spojené se spotřebou energie", obecně známá jako směrnice ErP2. Tato směrnice stanovuje rámec pro definování požadavků na ekodesign – v rámci ES – u výrobků spojených se spotřebou energie. Také specifikuje řadu kritérií, která tyto produkty musí splňovat před uvedením do provozu v Evropě. Na druhé straně existují zvláštní předpisy pro každou z různých jednotlivých produktových skupin, na které se vztahuje směrnice ErP. V tomto kontextu je pro motory a pohony relevantní Nařízení Komise (ES) č. 640/20093 elektromotorů. Toto nařízení vyžaduje, aby průmyslový sektor postupně a trvale zvyšovat účinnost používaných motorů, s cílem, že používání motorů s účinností IE3 (nebo motorů IE2 ve spojení se systémy pro regulaci otáček) se stane povinné. Toto samozřejmě není bez následků: Aby bylo možné dosahovat stále vyšší úrovně energetické účinnosti, standardní asynchronní motory, které se řídí nařízením, musejí podstoupit řadu konstrukčních změn. A to má dalekosáhlý dopad nejen na motory samotné, ale také na použité komponenty včetně odpovídajících ochranných motorových systémů.
1 Německý spolkový úřad pro životní prostředí, Tisková zpráva č. 53/2009, Energetická účinnost v elektromotorech, 2009 http://www.umweltbundesamt.de/en/press/pressinformation/energyefficiency-in-electric-motors 2 Směrnice 2009/125/ES o stanovení rámce pro určení požadavků na ekodesign energetických spotřebičů 3 Nařízení Komise (ES) č. 640/2009 ze dne 22 července 2009, kterým se stanoví Nařízení Evropského parlamentu a Rady 2005/32/ES o požadavcích na ekodesign elektromotorů
2
Eaton WP042001EN
Samozřejmě zde vyvstane spousta otázek: Co přesně tyto IE3 konstrukční změny motorů znamenají pro návrh ochranných motorových systémů? Jaké druhy rizik tyto změny znamenají pro uživatele? Co uživatel musí mít na paměti při výběru rozvaděče pro IE3 motory? Jaká řešení pro ochranu motoru splňující požadavky současného vývoje jsou na trhu dostupná? Tento dokument poskytuje odpovědi na tyto a další otázky s cílem je pomoci uživatelům udržovat své spínací a ochranné systémy bezpečné v době IE3 motorů. Pozadí stávající směrnice ErP a jeho obsah ve vztahu k elektromotorům Jedním z cílů politiky životního prostředí Evropské unie je výrazně snížit emise skleníkových plynů a úroveň spotřeby energie do roku 2020. EU se v rámci své strategie "20/30-20-20" zavázala k dosažení následujících cílů do roku 2020: • Snížit emise skleníkových plynů až o 30 % • Zvýšit podíl obnovitelných zdrojů energie na 20 % • Všeobecně zvýšit energetickou účinnost o 20 % Právním základem pro tyto cíle je směrnice EuP, která byla schválena dne 6. července 2005 (2005/32/ES)4 a stanovuje další požadavky na ekologicky šetrný návrh energetických spotřebičů. Pozměněná verze této směrnice (2009/125/ES) vstoupila v platnost dne 21. října 2009 a rozšířila výše uvedené požadavky, aby zahrnovaly ekologicky šetrný návrh výrobků spojených se spotřebou energie (odtud název "ErP"). V Německu byla směrnice včleněna do zákona o energetických spotřebičích (EBPG – - Energiebetriebene-Produkte-Gesetz), která je obecně známá jako směrnice o ekodesignu.5 Směrnice ErP 2009/125/ES stanovuje rámec pro definování požadavků na ekodesign – energetických spotřebičů – v rámci ES Mezi tyto výrobky patří například systémy elektromotorů a aplikace HVAC, jako jsou beznádržové ohřívače vody, elektrické ohřívače vody, chladničky a mrazničky pro komerční účely, klimatizační zařízení, čerpadla, ventilátory a kompresory.
