Diagnostyka silników elektrycznych

(1)

Diagnostyka silników elektrycznych

Silnik elektryczny to urządzenie, w którym energia elektryczna zostaje zamieniona na energię mechaniczną. Aby ten

mechanizm zadziałał, niezbędne jest zasilanie, bazujące na napięciu stałym lub przemiennym.



Aby przyjrzeć się bliżej diagnostyce silników elektrycznych, musimy odnieść się do sposo- bu ich zasilania. Do silników elektrycznych prądu stałego należą: silniki elektryczne obcowzbudne, silniki prądu stałego z magnesami trwałymi, a także silniki elektryczne bocznikowe i szeregowe. Mówiąc z kolei o silnikach elektrycznych zasilanych napięciem przemiennym, na myśli mamy klatkowe i szeregowe silniki zasilane napięciem przemiennym jednofazowym, klatkowe, liniowe i pierścieniowe silniki zasilane napię- ciem przemiennym trójfazowym oraz synchroniczne i asynchroniczno-synchronizowane silniki zasilane dwustronnie.

Ze względu na to, że zasilanie może doprowadzić do dodatkowego obciążenia silnika, konieczne jest wykonywanie sprawdzeń dynamicznych, czyli testów jakości zasilania, w tym testów poziomu i równowagi napięcia, łącznie z wykrywaniem zniekształceń harmo- nicznych i zniekształcenia całkowitego. Taka diagno-

styka pomaga zapewnić optymalną jakość energii elektrycznej produkowanej przez silnik.

Sprawdzenie silników elektrycznych powinno na- stąpić w warunkach ich pracy, w połączeniu z maszy- ną, która jest przez nie napędzana. Oczywiście, możli- we jest również wykonanie diagnostyki na specjalnie do tego przeznaczonym stanowisku remontowym.

W silnikach kontroli poddaje się połączenia, opiera- jąc się m.in. na diagramach fazowych, słupkowych wykresach prądów i napięć oraz zawartości harmo- nicznych. Nie należy zapominać, że niezwykle istotne w tym względzie są pomiary napięcia chwilowego, części symetrycznych oraz częstotliwości. Dodatkowo, w czasie sprawdzeń dynamicznych VFD ocenia się również prędkość.

Jednym z ważniejszych parametrów podlegających ocenie jest wydajność. Testy wykonane w tym zakresie pozwalają na sprawdzenie stanu działania silnika, wykrycie przeciążeń oraz miejsc, w których są genero-

DIAGNOSTYKA, POMIARY, REGULACJA

Damian Żabicki

Silniki elektryczne jako najbardziej popularne napędy są najczęściej spotykanymi maszynami przemysłowymi w różnych branżach. Nie przypadkiem są one używa- nymi modelami w normach drgań jako reprezentanci określonych klas maszyn. Obecnie wiadomo, że około 2/3 awarii silników to problemy z łożyskami (uszkodzenia mechaniczne, problemy z filmem smarnym i awarie systemów smarowania oraz błędy przy instalacji łożysk).

Główną przyczyną nie wykrywania wad łożyskach tocznych jest zły dobór technologii pomiarowych (za- równo w monitoringu ciągłym jak i z użyciem przyrzą- dów przenośnych). Stosowane powszechnie jako łatwe w obsłudze pomiary drgań ogólnych zgodnie z norma- mi ISO (lub PN) nie wykrywają w ogóle problemów łożysk. Albo zbyt późno, aby zareagować i zapobiec awariom silników. Podobnie jest w przypadku termo- wizji, gdyż nawet poważne uszkodzenie łożyska może nie wygenerować gwałtownej, wykrywalnej zmiany temperatury silnika. Także szczegółowa analiza drgań z wykorzystaniem algorytmu FFT czy obwiedni są zbyt

mało czułe aby wykrywać uszkodzenia na wczesnym etapie, pozwalającym na reakcję Służb Utrzymania Ruchu. Stałe progi alarmowe nie uwzględniają zmienia- jącej się prędkości obrotowej silników co w przypadku falowników jest powszechne.

