Hodnocení oteplení elektrických pohonů ve výbušných atmosférách

Existují některé úrovně ochrany, jako je „eb", které typicky vyžadují další Ex bezpečnostní zařízení pro omezení maximálních povrchových teplot na hodnoty v rozsahu vyznačené teplotní třídy. V některých případech jsou ochrana proti přetížení a Ex bezpečnostní zařízení kombinovány do jedné jednotky. Zkoušky oteplení elektrických strojů popsané v této normě se neprovádí se zapojenou ochranou proti přetížení.

Národní předpisy, jako je ATEX směrnice 2014/34/EU vyžadují, aby se uvažovalo s provozní spolehlivostí bezpečnostních zařízení, vyžadovaných pro zajištění bezpečné funkce zařízení s hlediska ochrany proti výbuchu.
Typické očekávané poruchy pro elektrické motory, jak jsou uvedeny v normě ČSN EN 60034-11, zahrnují dále uvedené stavy. Požadavky pro jednotlivé typy ochrany nemusí zahrnovat všechny dále uvedené očekávané poruchy.

• Tepelné přetížení s pomalou změnou, v důsledku:
  - poruchy ventilátoru nebo větracího systému v důsledku velkého množství prachu ve větracím potrubí nebo špíny na vinutí nebo na chladicích žebrech na rámu apod.;
  - přílišné zvýšení okolní teploty nebo teploty chladicího média;
  - postupné zvyšování mechanického přetížení;
  - přílišné cyklování motoru dimenzovaného pro občasně přerušovaný chod;
  - dlouhodobější pokles napětí, přepětí nebo nevyváženost napájení stroje;
  - odchylky v kmitočtu.
• Tepelné přetížení s rychlou změnou, v důsledku:
  - zabrzdění motoru;
  - výpadek fáze;
  - spouštění za abnormálních podmínek, například, vysoká setrvačnost, příliš nízké napětí, abnormálně vysoký kroutící moment;
  - náhlé a významné zvýšení zátěže;
  - opakované spouštění během krátké doby.

Maximální tolerance jmenovitého napětí (kladné nebo záporné) povedou k maximální povrchové teplotě, která bude vznikat na statoru nebo na rotoru. Typicky to bude záviset na dále uvedených podmínkách:

• Malé asynchronní stroje se jmenovitým výkonem do 5 kW obecně vykazují maximální povrchovou teplotu, když pracují s přiloženým napětím, které je větší než jmenovité napětí, v důsledku ztrát v jádře a magnetizačního proudu, který se rychle zvyšuje při nasycení jádra při vyšším přivedeném napětí.
• Větší asynchronní motory s výkonem větším než okolo 20 kW, obecně vykazují maximální povrchovou teplotu, když pracují s přiloženým napětím, které je menší než jmenovité napětí, v důsledku zvýšení l²R ztrát vznikajících od zvýšeného proudu. V tomto případě jsou tyto ztráty obecně větší než ty, které vznikají v důsledku ztrát v jádře a magnetizačního proudu při napájení napětím vyšším, než je jmenovité napětí.
• Asynchronní stroje s výkonem mezi 5 kW a 20 kW jsou ovlivňovány mnoha faktory, které určují jejich činnost a není možné předpovědět převažující vliv, bez podrobné znalosti konstrukce.

Mohou být použity alternativní metody pro stanovení teploty nepřímým měřením uvedené v normě ČSN EN 60034-29. Pro stanovení maximální povrchové teploty mají být použity koeficienty „±5 %" nebo „±10 %" napájecího napětí, pokud je tato metoda využita.
Maximální oteplení povrchu u motorů napájených s měniče má být stanoveno pro případ nejhorších podmínek, s použitím jedné z dále uvedených zkušebních metod:

Specifický měnič

Motor má být zkoušen s určeným měničem.
Normální odchylka vstupního napětí ±10 % nemusí být použita, pokud je výstupní napětí měniče a obsah harmonické ve výstupní napěťové vlně účinně nezávislý na ±10 % odchylce vstupního napětí, zatímco se udržuje jmenovitý vstupní proud motoru (v závislosti na rychlosti) a poměr volty/Hz.
Pokud zvýšení napájecího napětí na měniči vede ke změně harmonického spektra na výstupu (i když jmenovitý sinusový ekvivalent výstupního napětí zůstává konstantní), vede to ke zvýšení ztrát v důsledku vlivu harmonických a dodatečným ztrátám sycení v železe motoru.