4 Směrnice 2005/32/ES o stanovení rámce pro určení požadavků na ekodesign energetických spotřebičů 5 Normy ZVEI - elektromotory a frekvenční měniče – a právní požadavky na energetickou účinnost nízkonapěťových třífázových motorů 2013
Mezitím, Nařízení (ES) č. 640/2009 stanovuje povinné minimální úrovně účinnosti pro širokou škálu jmenovitých výkonů pro nízkonapěťové třífázových asynchronní motory. Tento typ motoru je rozšířený v obchodních a průmyslových odvětvích a v roce 2005 představoval přibližně 90 % veškeré spotřeby energie elektromotorů v 27 státech EU6. Evropský výbor výrobců elektrických strojů a výkonové elektroniky (CEMEP) v rámci tohoto nařízení definoval třídy EFF, které byly dobrovolně přijaty do průmyslu, a které byly nahrazeny třídami IE definovanými v normě IEC 60034-307 indukčních motorů. Tyto třídy jsou následující: IE1 (standardní účinnost), IE2 (zvýšená účinnost) a IE3 (vysoká účinnost). V červnu 2014 byly do návrhu normy IEC 60034-30-1 oficiálně začleněny nové specifikace pro třídu energetické účinnosti IE4 (velmi vysoká účinnost). Účinnost v normě IE je počítána pomocí nové metody (definované v IEC 60034-2-1:2007), a je znázorněna v následujícím grafu:
Rozsah aplikace motoru v nařízení bude v příštích několika letech rozšířena s cílem ušetřit ještě více energie v průmyslových motorech a pohonných systémech. Nyní je regulační rámec pro standardní asynchronní motory následující: Nařízení (ES) č. 640/2009, článek 3 (výňatek)8 • "Od 16. června 2011 motory nesmí být méně účinné, než je úroveň účinnosti IE2..." • Od 1. ledna 2015: motory o jmenovitém výkonu 7,5 až 375 kW nesmí být méně účinné, než úroveň účinnosti IE3 nebo musí splňovat úroveň účinnosti IE2 a být vybaveny elektronickou regulací otáček. • Od 1. ledna 2017: všechny motory o jmenovitém výkonu 0,75 až 375 kW nesmí být méně efektivní, než úroveň účinnosti IE3, nebo musí splňovat úroveň účinnosti IE2 a být vybaveny elektronickou regulací otáček.
100 95 90 IE4
Účinnost motoru (%)
85
IE3
80
IE2
75 IE1
70 0.1
1
10
100
1000
Výkon motoru (kW)
Třída
Klasifikační rychlost [1/min]
Točivý moment při Klasifikační výkon nepřetržitém provozu [kW] [Nm]
Jmenovitá účinnost [%]
Energetická ztráta [W]
V porovnání s IE1
IE1
1,500
35
5,5
87,4
693
IE2
1,500
35
5,5
87,7
676,5
IE3
1,500
35
5,5
89,6
572
-21,2 %
IE4
1,500
35
5,5
92,0
440
-57,5 %
-2,4 %
IEC 60034-30 Obr.1: Křivky účinnosti (IE kód) pro standardní asynchronní motory, platné po celém světě. Zdroj: IEC 60034-30
6 Německá spolková agentura pro životní prostředí, Tisková zpráva č. 53/2009, Energetická účinnost elektromotorů, 2009 7 IEC 60034-30: 2008, norma definující třídy účinnosti nízkonapěťových motorů
8 Normy ZVEI - elektromotory a frekvenční měniče – a právní požadavky na energetickou účinnost nízkonapěťových třífázových motorů 2013 Eaton WP042001EN
3
Porovnání mezinárodních směrnic a nařízení o energetické účinnosti
Nařízení se vztahuje na všechny jednorychlostní třífázové 50 Hz nebo 50/60 Hz asynchronní motory s následujícími charakteristikami: 2 až 6 pólů, jmenovité napětí UN nejvýše 1000 V, jmenovitý výkon PN od 0,75 kW do 375 kW, je určen pro nepřetržitý provoz.
Přísnější limity a požadavky na regulaci motoru zvyšují tlak na společnosti, aby přešly na energeticky úspornější motory a pohonné systémy. A tento jev není omezen na Evropu: Vlády a sdružení po celém světě se snaží podporovat používání účinných elektromotorů v průmyslovém sektoru.
Následující motory jsou od tohoto nařízení osvobozeny: brzdové motory, motory do prostředí s nebezpečím výbuchu, motory určené k provozování zcela ponořené do kapaliny a motory plně integrovány do produktu (např. stroj), což znemožňuje přesné měření účinnosti motorů. Původní verze9 obsahovala dodatečné výjimky, ale ty byly silně omezeny v aktualizovaném nařízením (ES) 4/201410, která vstoupila v platnost dne 27. července 2014. Přesněji řečeno, došlo ke změně následujících omezení výjimek a rozšíření rozsahu použití v rámci nařízení:
Jak je znázorněno na obrázku 2, minimální normy účinnosti jsou již několik let zavedeny v USA (IE2 od roku 2004 a IE3 od roku 2010), kde již motory s účinností IE2 mají více než 50 % podíl na trhu, a ještě účinnější motory IE3 již překročili hranici 20 %. V Německu a v Evropě má procento motorů IE3 je ještě daleko k 10 %, což znamená, že je zde stále velký potenciál v oboru.11 Standard IE2 se mezitím stal povinným v Číně v roce 2011 a čínská vláda již pracuje na realizaci standardu IE3. Pro německé strojírenství a systémový průmysl, které značně spoléhají na vývoz, to znamená, že energetickou účinnost motorů a pohonných systémů je třeba řešit efektivněji, pokud má být odvětví globálně úspěšné dnes i do budoucna.
