Eaton PKE32 Series User manual

Eaton Corporation

Eaton ist ein führendes Energie-

Management-Unternehmen. Weltweit

ist Eaton mit Produkten, Systemen und

Dienstleistungen in den Bereichen Electrical,

Hydraulics, Aerospace, Truck und

Automotive tätig.

Eatons Electrical Sector

Eatons Electrical Sector ist weltweit führend

bei Produkten, Systemen und Dienstleistungen

zu Energieverteilung, sicherer Stromversorgung

und Automatisierung in der Industrie, in Wohn- und

Zweckbauten, öffentlichen Einrichtungen, bei Energie-

versorgern, im Handel und bei OEMs.

Zu Eatons Electrical Sector gehören

die Marken Cutler-Hammer®, Moeller®,

Micro Innovation, Powerware®, Holec®,

MEM® und Santak®.

www.eaton.com

06/10 MN03402004Z-DE/EN

Handbuch/Manual

PKE12 und/and PKE32

Motorschutzschalter/Motor-protective

circuit-breaker PKE12 und/and PKE32

Überlastüberwachung von Ex e-Motoren/

Overload monitoring of Ex e motors

Eaton Corporation

Eaton is a leading power

management company. Eaton

operates worldwide with products,

systems and services in the

electrical, hydraulic, aerospace,

truck and automotive sectors.

Eatons Electrical Sector

Eatons Electrical Sector is the

worldwide leader in products,

systems and services for energy

distribution, safe electricity supply

and automation in industrial,

residential and purpose-built

buildings, public facilities, energy

providers, commerce and OEMs.

Eaton Electrical Sector includes the

brands Cutler-Hammer®, Moeller®,

Micro Innovation, Powerware®,

Holec®, MEM® and Santak®

www.eaton.com

Eaton addresses worldwide:

www.moeller.net/address

E-Mail: info-bon[email protected]

Internet: www.eaton.com/moellerproducts

www.eaton.com

Herausgeber/Issued by: Eaton Industries GmbH

Hein-Moeller-Str. 7–11

D-53115 Bonn

Änderungen vorbehalten/Subject to alteration

MN03402004Z-DE/EN Doku/Doku/Eb 06/10

Printed in Germany(01/11)

Artikel-Nr./Article No.: 134836

4 *patpka#cyn,,b*



Rückenbreite 4 mm

(1 Blatt = 0,080 mm für Eberwein Digitaldruck bei 80 g/m

2

)

Alle Marken- und Produktnamen sind Warenzeichen oder eingetragene

Warenzeichen der jeweiligen Titelhalter.

1. Auflage 2010, Redaktionsdatum 06/10,

Autor: Dirk Meyer

Redaktion: Heidrun Riege

Alle Rechte, auch die der Übersetzung, vorbehalten.

Kein Teil dieses Handbuches darf in irgendeiner Form (Druck, Fotokopie,

Mikrofilm oder einem anderen Verfahren) ohne schriftliche Zustimmung

der Firma Eaton Industries GmbH, Bonn, reproduziert oder unter

Verwendung elektronischer Systeme verarbeitet, vervielfältigt oder

verbreitet werden.

Änderungen vorbehalten.

All brand and product names are trademarks or registered trademarks of

the owner concerned.

1

st

published 2010, edition date 06/10,

Author: Dirk Meyer

Editor: Heidrun Riege

Translator: globaldocs GmbH

No part of this manual may be reproduced in any form (printed,

photocopy, microfilm or any otherprocess) or processed, duplicated or

distributed by means of electronic systems without written permission

of Eaton Industries GmbH, Bonn.

Subject to alterations without notice.

Rückenbreite 4 mm

(1 Blatt = 0,080 mm für Eberwein Digitaldruck bei 80 g/m

2

)

I

Vor Beginn der Installationsarbeiten

• Gerät spannungsfrei schalten

• Gegen Wiedereinschalten sichern

• Spannungsfreiheit feststellen

• Erden und kurzschließen

• Benachbarte, unter Spannung stehende

Teile abdecken oder abschranken.

• Die für das Gerät angegebenen Montage-

hinweise (AWA/IL) sind zu beachten.

