Nová mezinárodní norma pro energetickou úspornost – IEC 61800-9
4. 10. 2017 | Danfoss, s. r. o. | drives.danfoss.cz
V březnu 2017 Mezinárodní elektrotechnická komise (International Electrotechnical Commission, IEC) zveřejnila novou produktovou normu pro pohony (měniče) s proměnnou rychlostí: IEC 61800-9 Ekologický design pro napájecí systémy pohonů, startéry motoru, hnací elektroniku a jimi poháněných aplikací. Tato nová norma se zabývá energetickou úsporností střídavých měničů frekvence a motorových pohonů.
IEC 61800-9 (části 1 a 2) z valné většiny vychází ze souboru Evropských norem EN 50598 (část 1 a 2), který je v platnosti od roku 2014. Očekává se, že norma IEC bude v Evropě harmonizována pod číslem EN 61800-9 a nahradí soubor EN 50598. Rozdíly mezi oběma normami jsou drobné a zahrnují především úpravy pokrývající různá napětí a frekvence rozvodných sítí (50/60 Hz) ve světě.
Norma posílí zaměření na úspornost pohonů (měničů) s proměnnou rychlostí ve světě. Za zmínku stojí především tyto tři hlavní prvky:
– rozšíření produktového přístupu,
– klasifikace měničů a motorových pohonů,
– úspornost měničů a motorových pohonů při částečném zatížení.
Obr. 1. Koncepce pohonu
Rozšíření produktového přístupu
Rozšířený produktový přístup je rozhodující koncepce, která umožňuje energetickou optimalizaci na úrovni systému. Spojuje úspornost (nebo ztráty – jde pouze o jiný způsob vyjádření) motorových systémů s úsporností poháněného zařízení.
Podívejme se na příklad z praxe. Na obr. 2 je vodní čerpadlo poháněné motorem napájeným střídavým pohonem. V jazyce normy IEC 61800-9 je čerpadlo poháněné zařízení, motor a měnič společně tvoří napájecí systém pohonu a měnič se označuje za úplný hnací modul (CDM).
Obr. 2. Pohon vodního čerpadla
Rozšířený produktový přístup umožňuje stanovit účinnost systému měnič + motor + čerpadlo (což se hovorově označuje za účinnost přenosu z drátu na vodu) spojením úspornosti měniče, motoru a čerpadla.
Nicméně systém čerpadla neběží celou dobu při plném zatížení. Úspornost systému lze rovněž stanovit za podmínek částečného zatížení. Proto je třeba znát úspornost při částečném zařízení tří prvků: čerpadla, motoru a měniče.
Jestliže je znám časový profil zatížení aplikace, lze spočítat úspornost v jednotlivých provozních bodech a vypočíst index energetické úspory (EEI) systému.
Index energetické úspory je tedy ukazatel úspory úplného systému při stanoveném profilu zatížení. Umožňuje porovnat systémy a provést optimalizaci na úrovni systému volbou nejúspornější kombinace měniče, motoru a poháněného zařízení.
Obr. 3. Třídy pohonů
Klasifikace měničů a motorových pohonů
IEC 61800-9 stanovuje třídy úspornosti pro měniče a motorové pohony (které jsou v normě označovány jako napájecí systémy pohonu neboli PDS).
Pro měniče norma definuje tři třídy: IE0, IE1 a IE2. Pro každou velikost výkonu je stanovena referenční hodnota. Referenční hodnota odpovídá IE1. Jestliže má měnič o 25 % více ztrát, než je referenční hodnota, bude zařazen do kategorie IE0. Když má o 25 % méně ztrát, než je referenční hodnota, bude zařazen do IE2.
Třída IE se pro měniče stanovuje v jediném provozním bodě při 100% proudu a 90% výstupní frekvenci.
Všechny měniče Danfoss (jak značky VLT®, tak VACON®) patří do třídy IE2.
Pro systémy motorových pohonů existují tři třídy: IES0, IES1 a IES2. „S“ za „IE“ znamená „systém“.
IES1 je referenční třída. Na rozdíl od měničů je „šířka“ pásma pro systémy stanovena na ± 20 %. Znamená to, že jsou-li ztráty až o 20 % nižší, než je referenční hodnota, je systém motorových pohonů zařazen do třídy IES2.
Třída IES se stanovuje při jmenovitém zatížení a jmenovité rychlosti (100 %/100 %).
Třídu IES lze stanovit pro kombinaci měniče od jednoho výrobce s motory od jiného výrobce. Přímé „sčítání“ v případě tříd není možné, což znamená, že třídu IES systému nelze stanovit, když je známa třída IE motoru a třída IE měniče. Vyžaduje se jednoduchý výpočet: ztráty motoru je třeba připočíst ke ztrátám měniče a součet následně porovnat s referenční hodnotou.
Pro zjednodušení kombinace měničů frekvence Danfoss s libovolným indukčním motorem společnost Danfoss vytvořila nástroj pro výpočet, který za uživatele vyhotoví kalkulaci a vygeneruje i certifikát. Nástroj se nazývá ecoSmart a je k dispozici na webových stránkách ecoSmart.danfoss.com nebo jako aplikace, kterou lze získat v Apple Store a Google Play.
