VDE-Schriftenreihe Normen verständlich 64 Explosionsgeschützte Elektromotoren Erläuterungen zu DIN EN 50014 bis 50021 (VDE 0170/0171), DIN EN 60034 (VDE 0530), DIN EN 60079 (VDE 0165), EG-Richtlinien (ATEX) sowie weiteren Normen und Vorschriften mit Hinweisen für die technisch-wirtschaftliche Antriebsoptimierung Dr.-Ing. Karl Falk Dipl.-Ing. Karl Hofbauer 3. Auflage 2004 VDE VERLAG GMBH Berlin Offenbach
Inhalt 1 Grundsätzliches 11 2 Begriffe des Explosionsschutzes 13 3 Zündschutzarten und Maschinenkonstruktion 21 3.1 Zündschutzarten für drehende elektrische Maschinen 21 3.2 Umgebungstemperatur und Maschinenkonstruktion 25 3.2.1 Hohe Umgebungstemperaturen 25 3.2.2 Tiefe Umgebungstemperaturen 25 4 Motoren in Zündschutzart Druckfeste Kapselung d" 29 4.1 Druckfest gekapselter Raum 29 4.2 Wellendurchführungen 31 4.3 Temperaturklasse und Explosionsgruppe 35 4.4 Elektrischer Anschluss von druckfesten Motoren 36 4.5 Ausführung von Drehstrommotoren in EExd 37 4.5.1 Allgemeines 37 4.5.2 Druckfest gekapselte Normmotoren 38 4.5.3 Transnorm- und Hochspannungsmotoren 41 5 Motoren in Zündschutzart Erhöhte Sicherheit e" 43 5.1 Allgemeines 43 5.2 Baubestimmungen 44 5.3 Begrenzung der Wicklungstemperatur 44 5.4 Störfall Überlast" 46 5.5 Zeit t E und Anzugsstromverhältnis I^/Ij^ 47 5.6 Luft- und Kriechstrecken 49 5.7 IP-Schutzart 50 5.8 Wicklungen 51 5.9 Luftspalt 51 5.10 Ausführung von Drehstrommotoren in EExe 51 5.10.1 Normmotoren 51 5.10.2 Transnorm- und Hochspannungsmotoren 53 5.10.3 Einphasen-Wechselstrommotoren 58
6 Motoren in Zündschutzart Überdruckkapselung p" 63 6.1 Allgemeines 63 6.2 Baubestimmungen 63 7 Motoren in Zündschutzart n" 67 7.1 Allgemeines 67 7.2 Die wichtigsten Baubestimmungen für drehende elektrische Maschinen in Zündschutzmethode Nicht funkend na" 68 7.3 Kennzeichnung, Dokumentation, Konformitätserklärung 69 8 Schutzeinrichtungen 71 8.1 Allgemeines 71 8.2 Stromabhängige Schutzeinrichtungen 73 8.2.1 Funktionsprinzip 73 8.2.2 Besonderheiten für Zündschutzart Erhöhte Sicherheit e" 74 8.3 Direkt temperaturabhängige Schutzeinrichtungen 76 8.3.1 Temperaturfühler 76 8.3.2 Thermischer Motorschutz (TMS) durch Kaltleiter 78 9 Netzspannung und Motorauslegung 81 9.1 Nennspannungen nach IEC 60038 für Netze 81 9.2 Spannungsschwankungen nach IEC 60034 für Maschinen 81 9.3 Vorgehen bei Änderung der Netzspannung 83 10 Umrichterspeisung von Drehstrommotoren in explosionsgefährdeten Bereichen 91 10.1 Allgemeines 91 10.2 Umrichterarten und ihre Eigenschaften 93 10.3 Besondere Vorschriften bei Umrichterspeisung 93 10.4 Schutzeinrichtungen 97 10.5 Auswirkungen der Umrichterspeisung im Motor 99 10.5.1 Übererwärmungen von Wicklung und Maschinenteilen 99 10.5.2 Variable und einstellbare Speisegrößen 101 10.5.3 Zusätzliche Spannungsbeanspruchungen 103 10.5.4 Wellenspannungen und Lagerströme 108 10.6 Motor-Umrichter-Einheit 111
11 Risikobewertung einer möglichen Funkenbildung im Betrieb bei Hochspannungsmotoren der Zündschutzarten EEx e und EEx n 113 11.1 Allgemeines 113 11.2 Bewertung des Zündrisikos am Läufer/Maßnahmen 115 11.3 Bewertung des Zündrisikos am Ständer/Maßnahmen 115 12 Motoren für Staub-Explosionsschutz 119 12.1 Allgemeines 119 12.2 Zoneneinteilung und Geräte-Kategorie 122 12.3 Staubdichtheit 122 12.4 Oberflächentemperatur 122 12.5 Baubestimmungen für drehende elektrische Maschinen 124 12.6 Künftige Zündschutzarten 126 12.7 Überwachung und Instandhaltung 127 13 Motoren für Schlagwetterschutz 131 13.1 Grundlagen des Schlagwetterschutzes 131 13.2 Zündschutzarten für schlagwettergeschützte Motoren 132 13.3 Ausführung schlagwettergeschützter Motoren 133 13.3.1 Selbstgekühlte Motoren 133 13.3.2 Oberflächengekühlte Motoren 133 13.3.3 Wassergekühlte Motoren 135 13.4 Umrichterspeisung von schlagwettergeschützten Motoren 137 14 EN-Normen, EG-Richtlinien und ihre nationale Umsetzung... 141 14.1 Europäische Normen 141 14.2 EG-Richtlinien 141 14.3 Kennzeichnung 144 15 Instandhaltung und Ändern von explosionsgeschützten Elektromotoren 145 15.1 Instandhaltung - Struktur, Rechtsgrundlagen, Aufgaben 145 15.2 Instandsetzung und Ändern von explosionsgeschützten Elektromotoren 150 16 Ökologie des explosionsgeschützten elektrischen Antriebs 155 16.1 Grundsätzliche Gesichtspunkte 155 16.2 Emissionen 156 16.2.1 Thermische Emission 156
16.2.2 Akustische Emission 157 16.2.3 Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) 159 16.2.4 Stoffliche/chemische Emission 162 16.2.5 Mechanische Emission 163 16.3 Energiebedarf 164 16.3.1 Motor und System 164 16.3.2 Motorwirkungsgrad 165 16.3.3 Motoren mit erhöhtem Wirkungsgrad und die Klassifizierungen eff3, eff2 und eff 1 166 16.3.4 Wirkungsgrad von EExe-Motoren 169 16.3.5 Energiesparen durch Drehzahlverstellung 170 16.4 Entsorgung 172 17 Explosionsschutz bei nicht-elektrischen Geräten 175 17.1 Allgemeines 175 17.2 Zündschutzarten 176 18 Literatur 179 19 Stichwortverzeichnis 191 10