• Nur entsprechend qualifiziertes Personal

gemäß EN 50110-1/-2 (VDE 0105

Teil 100) darf Eingriffe an diesem

Gerät/System vornehmen.

• Achten Sie bei Installationsarbeiten darauf,

dass Sie sich statisch entladen, bevor Sie

das Gerät berühren.

• Schwankungen bzw. Abweichungen der

Netzspannung vom Nennwert dürfen die in

den technischen Daten angegebenen Tole-

ranzgrenzen nicht überschreiten, andern-

falls sind Funktionsausfälle und Gefahren-

zustände nicht auszuschließen.

• Einbaugeräte für Gehäuse oder Schränke

dürfen nur im eingebauten Zustand

betrieben und bedient werden.

Before commencing the installation

• Disconnect the power supply of the device.

• Ensure relosing interlock that devices

cannot be accidentally restarted.

• Verify isolation from the supply.

• Connect to earth and short-circuit.

• Cover or fence off neighbouring live parts.

• Follow the installation instructions (AWA/

IL) included with the device.

• Only suitably qualified personnel in

accordance with EN 50110-1/-2

(VDE 0105 Part 100) may work on this

device/system.

• Before installation and before touching

the device ensure that you are free of

electrostatic charge.

• The rated value of the mains voltage may

not fluctuate or deviate by more than the

tolerance specified, otherwise malfunction

and hazardous states are to be expected.

• Panel-mount devices may only be operated

when properly installed in the cubicle or

control cabinet.

Eaton Industries GmbH

Sicherheitshinweise/Safety instructions

Gefahr!

Gefährliche

elektrische

Spannung!

Danger!

Dangerous

electrical

voltage!