Jedyną obecnie metodą wibrodiagnostyczną, która ocenia natychmiast na maszynie jednym wysokoczęsto- tliwościowym czujnikiem, zarówno problemy mechanicznej współpracy elementów łożyska jak i jakość smarowania jest metoda SPM HD (Metoda Impulsów Uderzeniowych w wersji HD). Wykrywa uszkodzenie mechaniczne po jego pojawieniu się, niezależnie z jaką prędkością obrotową pracuje wał silnika (zakres pomiarowy 1–20 000 obr./min), nawet jeśli nie znamy dokładnie numeru i producenta łożyska co jest konieczne w przypadku korzystania z algorytmu FFT drgań.

Jest to jedyna technologia która w rzeczywistości wskazuje czy czynnik smarny dociera do bieżni łożyska podczas jego pracy i diagnozuje jakość filmu smarnego niezależnie od średnicy wału silnika.

Andrzej Skrzypkowski AS Instrument Polska

Wibrodiagnostyka

(2)

| 45

Główny Mechanik

Marzec–Kwiecień 2021 wane. Pod lupę brane są przy tym współczynnik pracy,

warunki operacyjne a także obciążenia. Jeśli zachodzi taka konieczność, obliczany jest również okres zwrotu z inwestycji.

Bez wątpienia, jeden z kluczowych testów diagnostycznych musi dotyczyć momentu obrotowego. Za pomocą testów falowania momentu obrotowego oraz oceny jego spektrum możliwe jest wykrycie szeregu problemów w mechanice oraz w zakresie przejścio- wych przeciążeń, nierównowagi mechanicznej i kawi- tacji. Tego typu test pozwala także na wykrycie wad w łożyskach.

W ramach diagnostyki wykonywane są również pomiary częstotliwości i prądów zasilania. Za ich spra- wą można znaleźć ewentualne pęknięcia w prętach wirnika silnika zwartego, czy też jego pierścieni. Jedno- cześnie dokonuje się analizy charakterystyk czaso- wych prądów zasilania mierzonych podczas rozruchu silnika, określając takie parametry, jak chwilowe prądy rozruchu i czasy ich trwania.

Aby zapewnić prawidłową pracę silnika, należy również znaleźć i ocenić przeciążenia termiczne, jakim jest poddawany oraz zawczasu rozpoznać pogorszenie jego ogólnego stanu. Niezbędne jest w tym miejscu trafne wskazanie wszystkich potencjalnych przyczyn strat energii.

Uzupełnieniem tej listy testów diagnostycznych są równie ważne testy przeciążeń i asymetrii prądu.

Nierzadko przeprowadzane są testy spektrum, obejmujące sprawdzenie prętów wirnika, spektrum V/I, zdemodulowanego spektrum i wartości harmo- nicznych. Tego typu diagnostyka jest potrzebna do tego, aby można było określić związek pomiędzy prądem i napięciem a częstotliwością a także wykryć ewentualne problemy z nasyceniem, bądź pęknięcia

prętów wirnika i nadmiar VFD na szynach niskiego napięcia.

Ciągły monitoring pracy silników

Jednym z często stosowanych rozwiązań jest podpięcie do silników elektrycznych urządzeń, których zadaniem jest ciągłe monitorowanie stanu ich pracy. Kontrolują one napięcia w każdej fazie, jednocześnie zapobiegając częstemu rozruchowi, który może prowadzić do tego, że rosnąca temperatura silnika spowoduje jego prze- grzanie. Dlatego urządzenia te zapisują w pamięci stan nagrzania zabezpieczanego silnika, a wraz ze wzrostem temperatury o określoną wartość, blokują kolejne rozruchy. Dodatkowym zadaniem jest tu także bardzo istotna ochrona silnika przez zwarciem doziemnym, które najczęściej wynika ze starzenia się i degradacji