• Nadmořské výšky přesahující 1000 m se změnily na výšky přesahující 4000 m • Okolní teploty vyšší než +40°C byly změněny na okolní teploty vyšší než +60°C • Okolní teploty nižší než -15°C byly změněny na okolní teploty nižší než -30°C (pro všechny motory) nebo nižší než 0°C, pro motory s vodním chlazením • Teploty chladicích kapalin na vstupu do produktu nižší než 5°C nebo vyšší než 25°C, byly změněny na teploty nižší než 0°C nebo vyšší než 32°C.
Legislativní časová osa pro přechod na třídy účinnosti motorů IE1: Čína (Y2) IE2: Korea, fáze 1 IE2: Brazílie IE3: USA
IE2: Kanada a USA IE2: Mexiko 2003
2004
2005
IE2: Oceánie 2006
2007
2008
IE3: EU, fáze 2
IE3: Kanada IE2: Čína (Y3) IE2: EU, fáze 1
2009
2010
2011
2012
2013
IE3: EU, fáze 3
2014
2015
2016
2017
Směrnice ErP (přepracovaná) ustanovená v EU EISA ustanovená v USA Směrnice EuP ustanovená v EU Obr. 2: Mezinárodní harmonogram realizace tříd energetické účinnosti pro standardní asynchronní motory. Zdroj: IMS Research
9 Viz Nařízení Komise (ES) č. 640/2009 ze dne 22. července 2009 10 Nařízení Komise (EU) č. 4/2014 ze dne 6. ledna 2014, kterým se mění nařízení (ES) č. 640/2009, kterým se stanoví směrnice Evropského parlamentu a Rady 2005/32/ES o požadavcích na ekodesign elektromotorů
4
Eaton WP042001EN
11 Deutsche Energie Agentur GmbH (dena), Dipl.-Ing. Günther Volz, Ratgeber „Elektrische Motoren in Industrie und Gewerbe: Energieeffizienz und Ökodesign-Richtlinie“ [„Elektromotory v průmyslovém a obchodním sektoru: Energetická účinnost a směrnice ekodesignu, dostupné pouze v němčině“], 2010
Dopady na konstrukci motoru vyplývající z přechodu na IE3
Dopad vyšších rozběhových proudů na ochranná zařízení
Tyto požadavky stanovené ve směrnici ErP a regulace motoru nutí výrobce elektromotorů změnit konstrukce u svých produktů (viz obrázek 3). Na druhé straně, tyto změny rovněž ovlivňují elektrické vlastnosti motorů: Silnější dráty u magnetu ve statoru a silnější rotorové tyče a zkratovací kroužky zvyšují odolnost. Optimalizovaný průřez laminace snižuje ztráty díky rozptýlené zátěži. Kvalitnější materiál použitý pro laminaci snižuje hysterezní ztráty.
Výše uvedené změny v návrhu motorů s vysokou účinností, stejně jako potenciální rizika, která s sebou nesou, znamenají, že výrobci ochranných zařízení musí provést kontrolu svých zařízení v nových podmínkách a provést potřebné úpravy. Toto je naprosto nezbytné, protože uživatelé budou očekávat spolehlivá a bezpečná řešení, která splňují požadavky ochranných zařízení motoru ve věku motorů odpovídajícím standardu IE3 nejpozději od 1. ledna 2015.
Všechny tyto změny znamenají, že vysoce účinné motory mají vyšší indukční odpor, což vyplývá ze skutečnosti, že odpovídající ztráty mědi (Pv = I²R) jsou menší. To má zase za následek vyšší rozběhový proud motorů. Výsledkem toho všeho je, že odpovídající rozvaděč, jako jsou stykače a ochranné motorové jističe, je třeba upravit také. Uvedené vyšší počáteční proudy mohou vyústit například v nežádoucí vypínání, i když nedojde k žádné poruše nebo zkratu. Kromě toho, u stykače může docházet k odskoku kontaktu, který se bude projevovat dalším tepelným zatížením zařízení, které v extrémních případech povede k lepení kontaktů. Pokud se kontakty roztaví, může dojít k poruše drahého stroje spojené s drahým servisem. Navíc dojde ke zkrácení životnosti stykače.
Silnější vinutí statoru snížují odpor a tím i tepelné ztráty proudu. To je nejdůležitější opatření pro vysokou účinnost.
Studie chování rozvaděče při spuštění IE3 motorů s přímým startováním Společnosti Eaton, jako jeden z předních světových odborníků na bezpečné pohánění, přepínání a ochranu motorů, nedávno provedla studii, která podrobně zkoumá chování ochranných zařízení motorů v reálných testech. Chcete-li zjistit, jak konstrukční změny IE3 motorů mohou ovlivnit jeho ochranná zařízení, naše společnost provedla testy s použitím IE3 motorů od různých známých výrobců. Následuje příklad, který ukazuje výsledky získané s třemi různými značkami:
Snížení vířivých proudů díky tenkým magnetický destičkám.
Větší stator umožňuje nízkou magnetickou indukci a tím nižší magnetickou indukci v železe. Kromě toho mohou být další tepelné ztráty rozptýleny do pouzdra.