II

06/10 MN03402004Z-DE/EN

Motorschutzschalter PKE12 und PKE32

Überlastüberwachung von Ex e-Motoren 1

Motor-protective circuit-breaker PKE12

and PKE32

Overload monitoring of Ex e motors 31

Anhang/Appendix 61

Überblick/Overview

1

06/10 MN03402004Z-DE/EN

Zu diesem Handbuch 5

Zielgruppe 5

Abkürzungen und Symbole 5

1 Motorschutzschalter PKE12 und PKE32 7

Vorwort 7

Geräteübersicht 8

Gerätebeschreibung 9

– Überlastschutz mit Motorschutzschaltern 9

– Einstellbereich der Motorschutzschalter 9

– Einstellung der Auslöseklasse CLASS 11

– Phasenausfall 12

– Wiedereinschaltung 13

– Testfunktion 14

Sicherheitstechnische Betrachtung 15

–Grundlagen 15

– Ausfallraten 16

Ermittlung der Rate gefählicher nicht erkannter

Fehler 18

Ausfallraten 19

Bestimmung des MTTF

d

19

– Intervall der Wiederholungsprüfungen

(Testfunktion) 19

– Schlussfolgerungen 20

2 Projektierung 21

Überlastüberwachung von Ex e-Motoren 21

Einstellung der Überstromschutzeinrichtung 21

Kurzschlusschutz bei Motorschutzschaltern 23

Zulassungen 24

Technische Daten 25

Inhalt

2

06/10 MN03402004Z-DE/EN

3 Installation 27

Hinweise zur Installation 27

Geräte montieren 27

4 Geräte betreiben 29

Einstellungen 29

Test 29

Anhang/Appendix 61

Typenschild/Rating plate PKE 61

Auslösezeiten/Tripping times 61

Auslösekennlinien/Tripping characteristics 65

– PKE12/XTU(A)-1,2: 66

I

r

= 0.3 A (2 phase) 66

I

r

= 0.3 A (3 phase) 67

I

r

= 0.63 A (2 phase) 68

I

r

= 0.63 A (3 phase) 69

I

r

= 1.2 A (2 phase) 70

I

r

= 1.2 A (3 phase) 71

– PKE12(32)/XTU(A)-12: 72

I

r

= 12 A (2 phase) 72

I

r

= 12 A (3 phase) 73

– PKE32/XTU(A)-32: 74

I

r

= 16.8 A (2 phase) 74

I

r

= 16.8 A (3 phase) 75

– PKE12/XTU(A)-4: 76

I

r

= 1 A (2 phase) 76

I

r

= 1 A (3 phase) 77

I

r

= 2.1 A (2 phase) 78

I

r

= 2.1 A (3 phase) 79

– PKE32/XTU(A)-32: 80

I

r

= 22.18 A (2 phase) 80

I

r

= 22.18 A (3 phase) 81

I

r

= 24 A (2 phase) 82

I

r

= 24 A (3 phase) 83

Inhalt

3

06/10 MN03402004Z-DE/EN

I

r

= 26.65 A (2 phase) 84

I

r

= 26.65 A (3 phase) 85

I

r

= 32 A (2 phase) 86

I

r

= 32 A (3 phase) 87

– PKE12(32)/XTU(A)-12: 88

I

r

= 3 A (2 phase) 88

I

r

= 3 A (3 phase) 89

– PKE12/XTU(A)-4: 90

I

r

= 4 A (2 phase) 90

I

r

= 4 A (3 phase) 91

– PKE12(32)/XTU(A)-12: 92

I

r

= 6.3 A (2 phase) 92

I

r

= 6.3 A (3 phase) 93

– PKE32/XTU(A)-32: 94

I

r

= 8 A (2 phase) 94

I

r

= 8 A (3 phase) 95

EG-Konformitätserklärung/Declaration of CE

Conformity (Doc. No.: K 022010) 96

4

06/10 MN03402004Z-DE/EN

5

06/10 MN03402004Z-DE/EN

Zu diesem Handbuch

Das vorliegende Handbuch gilt für Motorschutzschalter

PKE12 und PKE32.

Dieses Handbuch beschreibt die Überlastüberwachung zum

Schutz von Motoren in explosiongefährdeten Bereichen

(Ex e-Bereichen).

Zielgruppe Dieses Handbuch richtet sich an Fachpersonal, das den

Motorschutzschalter installiert, in Betrieb nimmt und wartet.

Abkürzungen und Symbole In diesem Handbuch werden Abkürzungen und Symbole

eingesetzt, die folgende Bedeutung haben:

CLASS

Auslöseklasse

CPU

Central Processing Unit

Ex e

Zündschutzart „Erhöhte Sicherheit“

FIT

Failure In Time, Anzahl der gefährlichen

Ausfälle in 10

9

Stunden

HFT

Hardware-Fehler-Toleranz

MTTF

d

Mean Time To Dangerous Failure, Mittlere Zeit

bis zu einem gefährlichen Ausfall

PL

Performance Level

PTB

Physikalisch Technische Bundesanstalt, Zerti-

fizierungsstelle für Geräte im Ex e-Bereich

SIL

Safety Integrity Level,

Sicherheitsintegritätslevel

TSC

Transport Safety Consult der TÜV Rheinland

InterTraffic GmbH

Zu diesem Handbuch

6

06/10 MN03402004Z-DE/EN

X zeigt Handlungsanweisungen an

Für eine gute Übersichtlichkeit finden Sie auf den linken

Seiten im Kopf die Kapitelüberschrift und auf den rechten

Seiten den aktuellen Abschnitt, Ausnahmen sind Kapitel-

anfangsseiten und leere Seiten am Kapitelende.

h

macht Sie aufmerksam auf interessante Tipps und

Zusatzinformationen

h

Achtung!

warnt vor leichten Sachschäden.

i

Warnung!

warnt vor schweren Sachschäden und leichten

Verletzungen.

j

Gefahr!

warnt vor schweren Sachschäden und schweren

Verletzungen oder Tod.

7

06/10 MN03402004Z-DE/EN

1 Motorschutzschalter PKE12 und

PKE32

Vorwort Für den Schutz von Motoren in explosionsgefährdeten Berei-

chen gelten zusätzlich zu den Vorschriften nach

EN 60079-14 und VDE 0165-1 separate Vorschriften für die

entsprechenden Zündschutzarten.

Für Motoren in der Zündschutzart „e“, „Erhöhte Sicherheit“,

verlangt die Vorschrift EN 60079-7 zusätzliche Maßnahmen.