Źródło: ENVIBRA

| 45

Główny Mechanik

Marzec–Kwiecień 2020 Monitorowanie stanu technicznego silników elek-

trycznych to jedyny sposób, aby na bieżąco znać stan maszyny i móc przeprowadzić odpowiednie działania we właściwym czasie. Wielkości fizyczne, które warto pod- dać monitoringu to: temperatura, drgania, odkształcenia, siła, prędkość obrotowa, ciśnienie i parametry elektryczne. Takie szerokie spektrum pomiarowe umożliwiają nowoczesne systemy akwizycji danych. Dzięki odpowied- niej aparaturze możemy w jednym oprogramowaniu mo- nitorować wszystkie mierzone wielkości i analizować stan techniczny jednostek napędowych. Ustawiając warunki alarmowe natychmiast mamy informację, że wartość dopuszczalna danego parametru pracy silnika jest przekroczona. Warto zadbać o to, aby wszystkie pomiary były synchroniczne. Ułatwia to znalezienie potencjalnych przyczyn usterek. Takie kompleksowe podejście znacząco zwiększa efektywność pracy w utrzymaniu ruchu oraz pozwala na znaczące zaoszczędzenie czasu i pieniędzy wynikające z nieprzewidzianych awarii. Nowocze- sne oprogramowania wykorzystujące zaawansowaną

matematykę umożliwiają również dokonywanie wielu analiz, które pomogą zoptymalizować pracę silników.

Dla maszyn wirnikowych należy wspomnieć o analizie rzędów umożliwiającej określanie przyczyny drgań i znalezienia stabilnych punktów pracy oraz o analizie obwiedni do oceny stanu technicznego łożysk. Do oceny stanu technicznego maszyn wirnikowych warto wyko- rzystać również metodę analizy drgań skrętnych oraz analizę orbitalną. Obie te metody badań mogą znacząco zmniejszyć zużycie mechaniczne maszyny, zapobiegać potencjalnym krytycznym awariom oraz poprawić wydajność ich pracy. Systemy akwizycji danych dostępne na rynku umożliwiają wszystkie powyższe pomiary zwią- zane z ciągłym monitoringiem i diagnostyką wibracyjną.

Jednocześnie za pomocą tych samych urządzeń możemy dokonać pomiarów parametrów elektrycznych. Dlatego ważny jest odpowiedni dobór aparatury pomiarowej, aby cechowała ją uniwersalność, wysoka częstotliwość próbkowania (szczególnie dla pomiarów prądowych) oraz wysoka dynamika sygnału dla zapewnienia dokładności.

Nowoczesne systemy akwizycji danych

Borys Michalak Envibra

| 45

Główny Mechanik

Marzec–Kwiecień 2021

(3)

izolacji przewodów elektrycznych. Monitoring pracy silnika ma zatem w tym zakresie wykryć w sposób se- lektywny zwarcia doziemne na poziomie, który został wyznaczony przez użytkownika.

Oczywiście, nie mniej istotne jest zapewnienie ochrony silnika przed asymetrią obciążenia, a także pracą niepełnofazową. Niezależny pomiar wartości prądu w każdej fazie pozwala na to, aby w przypadku zaniku fazy lub pracy w układzie asymetrycznym, silnik został bezpiecznie wyłączony. Stany obciążenia silnika są sygnalizowane przez obecnie dostępne na rynku elektroniczne zabezpieczenia silnika.

Podkreśla się przy tym wagę, jaką należy przy- wiązać do właściwego doboru silnika pod względem warunków, w jakich przyjdzie mu pracować. To kluczowe zagadnienie zwłaszcza w sytuacji, w której napęd pracuje w strefie zagrożonej wybuchem.

Termowizja

W służbie diagnostyki silników elektrycznych swoje miejsce znalazła również termowizja. W świetle pod- czerwonym widoczna jest nie tylko wysoka temperatura, ale również przegrzany stojan napędu. Termografy pomagają także wykonać analizę stanu wirnika i połą- czeń prętów z pierścieniami, a także pracy szczotek. To wszystko sprawia, że widok korpusu silnika na obrazie termowizyjnym dostarcza służbom utrzymania ruchu naprawdę istotnych informacji.