Silnější tyče rotoru a vodivé materiály snížují odpor, a tak dochází k nižším ztrátám mědi uvnitř rotoru.
Optimalizovaný tvar lopatek ventilátoru dodává více chladicího vzduch a spotřebuje méně hnací energie.
Optimalizovaná geometrie kovů snižuje rozptýlené magnetické ztráty a poskytuje více prostoru pro vinutí statoru.
Vysoce kvalitní magnetický potah snižuje hysterezní ztráty.
Obr. 3: Vysoce účinné motory mají, vzhledem ke změnám v jejich elektrických charakteristikách, vyšší indukčnosti, což vede k vyšším rozběhovým proudům. Zdroj: Eaton
Eaton WP042001EN
5
Elektromotor (příklad 1), 4 póly, IE3, 5,5 kW, Ie = 12A Spuštění s 80 % zátěží
Proud / A 250
Náběhová špička 239A Rozběhový proud Ia (nejvyšší hodnota) 196A
200
Rozběhový proud Ia (rms) 121A
150 100
Činitel Ia/ Ijmenovitý přibližně 10
50
Provozní proud I(rms) 9,7A
0 -50 -100 Proud L1 -150
Obr. 4: Chování 5,5 kW IE3 elektromotoru (značka 1) s jmenovitým I = 12 A při rozběhu – RMS rozběhového proudu Ia bylo desetkrát vyšší než jmenovitý pracovní proud. Zdroj: Eaton
-200
Rozběh 575 ms
Provoz
-250 0,05
0,15
0,25
0,35
0,45
0,55
0,65
0,75
Time / s
Elektromotor (příklad 2), 2 póly, IE3, 5,5 kW Ie = 11A Spuštění s 80 % zátěží
Proud / A 250 Náběhová špička 204A 200
Rozběhový proud Ia (nejvyšší hodnota) 183A
Rozběhový proud Ia (rms) 135A
150 100
Činitel Ia/ Ijmenovitý přibližně 12
50
Provozní proud I(rms) 8,7A
0 -50 -100 Proud L1 -150
Obr. 5: Chování 5,5 kW IE3 elektromotoru (značka 2) s jmenovitým I = 11 A při rozběhu – RMS rozběhového proudu Ia bylo dvanáctkrát vyšší než jmenovitý pracovní proud. Zdroj: Eaton
-200
Rozběh 1,7s
Provoz
-250 0,1 0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
1,1
1,2
1,3
1,4
1,5
1,6
1,7
1,8
1,9
2,0 Zeit / s
Elektromotor (příklad 3), 4 póly, IE3, 5,5 kW, Ie = 10,3A
Proud / A
Spuštění s 80 % zátěží
250 200
Náběhová špička 175A Rozběhový proud Ia (nejvyšší hodnota) 143A
150
Rozběhový proud Ia (rms) 97A
100 Činitel Ia/ Ijmenovitý přibližně 9
50
Provozní proud I(rms) 9,3A
0 -50 -100 Proud L1 -150
Obr. 6: Chování 5,5 kW IE3 elektromotoru (značka 3) s jmenovitým I = 10,3 A při rozběhu – RMS rozběhového proudu Ia bylo devětkrát vyšší než jmenovitý pracovní proud. Zdroj: Eaton
6
-200
Rozběh 0,9s
Provoz
-250 0
Eaton WP042001EN
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
1,1
Time / s
U testovaných IE3 elektromotorů byly během studie vypočítány následující rozběhové činitelé: Elektromotor
Třída účinnosti Výkon kW Jmenovitý A provozní proud In Naměřené hodnoty Rozběhová špička (maximální A hodnota) Rozběhová špička A (RMS) Rozběhový proud Ia (maximální A hodnota) Rozběhový proud A Ia (RMS) Zátěžový proud In A (RMS) Faktory Rozběhová špička (maximální hodnota) Rozběhová špička (RMS) Rozběhový proud Ia (maximální [-] hodnota) Rozběhový proud Ia (RMS)
Značka 1
Značka 2
Značka 3
IE3 5,5
IE3 5,5
IE3 5,5
Výsledek IE3 5,5
12
11
10,3
12
240
204
172
170
144
122
200
193
141
124
135
96
10,8
20,0
18,5
16,7
20
14,1
13,1
11,8
14
16,7
17,5
13,7
17
10,3
12,3
9,3
12
Obr. 7: Porovnání chování při startu testovaných 5,5 kW IE3 elektromotorů. Zdroj: Eaton
Srovnání výsledků studie a technických specifikací u testovaných modelů ukazuje, že rozběhové proudy naměřené při reálných testech jsou vyšší, než uvádí výrobci. Testy dále ukázaly, že rozběhové proudy motorů IE3 jsou výrazně vyšší než u IE2 motorů – ve skutečnosti jsou dokonce 1,25 krát vyšší než rozběhové proudy IE1 motorů. Vyšší rozběhové proudy charakterizující IE3 motory také vedly příslušné výbory k diskuzi o provedení změn v důležité normě: IEC/EN 60947. Tato změna by spočívala ve zvýšení požadovaných minimálních rozběhových činitelů ochranných zařízeních. Norma IEC/EN 60 947 popisuje charakteristiky návrhu, funkční vlastnosti a zkoušky pro nízkonapěťové spínací a řídicí zařízení, její obsah je reprodukován v německém nařízení VDE 0660.
