ErP-Richtlinie und deren Auswirkung auf Schaltgeräte

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Andreas Miessen, Produktmanager – EATON, Produktlinie Drives & Softstarters


EATON

• Gründung im Jahre 1911

• Niederlassungen in nahezu allen Ländern der Erde

• Innovationszentren in Regionen auf der ganzen Welt

• Mehr als 102.000 Mitarbeiter weltweit

• 22,6 Mrd. USD Umsatz in 2014

• 50 % des Umsatzes außerhalb der USA

Motor

Control

Distribution

Equipment

DC Circuit

Protection

IEC Global Switchgear

Paralleling Switchgear

UPS Products

DC Products

Complete IEC

Low Voltage

Data Center

Solutions

Automation

Systems

Energy

Engineering

1979 1994 1998 2003 2004 20072005 2008 2009 2010 2011 2012

Diversified

electrical

manufacturer

Electrical

distribution


•

•

•

•

•

•


Inhalte des Vortrags

• ErP-Richtlinie

Inhalte und Auswirkungen

• Motorenverordnung

Auswirkungen auf Motoren und deren Schalt- und Schutzorgane

• Pumpen- und Lüfterverordnung

Erreichung von Wirkungsgraden durch Drehzahlregelung

• Neue Geräteklasse

Der Drehzahlstarter

Zuverlässigere

Maschinen

Sicherere

MaschinenEnergieeffiziente

Maschinen

Einfachere, kompaktere und

kostengünstigere Maschinen


Energieeffizienz

• Gesetzgebung

• ErP-Richtlinie


ErP-RichtlinieEnergieeffizienz und die Gesetzgebung

Energieverbrauch

in Deutschland 2011

GHD 276 TWh16%

Haushalte 609 TWh

25%

Industrie 729 TWh

30%

Verkehr 714 TWh

29%

• Energieeffizienz ist das Schlagwort schlechthin

• Anstrengungen der EU um die Klimaschutz-Ziele

zu erreichen

• Hier spielt auch die Gesetzgebung

eine wichtige Rolle

• Ziel: Energie gewissenhaft einsetzen und

Einsparpotenziale nutzen

• Festlegung von Mindestwirkungsgraden

bzw. max. Verlusten

Zuverlässigere

Maschinen

Sicherere

Maschinen



Energieeffiziente

Maschinen


• Schaffung eines Rahmens für die Festlegung von Ökodesign-Anforderungen

von „Energy related Products“

• Identifizierung von Produktgruppen mit einem hohen Potenzial zur

kostengünstigen Reduzierung von Treibhausgasen

• Beispiele für Produktgruppen, die für Eaton wichtig sind:

- Elektrische Motorsysteme

- Pumpen

- Lüfter

• Die Anforderungen an die Produktgruppen legen die Ausführungsrichtlinien fest

z.B. EC 640/2009 für elektrische Motoren (= Motorenverordnung)

ErP-RichtlinieHintergrund der ErP-Richtlinie

Zuverlässigere

Maschinen

Sicherere

Maschinen



Energieeffiziente

Maschinen


ErP-RichtlinieAusführungsrichtlinien / Verordnungen

Zuverlässigere

Maschinen

Sicherere

Maschinen



Energieeffiziente

Maschinen


ErP-RichtlinieAuswirkungen auf den Markt

Um den Vorschriften zu entsprechen, müssen:

• Produkte verändert werden (Stichwort: Motoren IE2 / IE3)

• Ganze Verfahren angepasst werden (Stichwort:

Durchflussmengenregelung mit Ventil vs. variabler Pumpendrehzahl)

Eaton hat auf den sich verändernden Markt reagiert:

• Schalt- und Schutzgeräte müssen „IE3-ready“ sein

• Entwicklung der neuen Gerätekategorie Drehzahlstarter

Die einfachste Art der variablen Motordrehzahl

Zuverlässigere

Maschinen

Sicherere

Maschinen



Energieeffiziente

Maschinen


Motorenverordnung

• Inhalt, Geltungsbereich

• IE3 Tauglichkeit der Schalt- und Schutzgeräte


MotorenverordnungEffizienzklassen für Motoren

70

75

80

85

90

95

100

1 10 100 1000

Wirku

ng

sgra

d d

er

Mo

tore

n(%

)