Durch diese werden mit einem erhöhten Grad an Sicherheit

die Möglichkeiten von unzulässig hohen Temperaturen und

das Entstehen von Funken und Lichtbögen an Motoren, bei

denen dies im normalen Betrieb nicht auftritt, verhindert. Die

Motorschutzgeräte hierfür, die sich selber nicht im

Ex e-Bereich befinden, müssen durch eine akkreditierte

Zulassungsstelle zertifiziert sein.

Für Motoren in explosionsgefährtdeten Staub-Luft-Gemi-

schen verlangt die EN 61214 zusätzliche Maßnahmen.

Die Richtlinie 94/9/EG (ATEX 100a) zur Angleichung der

Rechtsvorschriften der Mitgliedsstaaten für Geräte und

Schutzsysteme zur bestimmungsmäßigen Verwendung in

explosionsgefährdeten Bereichen ist ab dem 30.06.2003

bindend.

Der Motorschutzschalter PKE ist nach der Richtlinie 94/9/EG

(ATEX 100a) durch die PTB zugelassen.

Für die funktionale Sicherheit wurden folgende Normen

herangezogen:

• Risikoanalyse von Gefährdungen, Gefährdungssituati-

onen und Gefährdungsereignissen nach EN ISO 14121,

• Bestimmung des SIL mit Hilfe des Risikographen nach

IEC 61508,

• Nachweis der Umsetzung der Maßnahmen gegen syste-

matische Fehler nach IEC 61511.

Motorschutzschalter PKE12

und PKE32

8

06/10 MN03402004Z-DE/EN

Geräteübersicht

Abbildung 1: Komponenten Motorschutzschalter PKE

a Motorschutzschalter PKE…

b Auslöseblock PKE-XTU(A)-…

Abbildung 2: Komplettgerät Motorschutzschalter

PKE…/XTU(A)-…

h

Die EG-Baumusterprüfbescheinigungs-Nummer lautet:

PTB 10 ATEX 3021.

a

b

Gerätebeschreibung

9

06/10 MN03402004Z-DE/EN

Gerätebeschreibung Überlastschutz mit Motorschutzschaltern

Der Motorschutzschalter PKE ist ein dreipoliger Motor-

schutzschalter mit elektronischem Weitbereichsüberlast-

schutz zur Überlastüberwachung von Elektromotoren.

Bei einer Überlastauslösung schaltet der PKE mit dem Auslö-

seblock PKE-XTU(A)-… allpolig den Hauptstromkreis ab.

Somit wird der Stromfluss des zu überwachenden Motors

direkt abgeschaltet.

Abbildung 3: Schaltbild Motorschutzschalter PKE mit Auslöse-

block PKE-XTU(A)-…

Einstellbereich der Motorschutzschalter

Der PKE wird mit Hilfe des Einstellrades (a Abb. 4) auf den

Motornennstrom eingestellt.

Abbildung 4: Einstellrad für Motornennstrom

Mit 2 Grundgeräten (PKE12 bis 12 A und PKE32 bis 32 A)

und 4 verschiedenen elektronischen Auslöseblocken können

Motoren mit einem Motornennstrom von 0,3 bis 32 A über-

wacht werden (a Tabelle 1).

I >

L1

L2 L3

T1

T2

T3

-Q1

...A

CLASS

Motorschutzschalter PKE12

und PKE32

10

06/10 MN03402004Z-DE/EN

An allen Auslöseblöcken PKE-XTU(A)-… sind der Bemes-

sungsstrom und die Auslöseklasse einzustellen.

Mit den Auslöseblöcken PKE-XTUA-… können zusätzlich

Betriebsdaten, wie aktuelle Stromwerte und Auslösegründe,

an ein übergeordnetes Feldbussystem mittels SmartWire-DT

übertragen werden. Dies hat keinen Einfluss auf den Motor-

schutz.

Tabelle 1: Einstellbereich der PKE

h

Weitere Informationen finden Sie im Handbuch

AWB2723-1613.

Ab der Ausgabe mit Redaktionsdatum 05/10 wurde das

Handbuch umbenannt in MN050060001Z.