Výzvy pro výrobce spínacích a ochranných zařízení Výše uvedený vývoj nutí výrobce spínacích zařízení provést revizi a optimalizaci svého stávajícího portfolia produktů. V souladu s tím společnost Eaton využila své studie k otestování obou stykačů pro přímé spouštění na veřejných a soukromých systémech elektrického napájení a pro spínač hvězda-trojúhelník pro ověření, zda jsou IE3-ready, a také je otestovala v kombinaci se softstartéry a proměnným kmitočtem. Kromě toho byla studie použita také pro otestování výkonu mechanických a elektrických ochranných motorových jističů. Následuje popis dopadu vyšších rozběhových proudů na různá spínací a ochranná zařízení a možná řešení.
• Stykače: Testy ukázaly, že stykače musí být v případě nutnosti optimalizovány pro vyšší rozběhové proudy IE3 motorů. Jedním z možných řešení je zvýšení přítlačného tlaku. V tomto případě je úkolem najít a zajistit ideální rovnováhu mezi výkonem jednotky, která je nadále dostatečně nízká (energetická účinnost) a větším přítlačným tlakem (bezpečnost), aby vyšší rozběhové proudy motorů s vysokou účinností nepředstavovaly problém. • Mechanické a elektronické ochranné motorové jističe: Navzdory vyššímu rozběhovému proudu nedošlo během testování k žádnému nežádoucímu vypínání. Nicméně je třeba vzít v úvahu tolerance magnetického uvolňování v rámci rozsahu rozběhového proudu, protože v důsledku těchto odchylek může dojít k nežádoucímu vypínání. Řešení: Aby se při startování motoru zabránilo nežádoucímu vypínání, je třeba zvýšit práh reakce zkratové spouště. V závislosti na nejistém rozpětí proudu to lze provést pomocí silnější pružiny nebo nastavením vyšší pozice západky u elektromechanické uvolňovací pružiny. Na druhé straně je možné také posunout charakteristickou křivku elektronické zkratové spouště (vypínací blok) směrem nahoru. Toho lze dosáhnout modifikací transformátoru pomocí silnějšího sekundárního vinutí, nebo modifikací elektronického hardwaru (bypassový rezistor) a/nebo softwaru (vypínací charakteristika).
Praktická rada: Co by uživatelé měli mít na paměti při výběru ochranných zařízení? Většina změn, které přinesla realizace IE3 motorů, jsou výhradní starostí výrobců elektromotorů a spínacích zařízení. Uživatelé při výběru těch správných ochranných zařízení však také musí pamatovat na některé věci: Například na výše uvedené tolerance magnetického uvolňování v rozsahu rozběhového proudu, protože tyto tolerance mohou dosáhnout až 20 %. Pro jistotu, že vypínací charakteristika a charakteristika motoru se nebudou, na vzdory vyšších rozběhových proudů (které způsobily nežádoucí vypínání), vzájemně dotýkat, obě musí být předem v rovnováze, jak je požadováno při konkrétní aplikaci. Nástroje jako je program Eaton Curve Select se mohou v tomto kontextu ukázat jako nepoužitelné. Kromě toho by se uživatelé měli ujistit, že rozvaděče ochranných motorových zařízení používané s motory s vysokou účinností jsou skutečně IE3-ready. To je naprosto nezbytné, protože jinak bude bezpečnost a spolehlivost používaných strojů a zařízení ohrožena. Proto je důležité být velmi opatrní při výběru dodavatelů ochranných zařízení a používat pouze produkty, u kterých bylo prokázáno, že splňují nové požadavky. Eaton přichází na pomoc i zde s jeho praktickým nástrojem "Konfigurátor motorového spínače" s funkcí filtrování, která uživatelům poskytne naprostou jistotu, že jsou jejich produkty IE3-ready. Jednoduše řečeno, s tímto programem by hledání správného řešení spínače motoru pro jakékoliv použití zvládlo i dítě. Za poslední, uživatelé by měli používat výhradně značkové produkty. Důvodem je to, že jen u dobře známého výrobce lze očekávat provádění dostatečného testování pro zajištění, že jsou jeho produkty IE3-ready. Kromě toho se při výběru ochranných motorových produktů doporučuje zvolit stykače a motorové jističe určené pro použití s IE3 aplikacemi. To je obzvláště důležité, protože pomocné stykače a speciální stykače nacházející se v topných a osvětlovacích systémech a motorech s nižšími taktovacími frekvencemi nemají dostatečně velký přítlačný tlak, což znamená, že nejsou vhodné pro spínání IE3 motorů. Při výběru nástrojů od společnost Eaton má uživatel naprostou jistotu, že neudělá žádnou zásadní chybu.