To nie wszystko. Termowizja pozwala na przepro- wadzenie diagnostyki pracy całego układu prze- noszenia napędu – od pasów i kół pasowych, przez łańcuchy i przeguby, aż po tuleje i sprzęgła. Jeśli praca silnika przebiega w sposób prawidłowy, powietrze chłodzi pas, rozkład temperatury widoczny na termo-

gramie będzie równomierny. Gdy praca napędu nie będzie prawidłowa, na obrazie termowizyjnym będą widoczne miejsca, w których doszło do podwyższenia temperatury.

Również węzły łożyskowe podlegają diagnostyce prowadzonej za pomocą kamer termowizyjnych. Jest to zrozumiałe, bowiem wadliwa praca łożysk silnika elektrycznego w niektórych, skrajnych przypadkach może doprowadzić do przegrzania uzwojenia czy też zablokowania wału. Coraz większe uszkodzenie łożyska może skutkować wzrostem poziomu drgań, hałasu oraz – oczywiście – temperatury. Należy przy tym pamiętać, że prawidłowy rozkład temperatury jest charakterystyczny dla łożysk ślizgowych z panewką pracującą właściwie i dobrze nasmarowaną, a ciepło, powstające w czasie ruchu odbierane jest przez korpus maszyny. Zatem na obrazie termowizyjnym możemy zobaczyć te miejsca, w których dochodzi do większe- go tarcia, a tym samym ryzyka zatarcia panewki. To pozwala wykryć wadliwie działający, zatkany kanał smarowniczy, a także zużycie panewki oraz przekro- czone obciążenie.

Diagnostyka wibracyjna

Na liście działań sprawdzających poprawność pracy silnika elektrycznego, znajduje się także diagnostyka wibracyjna. Z jej pomocą możliwe jest dokonanie analizy aktualnego stanu maszyn, w tym m.in. ich ułożyskowania, współosiowości, wyważania i stanu fundamentu. Obecnie na rynku znaleźć można wiele nowoczesnych technologicznie przyrządów pomiarowych. Pozwalają one na pomiar drgań mechanicznych, a zatem określenie stanu maszyny na podstawie sumarycznej wartości drgań, analizę widma FFT, dzięki

DIAGNOSTYKA, POMIARY, REGULACJA

Silniki elektryczne to ważne elementy – niekiedy kluczowe – w procesach produkcyjnych na wielu obsza- rach przemysłu. Służby utrzymania ruchu nie są w stanie zapobiec zużywaniu się łożysk czy degradowaniu izolacji. Jednakże poprzez diagnostykę prewencyjną mogą przewidzieć konieczność wyłączenia tych urzą- dzeń z ruchu. Jest to dużo korzystniejsze niż nieplano- wana awaria i kosztowna naprawa – np. przezwojenie silnika – której dałoby się uniknąć.

Na rynku istnieje wiele rozwiązań technicznych umożliwiających wczesne wykrycie anomalii. Najprost- szym jest termografia porównawcza, np. z zastosowa- niem kamer termowizyjnych. Bez wyłączania silnika można zaobserwować zwiększenie temperatury na jego powierzchni. Analizując jej rozkład, w ciągu kliku sekund dowiemy się, czy przyczyną jest zły stan łożyska, czy też występuje przeciążenie. Daje to nam możliwość szybkiej reakcji i odstawienie silnika celem późniejszej naprawy. Tu trzeba podkreślić, że odpowiedni sprzęt pomiarowy i przeszkolony personel stanowią gwarancję właściwej interwencji.

Często, kiedy silnik już trafi do warsztatu np. celem wymiany łożysk, nie ocenia się stanu jego uzwojenia, ponieważ zlecenie tego nie obejmowało. Jest to poważny błąd. Przegrzewanie się silnika degraduje izolację. Może to prowadzić do ponownej awarii po naprawie mechanicznej.