Es steht im Internet zum Download zur Verfügung.

http://www.eaton.com/moellerproducts

a Support

h

Achtung!

Zum Schutz von Ex e-Motoren sind PKE12 und PKE32 mit

den Auslöseblöcken PKE-XTU-… zugelassen.

Die Verwendung von PKE mit erweiterten Auslöseblöcken

PKE-XTUA-… ist zum Schutz von Ex e-Motoren nicht

möglich.

Typ Einstellbereich I

e

[A]

PKE12/XTU(A)-1,2 0,3 - 1,2

PKE12/XTU(A)-4 1 - 4

PKE12/XTU(A)-12 3 - 12

PKE12/XTU(A)-32 8 - 32

Gerätebeschreibung

11

06/10 MN03402004Z-DE/EN

Einstellung der Auslöseklasse CLASS

Abbildung 5: a Einstellrad für die Auslöseklasse

Der Motorschutzschalter PKE ist sowohl für normale Anläufe

als auch für Schweranläufe geeignet. Das Auslöseverhalten

des Überlastauslösers wird durch die eingestellte Auslöse-

klasse festgelegt.

• CLASS 5: einfache Anläufe,

• CLASS 10: normale Anläufe,

• CLASS 15 bis CLASS 20: erschwerte bis sehr schwere

Anläufe

Schaltgeräte sind im Normal- und Überlastbetrieb auf

CLASS 10 ausgelegt. Damit bei schweren Anläufen die

Schaltgeräte und Leitungen nicht überlastet werden, muss

der Bemessungsbetriebsstrom I

eCLASS

des Schaltgerätes und

der Leitungen je nach Einstellung der Auslöseklasse am PKE

überdimensioniert werden.

a

h

Über den Motorbemessungsstrom und die Auslöseklasse

erhalten Sie die Auslösekennlinie, a Seite 65.

Motorschutzschalter PKE12

und PKE32

12

06/10 MN03402004Z-DE/EN

Tabelle 2: Überlastschutz bei schweren Anläufen

Phasenausfall

Die Motorschutzschalter PKE sind phasenausfallempfindlich.

Bei Phasenausfall, d. h. bei einer Asymmetrie f 50 %

verkürzt sich die Auslösezeit auf Q 40 % des 3-phasigen

Auslösewertes.

Abbildung 6: Verdrahtung des Motorschutzschalters für den

Schutz von Wechselstrommotoren (Reihenschal-

tung der Überlastauslöser)

CLASS Bemessungsbetriebsstrom I

e CLASS

[A]

5 I

e

10 I

e

15 1.22 x I

e

20 1.41 x I

e

h

Soll mit dem PKE ein Wechselstrommotor überwacht

werden, muss der Strom über alle drei Strombahnen

geführt werden, um Frühauslösungen zu vermeiden.

i

Warnung!

Eine Überwachung von DC-Motoren ist nicht möglich.

Gerätebeschreibung

13

06/10 MN03402004Z-DE/EN

Wiedereinschaltung

Nach einer Auslösung muss zunächst der durch die Überlas-

tung höher erwärmte Elektromotor abkühlen. Erst danach

darf er wieder eingeschaltet werden.

Um das zu gewährleisten, ist in der Auslöseelektronik der

Motorschutzschalter PKE ein thermisches Gedächtnis imple-

mentiert.

Tabelle 3: Wiedereinschaltzeiten t

wiederein

nach Überlastaus-

lösung

h

Der kalte Zustand wird jeweils nach 20 Minuten erreicht.

CLASS t

wiederein

[min]

5 20

10 20

15 20

20 20

h

Achtung!

Zusätzlich ist die minimale Abkühlzeit des Motors zu

beachten.

Motorschutzschalter PKE12

und PKE32

14

06/10 MN03402004Z-DE/EN

Testfunktion

Durch eine zusätzliche Testeinrichtung kann die Funktions-

tüchtigkeit des Motorschutzschalters kontrolliert werden.

Abbildung 7: Einstellen der Testfunktion

Das Betätigen der Testeinrichtung des eingeschalteten PKE

mittels eines Schraubendrehers führt zur Auslösung des

Motorschutzschalters.