Eaton WP042001EN
7
Závěr Jedna z klíčových kompetencí společnosti Eaton je více než 100letý vývoj kvalitních spínacích zařízení včetně stykačů, motorových startérů a dokonce i nových spínačů s variabilní rychlostí PowerXL dE1 (VSS) a pohonů s frekvenčním měničem PowerXL. Společnost Eaton, globální lídrem v distribuci energie, provedla důkladné testy nejen svého sortimentu produktů pro zajištění jejich kompatibility při použití s IE3 motory, ale také přijala veškerá opatření, aby za to mohla ručit. Vyšší limity vypínání: Společnost Eaton po důkladném testování optimalizovala své DIL stykače a jejich ochranné motorové jističe PKZ a PKE podle nových požadavků IE3 motorů. Aby byla zajištěna maximální úroveň spolehlivosti a bezpečnosti, odborníci na ochranná motorová řešení zvýšily práh odezvy zkratové spouště, protože předchozí rozběhový činitel s hodnotou 8 (z rozběhového proudu na provozní proud) aktuálně uvedený v normě ČSN EN 60947-4-1 nebyl pro IE3 motory postačující. Společnost Eaton obezřetně zvýšila rozběhový faktor svých produktů na hodnoty 12 až 15,5, čímž je schopna zaručit vhodnost svých zařízení v budoucnosti. Společnost navíc dovedla k dokonalosti jemné vyvážení stykačů, které mají maximálně nízký výkon za účelem optimalizace energetické účinnosti a zároveň budou moci bezpečně přejít na vyšší rozběhové proudy, které charakterizují IE3 motory.
Jasná identifikace: Stykače v sérii DIL i ochranné motorové jističe v produktových řadách PKZ a PKE jsou již perfektní volbou pro bezpečnou obsluhu IE3 motorů. A aby uživatelé mohli snadno identifikovat tato zařízení a mohli zvolit své produkty snadněji, společnost tyto produkty označuje štítky (viz obrázek 9), které jasně ukazují, že jsou "IE3-ready". Tak si uživatelé mohou být jisti, že se nesetkají s žádným nepříjemným překvapením čekajícím za rohem. Štítek je obzvláště důležitý proto, že strojírenství má působnost po celém světě – ve spojení s tím, jak se v různých částech světa postupně implementují motory s vyšší účinností, je velmi pravděpodobné, že na skladech budou ve stejný okamžik zařízení, které nejsou IE3-ready i zařízení IE3-ready. Zde může štítek pomoci vyhnout se nákladné chybě a použití naprosto nevhodné komponenty pro spuštění IE3 motoru.
20min 10min
vypínací charakteristiky
5min
Proud při spuštění motoru i rozběhový proud jsou pod vypínací charakteristikou.
2min 1min
20s 10s 5s
charakteristiky motoru
2s
U rozsahu rozběhového proudu je třeba vzít v úvahu případné tolerance magnetického uvolňování.
1s 500ms
200ms 100ms 50ms
20ms 10ms 5ms 2ms 1ms 1 1,2 1,5
2
2,5 3
4
5
7
10 12
15
20
25 30
40
50
70
100 120 150
200 250 300
400 500
Obr. 8: Chování vypínání mechanického ochranného motorového jističe při zkušebním provozu s elektromotorem 5,5 kW IE3. Zdroj: Eaton
8
Eaton WP042001EN
slovy, používání produktů Eaton uživatelům zajišťuje, že nemusí mít obavy s tím, které produkty by měly být používány s kterými třídami energetické účinnosti, což navzdory novým směrnicím znatelně zjednoduší život. Skutečnost, že jediná produktová řada zahrnuje oba typy IE2 a IE3 aplikací, eliminuje potřebu strojírenské a skladové práce navíc.
Obr. 9: DIL stykače a ochranné motorové jističe PKZ a PKE jsou IE3-ready. Zdroj: Eaton
Globální řešení na všechno: Společnost Eaton je jedním z prvních výrobců, kteří nabízejí řešení, která se prokázala při použití s oběma typy motory IE2 a IE3 – po celém světě. Jinými
DIL ....
Prověřené budoucností: V současné době se pracuje na konceptu normy pro aktualizaci DIN EN 60947-4-1 pro IE3 motory. To je důvod, proč jsou ochranná zařízení Eaton pro budoucnost konstruována tak, že mohou zaručit vyhovění všem novým požadavkům přidaným do příslušných norem. To také znamená, že se uživatelé nemusí zabývat nadbytečnými strojírenskými složitostmi, protože společnost Eaton se už o všechny vývojové práce postarala.
PKZM .....
PKE ....