Do zmierzenia rezystancji izolacji warto stosować mierniki specjalistyczne, dające w wyniku nie tylko samą wartość RISO, ale również współczynniki DAR i PI. Bardzo pomocne jest obrazowanie rozkładu rezystancji izolacji w funkcji czasu. Dowodem na to twier- dzenie niech będzie przykład. Silnik o mocy 30 kW po wymianie łożysk sprawdzono miernikiem induktoro- wym. Stan izolacji uznano za dobry – jej rezystancja wyniosła ok. 300 MΩ – jednak powstała wątpliwość ze względu na kolor uzwojenia na czole. Pomiary wykonane bardziej zaawansowanym miernikiem wykazały niedopuszczalną wartość współczynnika DAR (<1 - izo- lacja przegrzana). Po przewinięciu uzwojeń rezystancja izolacji wyniosła 110 GΩ.

Podsumowując, ważny jest nie tylko wyszkolony personel, ale i właściwy sprzęt pomiarowy.

Roman Domański Sonel

Termografia porównawcza

(4)

| 47

Główny Mechanik

Marzec–Kwiecień 2021 której możliwe jest jeszcze dokładniejsze oszacowanie

przyczyn występowania nadmiernych drgań i w końcu na pomiar obwiedni i dwukanałowy – synchroniczny, co daje możliwość przedstawienia drgań na wykresie typu „Orbit”.

Diagnostyka wibracyjna a także wyważanie wenty- latorów i innych maszyn wirujących, przeprowadzane jest w miejscu ich pracy, przy użyciu przyrządów laserowych.

Remonty silników

W trakcie remontu silników elektrycznych przeprowadzane jest badanie i remonty pakietu, a także pełna diagnostyka silnika, która obejmuje sprawdzenie węzła komutacyjnego, napawanie, obróbkę i wymianę wałów i łożysk, produkcję cewek w klasie izolacji F lub H oraz przezwajanie maszyn. Bardzo często przeprowadzane są również remonty oraz produkcja komu- tatorów i pierścieni ślizgowych, a także regeneracja lub produkcja mechanicznych części silnika. W zakres tych prac musi także wchodzić wyważanie, zarówno statyczne jak i dynamiczne, a także remont urządzeń zasilających.

Nowoczesne systemy napędowe

Mówiąc o nowoczesnych systemach napędowych mamy na myśli między innymi serwonapędy, które za sprawą techniki sterowania przy użyciu mikroproce- sora, automatycznie zgłaszają błędy w pracy napędu.

Informacja o błędzie enkodera wymusza sprawdzenie sygnałów ABZ enkodera, przewodu enkoderowego oraz sygnałów UVW. Jeśli wystąpią błędy w zliczaniu enkodera, należy sprawdzić, czy nie doszło do zakłóceń sygnału.

Inne błędy zgłaszane przez serwonapęd dotyczyć mogą rezystora hamującego, zbyt niskiego napięcia logiki sterującej czy też przekroczenia dopuszczalnego obciążenia silnika. Wychwycony może zostać także błąd częstotliwości, co ma miejsce w przypadku, gdy częstotliwość impulsów wejściowych przy sterowa- niu impulsowym przekracza dopuszczalną wartość.

Komunikat o błędzie zostanie również wyświetlony w sytuacji uszkodzenia pamięci EPROM lub wystąpie- nia problemów z komutacją, szczególnie, jeśli doszło do uszkodzenia enkodera.

Jeśli serwonapęd poinformuje o zbyt wysokiej temperaturze, należy sprawdzić, czy temperatura sterownika nie przekracza 75 stopni Celsjusza. A gdy dojdzie do przekroczenia napięcia części mocy, trzeba ocenić wartości napięcia magistrali DC i – jeżeli na- pięcie zasilające części mocy jest zbyt małe – dokonać sprawdzenia części mocy biorąc pod uwagę, że mogło dojść do zwarcia pomiędzy fazami silnika.

Podsumowanie

W przypadku silników elektrycznych wszelkie czynności diagnostyczne najczęściej przeprowadzane są w warunkach pracy, gdy są one podłączone do maszyny napędzanej lub w określonych sytuacjach, na specjalnych stanowiskach remontowych. Do podsta- wowych czynności diagnostycznych należą pomiary częstotliwości prądów zasilania, dzięki którym możliwe jest wykrywanie ewentualnych pęknięć w prętach wirnika silnika zwartego lub na jego pierścieniu.