Damit der eingeschaltete Motorschutzschalter PKE in der

Teststellung auslösen kann, muss ein Mindeststrom

(entspricht dem minimalen Einstellwert am Auslöseblock)

fließen.

TEST

TRIP

1

3

f 0.3 A

f 1 A

f 3 A

f 8 A

2

I

3

Sicherheitstechnische Betrach-

tung

15

06/10 MN03402004Z-DE/EN

Sicherheitstechnische

Betrachtung

Die Motorschutzschalter PKE wurden von der TSC (Transport

Safety Consult der TÜV Rheinland InterTraffic GmbH) auf die

Eignung für ein Sicherheitsintegritätslevel (SIL) 2 untersucht,

Bericht Nr.: 401/13101704/002.

Folgende Schritte wurden dazu ausgeführt:

• Risikoanalyse von Gefährdungen, Gefährdungssituati-

onen und Gefährdungsereignissen nach EN ISO 14121,

• Bestimmung des SIL mit Hilfe des Risikographen nach

IEC 61508,

• Bestimmung der Rate gefahrbringender Ausfälle,

• Nachweis der Umsetzung der Maßnahmen gegen syste-

matische Fehler nach IEC 61511.

Grundlagen

Der Motorschutzschalter PKE (Grundgerät und Auslöse-

block) besteht von der Architektur her aus einem einzelnen

Kanal. Bei dieser Architektur führt jeder gefahrbringende

Ausfall zu einem Ausfall der Sicherheitsfunktion, wenn eine

Anforderung auftritt. Somit handelt es sich beim Motor-

schutzschalter PKE um ein 1001 System mit einer hohen

Anforderungsrate (>1/Jahr).

Nach der EN ISO 13849 ist für den Motorschutzschalter eine

Kategorie festzulegen. Der Motorschutzschalter PKE erfüllt

die Anforderungen an Kategorie 2 aus folgenden Gründen:

• Das Auftreten eines Fehlers kann zum Verlust der Sicher-

heitsfunktion zwischen den Tests führen.

• Der Verlust der Sicherheitsfunktion wird durch den Test

erkannt.

Durch eine Risikoanalyse mit Hilfe des Risikographen aus der

IEC 61508-5 wurde für typische Einsatzfälle des Motor-

schutzschalters gezeigt, dass in der chemischen Industrie

nach IEC 62061mit Sicherheitsintegritätslevels von SIL1/2 zu

rechnen ist. Der erforderliche Performance Level (PL

r

) nach

EN ISO 13049-1 hat einen Wert von „d“ bzw. „e“.

Motorschutzschalter PKE12

und PKE32

16

06/10 MN03402004Z-DE/EN

Die Hardwarefehlertoleranz (HFT) bezüglich des Motor-

schutzschalters PKE beträgt 0, weil bereits ein Fehler den

Verlust der Sicherheitsfunktion bewirkt. Da der Anteil der

ungefährlichen Fehler des Motorschutzschalters zwischen

60 bis < 90 % liegt, ergibt sich nach IEC 61508-2, Tabelle 2,

ein SIL 2.

Aus der EN 61508-6, Tabelle C.3, wurde ein Diagnose-

deckungsgrad von 0,7 entnommen. Dieser gilt für die CPU

der internen Messelektronik des Auslöseblocks. Die CPU ist

für die Ausführung der Testfunktion verantwortlich, d. h. alle

Eingangssignale aus anderen Bauteilen werden für die Test-

funktion in der CPU verwendet. Der Wert wurde als nied-

rigster Diagnosedeckungsgrad gewählt, um den „worst

case“-Fall abzudecken.

Ausfallraten

• Für den Auslöseblock ergeben sich bei 40 °C Umgebungs-

temperatur folgende Ausfallraten:

– Ausfallrate ungefährlicher Fehler

– Ausfallrate gefährlicher Fehler

– Ausfallrate erkannter ungefährlicher Fehler

– Ausfallrate erkannter gefährlicher Fehler

133 FIT = 1,33 x 10

-7

/h

711 FIT = 7,11 x 10

-7

/h

30 FIT = 3 x 10

-8

/h

473 FIT = 4,73 x 10

-7

/h

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