Bibliografie: • Německá spolková agentura pro životní prostředí, Tisková zpráva č. 53/2009, Energetická účinnost elektromotorů, 2009 http://www.umweltbundesamt.de/en/press/pressinformation/ energy-efficiency-in-electric-motors • Směrnice 2009/125/ES o stanovení rámce pro určení požadavků na ekodesign výrobků spojených se spotřebou energie • Nařízení Komise (ES) č. 640/2009 ze dne 22 července 2009, kterým se stanoví Nařízení Evropského parlamentu a Rady 2005/32/ES o požadavcích na ekodesign elektromotorů • Směrnice 2005/32/ES o stanovení rámce pro určení požadavků na ekodesign energetických spotřebičů • Normy ZVEI - elektromotory a frekvenční měniče – a právní požadavky na energetickou účinnost nízkonapěťových třífázových motorů, 2013 • Německá spolková agentura pro životní prostředí, Tisková zpráva č. 53/2009, Energetická účinnost elektromotorů, 2009 • Nařízení Komise (EU) č. 4/2014 ze dne 6. ledna 2014, kterým se mění nařízení (ES) č. 640/2009, kterým se stanoví směrnice Evropského parlamentu a Rady 2005/32/ES o požadavcích na ekodesign elektromotorů
• Deutsche Energie Agentur GmbH (dena), Dipl.-Ing. Günther Volz, Ratgeber „Elektrische Motoren in Industrie und Gewerbe: Energieeffizienz und Ökodesign-Richtlinie“, 2010 Deutsche Energie Agentur GmbH (dena), Dipl.-Ing. Günther Volz, Ratgeber „Elektrische Motoren in Industrie und Gewerbe: Energieeffizienz und Ökodesign-Richtlinie“, 2010 [„Elektromotory v průmyslovém a obchodním sektoru: Energetická účinnost a směrnice ekodesignu, dostupné pouze v němčině] • DIN EN 60947-1:2011-10; VDE 0660-100:2011-10, Nízkonapěťové spínací a řídicí zařízení – Část 1: Všeobecná pravidla (IEC 60947-1:2007 + A1:2010); Německá verze EN 60947-1:2007 + A1:2011 • IEC 60034-30: 2008, norma definující třídy účinnosti nízkonapěťových motorů • Eaton, Günter Baujan, Ralf Thar, Jan Nowak, “Nová směrnice ErP: Ochrana a spínání IE3 motorů” Studie, 2014
Eaton WP042001EN
9
Kombinace motorových spínačů Standardní
NZM…+DIL M72 až DIL M500
PKZM4 …+DIL M17 až DIL M65
PKZM0 …+DIL M17 až DIL M32
PKZM0 …+DIL M7 až DIL M15
Údaje motoru Jmenovitý AC-3 provozní 380V proud 400V 415V P Ie
10
Moeller® series Jmenovitý zkratový proud
Ochranný motorový jistič
Stykač typ součinnosti “1”
Stykač typ součinnosti “2”
Iq
kW
A
kA
0.06
0.21
150 / 50*
PKZM0-0,25
DILM7-…
DILM7-…
0.09
0.31
150 / 50*
PKZM0-0,4
DILM7-…
DILM7-…
0.12
0.41
150 / 50*
PKZM0-0,63
DILM7-…
DILM7-…
0.18
0.6
150 / 50*
PKZM0-0,63
DILM7-…
DILM7-…
0.25
0.8
150 / 50*
PKZM0-1
DILM7-…
DILM7-…
0.37
1.1
150 / 50*
PKZM0-1,6
DILM7-…
DILM7-…
0.55
1.5
150 / 50*
PKZM0-1,6
DILM7-…
DILM7-…
0.75
1.9
150 / 50*
PKZM0-2,5
DILM7-…
DILM7-…
1.1
2.6
150 / 50*
PKZM0-4
DILM7-…
DILM7-…
1.5
3.6
150 / 50*
PKZM0-4
DILM7-…
DILM7-…
2.2
5
150 / 50*
PKZM0-6,3
DILM7-…
DILM7-…
3
6.6
150 / 50*
PKZM0-10
DILM7-…
DILM17-…
4
8.5
150 / 50*
PKZM0-10
DILM9-…
DILM17-…
5.5
11.3
50
PKZM0-12
DILM12-…
DILM17-…
7.5
15.2
50
PKZM0-16
DILM15-…**
DILM17-…
11
21.7
50
PKZM0-25
DILM25-…
DILM25-…
15
29.3
50
PKZM0-32
DILM32-…
DILM32-…
18.5
36
50
PKZM4-40
DILM38-…**
DILM40
22
41
50
PKZM4-50
DILM50
DILM50
30
55
50
PKZM4-58
DILM65
DILM65
34
63
50
PKZM4-63
DILM65
DILM65
37
68
50
NZMN1-M80
DILM72**
DILM80
45
81
50
NZMN1-M100
DILM95
DILM95
55
99
50
NZMN1-M100
DILM115
DILM115
75
134
50
NZMN2-M160
DILM150
DILM150
90
161
50
NZMN2-M200
DILM185A
DILM185A
110
196
50
NZMN2-M200
DILM225A
DILM225A
132
231
50
NZMN3-ME350
DILM250
DILM250
160
279
50
NZMN3-ME350
DILM300A
DILM300A
200
349
50
NZMN3-ME350
DILM400
DILM400
250
437
50
NZMN3-ME450
DILM500
DILM500
Eaton WP042001EN
* Type 2 coordination ** Not suitable for IE3 motors!