Jednocześnie określane są charakterystyki czasowe prądów zasilania mierzone podczas rozruchu silnika.

Niezwykle istotna jest także analiza chwilowych prą- dów rozruchu i czasu ich trwania. 

| 47

Główny Mechanik

Marzec–Kwiecień 2020 W zakładach przemysłowych do produkcji w wielu ga-

łęziach przemysłu stosowane są różnego rodzaju silniki i pompy które pozwalają na napędzanie urządzeń bądź przesył mediów. Aby zagwarantować ich stabilną pracę potrzeba je serwisować i kontrolować warunki pracy.

Pierwszym czynnikiem po ultradźwiękach jaki może su- gerować nam usterkę która może nastąpić w najbardziej nieodpowiednim momencie jest wzrost temperatury pracy silnika. Działy utrzymania ruchu które mają za cel zapobiegnięcie awarii w predykcyjnym podejściu do diagnostyki maszyn muszą używać narzędzi które pozwolą na ocenę silników podczas ich normlanej pracy bez wyłączania całej linii produkcyjnej – takim urządzeniem jest kamera termowizyjna FLIR. Pozwala ona w sposób bezpieczny dla operatora dokonać pomia- rów temperatury na pracującym urządzeniu i w szybki sposób sprawdzić czy temperatura na łożyskach czy obudowie jest w ramach dopuszczalnych norm deklaro- wanych przez producenta. Informację o dopuszczalnej temperaturze pracy można odczytać znając klasę silnika która znajduje się na tabliczce znamionowej.

Cykliczna kontrola silników pozwoli na oszczęd- ności które mogą wyniknąć przy niespodziewanych przestojach, wdrożony program diagnostyki urządzeń przy użyciu kamery termowizyjnej daje informacje o ich temperaturze z czego można wyciągnąć wnioski które pozwolą na wcześniejsze zamówienie części zamiennych lub zaplanowanie wyłączenia danej maszyny.

Podstawowym zadaniem prowadzenia diagnostyki technicznej urządzeń elektroenergetycznych jest uzy- skanie wiedzy o stanie pracy urządzenia oraz identy- fikacja uszkodzeń występujących w urządzeniach. W większości przypadków wystawienie oceny o stanie pracy urządzenia lub określenia przyczyn nieprawidło- wości jego działania wymaga zastosowania różnych metod diagnostycznych. Bez wątpienia zastosowanie termowizyjnej metody wizualizacji rozkładów temperatury i możliwość bezdotykowego pomiaru temperatury podnosi skuteczność przeprowadzania diagnostyki urządzeń, dostarczając informacji, których nie otrzy- mano by żadną inną metodą.

Cykliczna kontrola silników

Borys Kałuża Euro Pro Group

| 47

Główny Mechanik

Źródło: AS Instrument Polska

(5)

F I R M A P R E Z E N T U J E

Nowe wymagania w zakresie

minimalnego poziomu sprawności silników asynchronicznych

Rozwój szeroko pojętego przemysłu nie może odbywać się kosztem środowiska naturalnego. Liczne ograniczenia dotyczące emisji szkodliwych gazów, będących skutkiem ubocznym procesów wytwarzania energii (np. z węgla) są bodźcem do poszukiwania nowych źródeł energii (m.in. źródła odnawialne) oraz ulepsza- nia aktualnie istniejących urządzeń i procesów przemysłowych w celu ograniczenia zużycia produkowanej energii. Dodatkowym czynnikiem determinującym ww. działania jest znaczący wzrost zapotrzebowania na energię elektryczną w stosunku do możliwości wytwórczych.

Około 50% energii elektrycznej wyprodukowanej w Polsce wykorzystywane jest przez układy napędowe z silnikami elektrycznymi. Z tego względu zastosowanie energooszczędnych układów napędowych z silnikami elektrycznymi o wysokiej sprawności może przynieść znaczące efekty w ograniczaniu ww. negatywnych skutków rozwoju naszego kraju przy jednoczesnym zapewnieniu wymiernych oszczędności dla użytkownika.