Porovnatelný měnič

Motor má být zkoušen s použitím srovnatelného měniče, pokud jsou dostatečné informace pro posouzení srovnatelnosti. Typicky se používají dodatečné bezpečnostní koeficienty v závislosti na stupni srovnatelnosti.
Normální odchylka vstupního napětí ±10 % nemusí být použita, pokud je výstupní napětí měniče a obsah harmonické ve výstupní napěťové vlně účinně nezávislý na ±10 % odchylce vstupního napětí, zatímco se udržuje jmenovitý vstupní proud motoru (v závislosti na rychlosti) a poměr volty/Hz.
Pokud zvýšení napájecího napětí na měniči vede ke změně harmonického spektra na výstupu (i když jmenovitý sinusový ekvivalent výstupního napětí zůstává konstantní), vede to ke zvýšení ztrát v důsledku vlivu harmonických a dodatečným ztrátám sycení v železe motoru.

Sinusové napájení

Motor nemusí být zkoušen s porovnatelným měničem a může být zkoušen pomocí sinusového napájení za všech dále uvedených podmínek:
Předpokládaný zatěžovací moment má být obecně úměrný čtverci rychlosti. Motor má být zatížen maximálním zatížením při maximální jmenovité rychlosti. Rozsah rychlosti motoru je mezi 40 % a 100 % maximální jmenovité rychlosti.
Mají být použity dodatečné bezpečnostní koeficienty v důsledku dodatečných ztrát, které vznikají při provozu s měničem. Použitý bezpečnostní koeficient je 15 % pro oteplení v K, pokud nelze výpočtem prokázat jiný alternativní bezpečnostní koeficient.

Motory s typem ochrany „d", „p" nebo „t", zkoušené při sinusovém napájení.

Zajištění vhodné přímé tepelné ochrany pomocí čidel, obvykle ve vinutí statoru, která má dostatečný odstup, aby byla schopna detekovat a zabránit nedovoleným teplotám v ložiskách rotoru, ložiskových domcích a vystupujících hřídelích. Bezpečnostní odstup může být stanoven zkouškami nebo výpočtem. Povinné zapojení a použití snímačů společně s bezpečnostním zařízením je uvedeno jako zvláštní podmínky použití.

Je-li to přijatelné pro výrobce, uživatele a certifikační orgán (účastní-li se), mohou být pro stanovení maximální povrchové teploty použity výpočty nebo alternativní zkoušky s odpovídajícím bezpečnostním koeficientem. Výpočty mají být založeny na datech z dříve provedených reprezentativních zkoušek a v souladu s normou ČSN CLC/TS 60034-25.
Pro stanovení maximální povrchové teploty je třeba stanovit „případ nejhorších podmínek" při napájení motoru z měniče, který může zahrnovat:

• Charakteristiky kroutícího momentu/rychlosti:
  - Motory pro proměnné zatížení kroutícím momentem vyžadují stanovení maximální povrchové teploty při maximálním zatížení při maximální jmenovité rychlosti.
  - Motory s lineárním zatížením a konstantním kroutícím momentem vyžadují stanovení maximální povrchové teploty alespoň při minimální a maximální rychlosti.
  - Motory pro jakékoliv zatížení vyžadují stanovení maximální povrchové teploty alespoň v místech zvratu křivky rychlost/kroutící moment.
• Konstantní výkon:
  - Vyžaduje se stanovení maximální povrchové teploty při minimální a maximální rychlosti.
• Pokles napětí (délka kabelu, filtry, měnič):
  - Musí se vzít v úvahu pokles napětí na všech komponentech při plánování projektu a uvádění do provozu. Proto bude nutno znát informace o poklesu napětí na měniči, filtru, pokles napětí na kabelu, konfiguraci systému a vstupní napětí na měniči. Návody výrobce mají uvádět odpovídající informace, nutné pro výpočet/stanovení rozsahu provozu.
• Výstupní charakteristiky měniče (dV/dt, spínací kmitočet):
  - Nižší spínací kmitočty vedou ke zvýšení teploty motoru. Zvláštní podmínky pro použití mohou vyžadovat stanovení minimálního spínacího kmitočtu.
  - Více úrovňové měniče (tři a více) obvykle vedou ke snížení oteplení motoru.
• Chladivo:
  - Maximální povrchová teplota se stanoví pro minimální rychlost průtoku/maximální jmenovitou teplotu chladiva.
  - Zvláštní podmínky pro použití mohou vyžadovat stanovení požadavků na chladivo.

Rotor může být významněji teplejší než stator. Významnost tohoto problému se liší s typem ochrany. Stanovení teploty rotoru je zvlášť významné pro motory používající úrovně ochrany „ec", „eb" nebo některé „pxb3", avšak může to být důležité rovněž pro úrovně ochrany „db", „pyb" „pzc", „tb" a „tc", kdy horký rotor vede k výsledkům, kdy je tato vysoká teplota přenášena na ložiska nebo procházející hřídel a těsnění.