Kombinace motorových spínačů
Moeller® ser ies
s elektronickou spouští na přetížení
NZM…ME…+DIL M80 až DIL M500
PKE 65 …+DIL M40 až DIL M65
PKE …+DIL M17 až DIL M32
PKE …+DIL M7 až DIL M12
Údaje motoru Jmenovitý AC-3 provozní 380V proud 400V 415V P Ie
Jmenovitý zkratový proud
Ochranný motorový jistič
Stykač typ součinnosti “1”
Stykač typ součinnosti “2”
Iq
kW
A
kA
0.06
0.21
100
PKE12/XTU-1,2
DILM7-…
DILM17-…
0.09
0.31
100
PKE12/XTU-1,2
DILM7-…
DILM17-…
0.12
0.41
100
PKE12/XTU-1,2
DILM7-…
DILM17-…
0.18
0.6
100
PKE12/XTU-1,2
DILM7-…
DILM17-…
0.25
0.8
100
PKE12/XTU-1,2
DILM7-…
DILM17-…
0.37
1.1
100
PKE12/XTU-1,2
DILM7-…
DILM17-…
0.55
1.5
100
PKE12/XTU-4
DILM7-…
DILM17-…
0.75
1.9
100
PKE12/XTU-4
DILM7-…
DILM17-…
1.1
2.6
100
PKE12/XTU-4
DILM7-…
DILM17-…
1.5
3.6
100
PKE12/XTU-4
DILM7-…
DILM17-…
2.2
5
100
PKE12/XTU-12
DILM7-…
DILM17-…
3
6.6
100
PKE12/XTU-12
DILM7-…
DILM17-…
4
8.5
100
PKE12/XTU-12
DILM9-…
DILM17-…
5.5
11.3
100
PKE12/XTU-12
DILM12-…
DILM17-…
7.5
15.2
100
PKE32/XTU-32
DILM17-…
DILM17-…
11
21.7
100
PKE32/XTU-32
DILM25-…
DILM25-…
15
29.3
100
PKE32/XTU-32
DILM32-…
DILM32-…
18.5
36
80
PKE65/XTUW-65
DILM40
DILM40
22
41
80
PKE65/XTUW-65
DILM50
DILM50
30
55
80
PKE65/XTUW-65
DILM65
DILM65
34
63
80
PKE65/XTUW-65
DILM65
DILM65
37
68
100
NZMH2-ME90
DILM80
DILM80
45
81
100
NZMH2-ME90
DILM95
DILM95
55
99
100
NZMH2-ME140
DILM115
DILM115
75
134
100
NZMH2-ME140
DILM150
DILM150
90
161
100
NZMH2-ME220
DILM185A
DILM185A
110
196
100
NZMH2-ME220
DILM225A
DILM225A
132
231
100
NZMH3-ME350
DILM250
DILM250
160
279
100
NZMH3-ME350
DILM300A
DILM300A
200
349
100
NZMH3-ME350
DILM400
DILM400
250
437
100
NZMH3-ME450
DILM500
DILM500
Eaton WP042001EN
11
Společnost Eaton se zabývá zajišťováním spolehlivé, účinné a bezpečné energie, když je nejvíce potřeba. Odborníci společnosti Eaton s jedinečnou znalostí distribuce elektrické energie napříč odvětvími dodávají zákaznicky přizpůsobená integrovaná řešení pro splnění těch nejnáročnějších požadavků. Naším zaměřením je dodávat vhodné řešení pro dané použití. Ale ti, kdo rozhodují, požadují více než jen inovativní produkty. Obracejí se na společnost Eaton s neoblomným závazkem osobní podpory, pro kterou je spokojenost zákazníka hlavní prioritou. Pro více informací navštivte www.eaton.eu/electrical. Pro kontaktování prodejce společnosti Eaton nebo místního distributora/zprostředkovatele prosím navštivte www.eaton.eu/electrical/customersupport
Eaton Industries GmbH Hein-Moeller-Str. 7–11 D-53115 Bonn / Německo © 2015 Eaton Corporation Všechna práva vyhrazena Vytisknuto v Německu 03/15 Číslo publikace.: WP042001EN ip Březen 2015 Článek č.: 179526
Eaton je registrovanou obchodní značkou společnosti Eaton Corporation Všechny obchodní značky jsou majetkem příslušných majitelů. SmartWire-DT® je obchodní značkou společnosti Eaton Corporation.