Klasy sprawności silników

Podstawową wielkością określającą przewidywane oszczędności wynikające z zastosowania silnika energooszczędnego jest jego sprawność, która powiązana jest z klasą sprawności (rys. 1).

Na terenie Unii Europejskiej podział silników elektrycznych pod kątem sprawności odbywa się przy wykorzystaniu klasyfikacji IE (International Efficiency) wg normy EN 60034-30-1:2014.

Nowe wymagania w zakresie minimalnego poziomu sprawności silników

asynchronicznych wprowadzanych na rynek Unii Europejskiej – Rozporządzenie Komisji UE 2019/1781

Przyporządkowanie silnika do danej klasy sprawności następuje przez porównanie sprawności silnika wyznaczonej według ustalo- nej metody pomiaru (wg normy EN 60034-2-1:2007) z wymagania- mi minimalnej sprawności dla danej klasy sprawności IE (rys. 2).

Należy podkreślić, że norma EN 60034-30-1:2014, określają- ca klasy sprawności silników (IE) i powiązane z nimi minimalne wartości sprawności, jak wszystkie inne normy jest dokumentem do dobrowolnego stosowania – wymagania prawne (obligatoryjne) w zakresie minimalnego poziomu sprawności silników wprowadzanych na rynek UE określone są w Dyrektywie Parlamentu Europej- skiego i Rady oraz powiązanych z nią Rozporządzeniach.

Nowe rozporządzenie KE

W październiku 2019 roku Komisja Europejska opublikowała nowe Rozporządzenie 2019/1781 (uchylające dotychczasowe Rozpo- rządzenia 640/2009 i 4/2014) dotyczące minimalnych sprawno- ści silników elektrycznych oraz przemienników częstotliwości wprowadzanych na rynek UE. Przedmiotowe Rozporządzenie związane z Dyrektywą Parlamentu Europejskiego i Rady 2009/125/

WE, określa nie tylko minimalne wartości sprawności i skojarzone z nimi klasy sprawności (zbieżne z klasami sprawności IE zdefinio- wanymi w normie EN 60034-30-1:2014), ale również definiuje cechy silników, które podlegają pod to Rozporządzenie (istnieją pewne wykluczenia) – patrz tabela 1.

Rys. 1. Zależność pomiędzy sprawnością silników a klasami sprawno- ści IE.

Rys. 2. Przykładowe wymagania sprawności dla poszczególnych klas sprawności silników czterobiegunowych 2p=4 (sprawność wyznaczona

(6)

| 49

Główny Mechanik

(7)

Nowe Rozporządzenie Komisji Europejskiej 2019/1781 wprowadza szereg zmian i nowych wyzwań przed producentami silników elektrycznych oraz ich użytkownikami. Najważniejsze z nich to wy- maganie sprawności w klasie IE3 dla silników przeciwwybuchowych (z wyłączeniem silników przeznaczonych dla przemysłu górnicze- go), określenie minimalnej klasy sprawności IE4 dla silników o mocy

Nowe Rozporządzenie UE 2019/1781 dotyczące minimalnej sprawności silników elektrycz- nych - zakres obowiązywania

Rodzaje silników

• ogólnego przeznaczenia

• z przekładnią

• wyposażone w zewnętrzny hamulec

• przeciwwybuchowe

Napięcie znamionowe 50 V ÷ 1000 V

Częstotliwość znamionowa 50 Hz, 60 Hz lub 50 Hz/60 Hz

Zakres mocy 0,12 kW ÷ 1000 kW

Rodzaj pracy S1, S3≥80 %, S6≥80 %

Liczba biegunów 2p=2, 4, 6, 8

Klasy sprawności IE2 (wysoka)

IE3 (premium) IE4 (super premium)

Temperatura otoczenia -30°C ÷ +60°C

Temperatura wody chłodzącej

(dla silników o chłodzeniu wodnym) 0°C ÷ +32°C

Wysokość zainstalowania do 4000 m n.p.m.