Motorleistung (kW)EFF1

EFF2

IE2

High

IE1

Standard

IE3

Premium

IE4

Super Premium

Hoher

Wirkungsgrad

Niedriger

Wirkungsgrad

IE1

IE2

IE3

IE4

Geräte

klasse

Drehzahl

(rpm)

Drehmoment

im Dauer-

betr. [Nm]

Leistung

(kW)

Nenn-

wirkungs-

grad(%)

Energie-

verlust (W)

nach

IE1

IE1 1.500 35 5.5 87.4 693

IE2 1.500 35 5.5 87.7 676.5 -2.4%

IE3 1.500 35 5.5 89.6 572 -21.2%

IE4 1.500 35 5.5 92 440 -57.5%

Zuverlässigere

Maschinen

Sicherere

Maschinen



Energieeffiziente

Maschinen


Motorenverordnung Wirksamkeit

Juni 2011 Januar 2015 Januar 2017

Motoren der

Effizienzklasse

IE2 minimum

[7,5–375kW] Motoren:

IE3 minimum

oder

IE2+Drehzahlregelung

[0,75–375kW] Motoren:

IE3 minimum

oder

IE2+Drehzahlregelung

Zuverlässigere

Maschinen

Sicherere

Maschinen



Energieeffiziente

Maschinen


Motorenverordnung Technische Konsequenzen

Zuverlässigere

Maschinen

Sicherere

Maschinen



Energieeffiziente

Maschinen


Auslösekennlinie

PKZM0 …

Motorkennlinie

Der Strom beim Motorhochlauf und

Anlaufspitzstrom liegen unterhalb der

Auslösekennlinie.

Im Bereich des Anlaufspitzstromes sind

aber noch mögliche Toleranzen des

Magnetauslösers zu berücksichtigen. Je

nach Toleranzlage besteht die Gefahr von

Fehlauslösungen.

Anhebung des

Schnellauslöseransprechwertes von 14*In

auf 15,5*In.

Zuverlässigere

Maschinen

Sicherere

Maschinen



Energieeffiziente

Maschinen

Motorenverordnung Beispiel: Anpassung Motorschutzschalter


Motorenverordnung Motorstarter „IE3 ready“

Motorstarter von Eaton bieten die einfachste und zuverlässigste Art und Weise

zum Betrieb von IE3- und IE2-Motoren bei Anwendungen mit konstanter Drehzahl

Zuverlässigere

Maschinen

Sicherere

Maschinen



Energieeffiziente

Maschinen


Pumpen- und Lüfterverordnung

• Inhalt

• Drehzahlregelung im Vergleich zum Drosselventil


Pumpen- und LüfterverordnungInhalt

• Festlegung von minimale Wirkungsgrade für ein System

• In vielen Fällen erfüllen die existierenden Durchflussverstellungen

z.B. mit Ventilen und Drosselklappen die Anforderungen nicht.

• Drehzahlregelungen sind erforderlich, um die Verluste zu reduzieren.

Zuverlässigere

Maschinen

Sicherere

Maschinen



Energieeffiziente

Maschinen


Pumpen- und LüfterverordnungVergleich Energieverbrauch Drosselventil vs. Drehzahlregelung

Quelle: ZVEI

Zuverlässigere

Maschinen

Sicherere

Maschinen



Energieeffiziente

Maschinen


Pumpen- und LüfterverordnungVergleich Energieverbrauch Drosselventil vs. Drehzahlregelung

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Le

istu

ng

(kW

)

Fluss (%)

