Eaton PKE12 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®
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Eaton addresses worldwide:
www.moeller.net/address
E-Mail: [e-mail]
Internet: www.eaton.com/moellerproducts
www.eaton.com
Herausgeber/Issued by: Eaton Industries GmbH
Hein-Moeller-Str. 7–11
D-53115 Bonn
© 2010 by Eaton Industries GmbH
Änderungen vorbehalten/Subject to alteration
MN03402004Z-DE/EN Doku/Doku/Eb 06/10
Printed in Germany(01/11)
Artikel-Nr./Article No.: 134836
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Rückenbreite 4 mm
(1 Blatt = 0,080 mm für Eberwein Digitaldruck bei 80 g/m2)

Alle Marken- und Produktnamen sind Warenzeichen oder eingetragene
Warenzeichen der jeweiligen Titelhalter.
1. Auflage 2010, Redaktionsdatum 06/10,
© 2010 by Eaton Industries GmbH, 53105 Bonn
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.
1st published 2010, edition date 06/10,
© 2010 by Eaton Industries GmbH, 53105 Bonn
Author: Dirk Meyer
Editor: Heidrun Riege
Translator: globaldocs GmbH
All rights reserved, including those of the translation.
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/m2)

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 MTTFd 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

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
Ir= 0.3 A (2 phase) 66
Ir= 0.3 A (3 phase) 67
Ir= 0.63 A (2 phase) 68
Ir= 0.63 A (3 phase) 69
Ir= 1.2 A (2 phase) 70
Ir= 1.2 A (3 phase) 71
– PKE12(32)/XTU(A)-12: 72
Ir= 12 A (2 phase) 72
Ir= 12 A (3 phase) 73
– PKE32/XTU(A)-32: 74
Ir= 16.8 A (2 phase) 74
Ir= 16.8 A (3 phase) 75
– PKE12/XTU(A)-4: 76
Ir= 1 A (2 phase) 76
Ir= 1 A (3 phase) 77
Ir= 2.1 A (2 phase) 78
Ir= 2.1 A (3 phase) 79
– PKE32/XTU(A)-32: 80
Ir= 22.18 A (2 phase) 80
Ir= 22.18 A (3 phase) 81
Ir= 24 A (2 phase) 82
Ir= 24 A (3 phase) 83

Inhalt
3
06/10 MN03402004Z-DE/EN
Ir= 26.65 A (2 phase) 84
Ir= 26.65 A (3 phase) 85
Ir= 32 A (2 phase) 86
Ir= 32 A (3 phase) 87
– PKE12(32)/XTU(A)-12: 88
Ir= 3 A (2 phase) 88
Ir= 3 A (3 phase) 89
– PKE12/XTU(A)-4: 90
Ir= 4 A (2 phase) 90
Ir= 4 A (3 phase) 91
– PKE12(32)/XTU(A)-12: 92
Ir= 6.3 A (2 phase) 92
Ir= 6.3 A (3 phase) 93
– PKE32/XTU(A)-32: 94
Ir= 8 A (2 phase) 94
Ir= 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 109Stunden
HFT Hardware-Fehler-Toleranz
MTTFdMean 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
Xzeigt 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.
hmacht Sie aufmerksam auf interessante Tipps und
Zusatzinformationen
hAchtung!
warnt vor leichten Sachschäden.
iWarnung!
warnt vor schweren Sachschäden und leichten
Verletzungen.
jGefahr!
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
aMotorschutzschalter PKE…
bAuslöseblock PKE-XTU(A)-…
Abbildung 2: Komplettgerät Motorschutzschalter
PKE…/XTU(A)-…
hDie 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 (aAbb. 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 (aTabelle 1).
I > I > 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
hWeitere 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 aSupport
hAchtung!
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 Ie
[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
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06/10 MN03402004Z-DE/EN
Einstellung der Auslöseklasse CLASS
Abbildung 5: aEinstellrad 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 IeCLASS des Schaltgerätes und
der Leitungen je nach Einstellung der Auslöseklasse am PKE
überdimensioniert werden.
a
hÜber den Motorbemessungsstrom und die Auslöseklasse
erhalten Sie die Auslösekennlinie, aSeite 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 f50 %
verkürzt sich die Auslösezeit auf Q40 % des 3-phasigen
Auslösewertes.
Abbildung 6: Verdrahtung des Motorschutzschalters für den
Schutz von Wechselstrommotoren (Reihenschal-
tung der Überlastauslöser)
CLASS Bemessungsbetriebsstrom Ie CLASS
[A]
5 Ie
10 Ie
15 1.22 x Ie
20 1.41 x Ie
hSoll mit dem PKE ein Wechselstrommotor überwacht
werden, muss der Strom über alle drei Strombahnen
geführt werden, um Frühauslösungen zu vermeiden.
iWarnung!
Eine Überwachung von DC-Motoren ist nicht möglich.

Gerätebeschreibung
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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 twiederein nach Überlastaus-
lösung
hDer kalte Zustand wird jeweils nach 20 Minuten erreicht.
CLASS twiederein
[min]
5 20
10 20
15 20
20 20
hAchtung!
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
TEST
TRIP
1
3f0.3A
f1 A
f3A
f8 A
2
I
I
3
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 (PLr) 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