Úspornost měničů a systémů motorových pohonů při částečném zatížení
Norma IEC 61800-9 definuje standardizované body, při nichž je výrobce povinen stanovit a zveřejnit úspornost měničů a systémů motorových pohonů při částečném zatížení. Na základě těchto informací mohou uživatelé stanovit úspornost měniče nebo systému motorového pohonu v kterékoliv provozním bodě interpolací mezi standardizovanými body. Tyto informace lze následně využít ke stanovení indexu energetické úspornosti.
Pro měniče je stanoveno osm provozních bodů podle ukázky na obr. 4.
Obr. 4. Provozní body měniče
Ilustrace rovněž uvádí, jak lze interpolací stanovit úspornost/ztráty v libovolném bodě zatížení. Nástroj ecoSmart uživatelům pomáhá určit úspornost v provozních bodech při částečném zatížení.
Nástroj ecoSmart lze rovněž použít k vyhledání úspornosti při částečném zatížení ve standardizovaných bodech pro kterýkoliv měnič Danfoss VLT® nebo VACON® z aktuálních produktových řad.
Je možné si všimnout, že existuje mírný rozdíl oproti provozním bodům měniče: pro systémy motorových pohonů jsou dva body napravo definovány při 100% rychlosti a 50/100% zatížení. Pro měniče jsou dva body vpravo 90% frekvence statoru a 50/100% zatížení.
Obr. 5. Rozváděč s měničem frekvence
Závěr
Nová norma IEC 61800-9 posílí zaměření na energetickou úspornost měničů frekvence a systémů motorových pohonů na mezinárodní úrovni. Definuje třídy energetické úspornosti pro měniče a systémy motorových pohonů. Definuje rovněž standardizované provozní body při částečném zatížení, pro které jsou výrobci povinni zveřejňovat úspornost svých produktů.
Společnost Danfoss se tradičně silně zaměřuje na zajištění energetické úspornosti a novou normu vnímá jako zesílení zaměření na toto téma. Její podpůrný nástroj – ecoSmart – uživatelům umožňuje stanovit třídu IE pro měniče, třídu IES pro systémy motorových pohonů stejně jako úspornost měniče při částečném zatížení.
Obr. 6. Montáž měniče
Velký výkon v malém balení
Při instalaci pohonu je skvělé mít dostatek prostoru. Obecně je mnohem jednodušší umístit pohon kamkoliv do aplikace, jestliže je dostatečně kompaktní. Kromě toho prostor stojí peníze. Takže čím menší pohony jsou, tím méně místa zabírají a tím více peněz uživatel ušetří.
Pohony VLT® velikosti E nyní nabízejí mnohem jednodušší instalaci, uvedení do provozu i servis. Ačkoliv je projekt kompaktnější, nová velikost nabízí více prostoru pro kabeláž, jednodušší přístup ke koncovkám kabelů a méně dílů ve srovnání s produkty předchozí generace.
Díky rozhovorům s elektrikáři a zkouškám zapojení kabeláže ve fázi vypracování návrhu a specifikací byl návrh z pohledu rychlosti práce doveden k dokonalosti. Elektrikáři např. říkají: „Je dobré, když je pohon malý. Nesmí být ale příliš malý, neboť jinak se s ním při zapojení kabeláže špatně manipuluje.“
Jak byla tedy zajištěna jednoduchost přístupu?
– Napájení a motorové koncovky jsou nyní umístěny ve stejné rovině; to znamená, že přístup k napájecím nebo motorovým kabelům se vzájemně neruší.
– Pohony poskytují více místa pro ohýbání kabelů, než kolik vyžadují normy.
– Po instalaci kabelů je není třeba již nikdy odstraňovat pro potřeby servisu pohonu, neboť všechny šrouby jsou přístupné bez potřeby demontáže jakéhokoliv jiného dílu.
Díky čemu přesně je kabeláž jednoduchá?
– Koncovky jsou navrženy tak, aby se do nich vešlo až šest vodičů na jednu fázi, což poskytuje větší flexibilitu. Je-li to třeba, je možné použít více kabelů s menšími průřezy.
– S kabely menších průřezů se lépe pracuje, protože se jednodušeji ohýbají. Materiálové náklady jsou nižší a kabely představují standardní produkt s jednodušším nákupem.
Jaká zlepšení vyplývají ze zkoušení elektroinstalace?
– Více bodů uzemnění, jeden na každou fázi.
– Větší hloubka desky uzemnění pro jednodušší montáž svorky EMC.
– Vylepšení montážních otvorů na upínací konzoly EMC z kruhového tvaru na tvar klíčové dírky.
– Prodloužení konzoly pro jednodušší zapojení.
Vyšlo v časopise Elektro č. 10/2017 na straně 34.
Tištěná verze – objednejte si předplatné: pro ČR zde, pro SR zde.
Elektronická verze vyšlých časopisů zde.