Drosselventil

Drehzahlregelung

Zuverlässigere

Maschinen

Sicherere

Maschinen



Energieeffiziente

Maschinen


Der Drehzahlstarter

• Optionen für den Motorstart

• Die einfachste Art der variablen Motordrehzahl


Stern/

Dreieck

Konstant

Reduziert

Schlag beim

Umschalten

Kosten / Funktionalität

Drehzahl-

starter

Variabel

Voll

Sanfter Start

Neue Geräteklasse: Der DrehzahlstarterOptionen für den Motorstart

Direktstarter

Konstant

Voll

Schlag

beim Start

Frequenz-

umrichter

drive

Variabel

Voll

Sanfter Start

Drehzahl

Drehmoment

Verhalten beim Start

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Maschinen

Sicherere

Maschinen



Energieeffiziente

Maschinen


Neue Geräteklasse: Der DrehzahlstarterDer Starter mit der variablen Drehzahl

Die einfachste Art der variablen Motordrehzahl

• Positioniert zwischen Motorstarter und Frequenzumrichter

• Design und Auftreten eines Motorstarters

• Fähigkeit der variablen Drehzahlverstellung

• Out-Of-The-Box-Inbetriebnahme ohne jegliche Parametrierung

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Maschinen

Sicherere

Maschinen



Energieeffiziente

Maschinen


• Anwendungen, in denen ein direkter Start aus mechanischen Gründen

oder aufgrund zu hoher Einschaltströme nicht akzeptiert werden kann

• Anwendungen, die heute mit einem Motorstarter ausgerüstet sind und

wo zukünftig eine Drehzahlverstellung erforderlich ist, um Vorschriften

zu erfüllen

• Anwendungen, die heute mit einem Low-end-Frequenzumrichter

ausgerüstet sind, der immer noch zu komplex (oder zu teuer) ist

• Anwendungen mit Festdrehzahl, bei denen eine andere Frequenz als

Netzfrequenz benötigt wird

• Festdrehzahl-Anwendungen mit einer hohen Starthäufigkeit

Neue Geräteklasse: Der DrehzahlstarterAnwendungen

Zuverlässigere

Maschinen

Sicherere

Maschinen



Energieeffiziente

Maschinen


Neue Geräteklasse: Der DrehzahlstarterWeltweit im Einsatz

2,2 kW @ 230 V / 2,2 … 7,5 kW @ 400 V

0,25 … 1,5 kW @ 1~ 230 V & 3~ 400 V

…… am öffentlichen Netz und am

Industrienetz

Mit integriertem Motorschutz

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Maschinen

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Maschinen



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Maschinen


Neue Geräteklasse: Der DrehzahlstarterPerfekt für den Schaltschrank

• Direkte Montage Seite an Seite ohne Derating

• Montage auf Hutschiene und Montageplatte

• Schutzart: IP20

Umgebungstemperatur:

• Betrieb: -10…60 °C (Gerät für 7,5 kW mit Derating)

• Lagerung: -40…70 °C

Zuverlässigere

Maschinen

Sicherere

Maschinen



Energieeffiziente

Maschinen


Neue Geräteklasse: Der DrehzahlstarterZuverlässig im Betrieb

Integrierte Funktionen,

um ungewollte Abschaltungen zu vermeiden:

• DC-Bremsung, um Abschaltungen wegen Überstrom zu vermeiden,

z.B. bei Lüftern

• Automatische Reduzierung der Schaltfrequenz bei

zu hoher Kühlkörpertemperatur

• Automatische Anpassung von Ausgangsspannung und -frequenz im

Falle von generatorischem Betrieb oder zu steiler Verzögerungs-

rampe, um Abschaltungen aufgrund von Überspannung zu vermeiden

Zuverlässigere

Maschinen

Sicherere

Maschinen



Energieeffiziente

Maschinen


Neue Geräteklasse: Der DrehzahlstarterIm Bedarfsfall…

… mit dem Schraubendreher parametriert

• Rampenzeiten

• Motorschutz

• Klemmenbelegung

• Anpassung Netzspannung

(50 Hz / 60 Hz)

Die einfachste Art zum Erreichen von Energieeffizienz gemäß der

ErP-Richtlinie 2009/125/EC bei drehzahlgeregelten Motoren

Zuverlässigere

Maschinen

Sicherere

Maschinen



Energieeffiziente

Maschinen


Fazit

Fassen wir noch einmal zusammen…

• Bei allen Drehstrommotoren bis 375 kW müssen die ErP-Richtlinien

beachtet werden. Eaton bietet die einfachste, kostengünstigste und

zuverlässigste Art sie schon heute zu erfüllen.

• Bei Anwendungen mit konstanter Drehzahl ist darauf zu achten,

dass die Motorstarter „IE3 ready“ sind.

• Bei einfachen Anwendungen mit variabler Drehzahl bietet der

Drehzahlstarter die ideale Lösung.

• Vom Motorstarter bis zum Frequenzumrichter bietet Eaton für jede

Anforderungen die passende Lösung.

Zuverlässigere

Maschinen

Sicherere

Maschinen



Energieeffiziente

Maschinen


Weitere Informationen

Weitere Informationen finden Sie auf der Internetseite: www.eaton.de/IE3

„Motorschutz im Zeitalter von IE3“ „ERP-Richtlinie erfolgreich umsetzen“

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ErP-Richtlinie und deren Auswirkung auf Schaltgeräte

Engineering

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