Silniki wyłączone z nowego Rozporządzenia

• wielobiegowe, pierścieniowe i z mechanicznymi komutatorami

• stanowiące integralną część produktu/urządzenia pod warunkiem, że sprawność silnika nie może być wyznaczona po wymontowaniu silnika z produktu/urządzenia

• z zabudowanym przemiennikiem częstotliwości pod warunkiem, że sprawność silnika nie może być wyznaczona z pominięciem przemiennika częstotliwości

• z zabudowanym hamulcem pod warunkiem, że hamulec stanowi integralną część konstrukcji silnika (jeżeli hamulec nie może być zdemontowany z silnika na czas badania jego sprawności)

• zatapialne (zaprojektowane i przeznaczone do pracy przy pełnym zanurzeniu w cieczy)

• spełniające szczególne warunki dotyczące bezpieczeństwa obiektów jądrowych zdefiniowane w art. 3 dyrektywy Rady 2009/71/EURATOM

• przeciwwybuchowe zaprojektowane i certyfikowane na potrzeby przemysłu górniczego

• w urządzeniach bezprzewodowych lub zasilanych za pomocą akumulatorów oraz w przeno- śnych urządzeniach sterowanych ręcznie, przenoszonych podczas działania

• w urządzeniach przystosowanych do obsługi ręcznej, których ciężar podczas działania jest podtrzymywany ręką

• w pełni zabudowane niewentylowane

• wprowadzone do obrotu przed dniem 2029-07-01 jako zamienniki identycznych silników stanowiących nieodłączną część produktów wprowadzonych do obrotu przed dniem 2022-07-01, wprowadzane do obrotu specjalnie w tym celu

• zaprojektowane specjalnie na potrzeby elektrycznych pojazdów trakcyjnych Tabela 1.

Typ silnika Wymagana klasa sprawności

Silniki ogólnego przeznaczenia

Silniki przeciwwybuchowe z wyłączeniem silników

dla przemysłu górniczego Budowy

wzmocnionej

(Ex eb) Pozostałe

3-fazowy IE2

2p = 2, 4, 6, 8

&

0,12 kW ÷ <0,75 kW

2p = 2, 4, 6, 8

&

0,12 kW ÷ 1000 kW nie dotyczy od 2021-07-01 od 2023-07-01

IE3

2p = 2, 4, 6, 8

&

0,75 kW ÷ 1000 kW nie dotyczy

2p = 2, 4, 6, 8

&

0,75 kW ÷ 1000 kW

od 2021-07-01 od 2021-07-01

IE4

2p = 2, 4, 6

&

75 kW ÷ 200 kW nie dotyczy nie dotyczy

od 2023-07-01

1-fazowy IE2 ≥0,12 kW

od 2023-07-01

Tabela 2. Harmonogram wdrożenia nowych wymogów w zakresie sprawności silników.

od 75kW do 200kW oraz wprowadzenie poziomu IE3 również dla silników zasilanych z przemienników częstotliwości (wykluczenie możliwości wprowadzania na rynek silników w klasie sprawności IE2 do zasilania z przemienników częstotliwości) – szczegóły wyma- gań wraz z datami obowiązywania podano w tabeli 2.

Przedmiotowe Rozporządzenie UE 2019/1781 w zakresie minimalnego poziomu sprawności definiuje również wymagania dla Państw członkowskich odnośnie weryfikacji efektywności energe- tycznej silników dostępnych na rynku oraz wytyczne dla produ- centów w kwestii dokumentacji technicznej dołączanej do silników.

Pełny tekst przedmiotowej Regulacji dostępny jest na stronie Komisji Europejskiej (http://data.europa.eu/eli/reg/2019/1781/oj).

Na podstawie analiz przeprowadzonych przez Komisję Europejską, szacuje się, że przedmiotowe nowe wymagania w zakresie spraw- ności silników (określone w nowym Rozporządzeniu) przyczynią się do ograniczenia rocznego zużycia energii elektrycznej o około 10 TWh oraz do zmniejszenia rocznej emisji gazów cieplarnianych o 3 Mt ekwiwalentu dwutlenku węgla do roku 2030.

mgr inż. Adam Owczarzy CELMA INDUKTA S.A. – Dział Rozwoju