Eaton ZB12/XTOB BC1 Series User manual

03/15 MN03407004Z-DE/EN
Handbuch/Manual
Motorschutzrelais
ZB12/XTOB…BC1 und ZB32/XTOB…CC1
Überlastüberwachung von Ex e-Motoren
Motor-protective relays
ZB12/XTOB…BC1 and ZB32/XTOB…CC1
Overload monitoring of Ex e motors
4


Alle Marken- und Produktnamen sind Warenzeichen oder eingetragene
Warenzeichen der jeweiligen Titelhalter.
1. Auflage 2004, Redaktionsdatum 02/2004
2. Auflage 2005, Redaktionsdatum 05/2005
3. Auflage 2010, Redaktionsdatum 10/2010
4. Auflage 2015, Redaktionsdatum 03/2015
siehe Änderungsprotokoll im Kapitel „Zu diesem Handbuch“.
© 2004 by Eaton Industries GmbH, 53105 Bonn
Autoren: W. Nitschky, D. Meyer, K.-J. Karneboge, Ch. Bausch
Redaktion: Heidrun Riege, René Wiegand
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 2004, edition date 02/2004
2nd edition 05/2005
3rd edition 10/2010
4th edition 03/2015
see revision protocol in the “About this manual“ chapter.
© 2004 by Eaton Industries GmbH, 53105 Bonn
Authors: W. Nitschky, D. Meyer, K.-J. Karneboge, Ch. Bausch
Editors: Heidrun Riege, René Wiegand
Translator: David Long
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.

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
03/15 MN03407004Z-DE/EN
Motorschutzrelais ZB12/XTOB…BC1 und
ZB32/XTOB…CC1
Überlastüberwachung von Ex e-Motoren 1
Motor-protective relays ZB12/XTOB…BC1 and
ZB32/XTOB…CC1
Overload monitoring of Ex e motors 31
Anhang/Appendix 61
Überblick/Overview

1
03/15 MN03407004Z-DE/EN
Zu diesem Handbuch 3
Zielgruppe 3
Abkürzungen und Symbole 3
Änderungsprotokoll 4
1 Motorschutzrelais
ZB12/XTOB…BC1 und ZB32/XTOB…CC1 7
Vorwort 7
Geräteübersicht 8
Gerätebeschreibung 8
– Überlastschutz mit Bimetallrelais 8
– Strombereiche der Motorschutzrelais 10
– Temperaturkompensation 11
– Phasenausfall 12
– Wiedereinschaltung 13
– Testfunktion 14
Sicherheitstechnische Betrachtung 15
2 Projektierung 17
Überlastüberwachung von Motoren im Ex e-Bereich 17
Einstellung der Überstromschutzeinrichtung 17
– Kurzschlussschutz der Motorschutzrelais 18
Zulassungen 21
3 Installation 23
Hinweise zur Installation 23
Geräte montieren 25
– Montage einer Plombierhaube 27
4 Geräte betreiben 29
Einstellungen 29
– Rücksetzung 29
–Test 30
Inhalt

Inhalt
2
03/15 MN03407004Z-DE/EN
Anhang/Appendix 61
Typenschild/
Rating plate 61
– Motorschutzrelais/Overload relay
ZB12/XTOB…BC1 und/and ZB32/XTOB…CC1 61
Auslösekennlinien/
Tripping characteristics 63
– ZB12-0,16/XTOBP16BC1 und/and
ZB32-0,16/XTOBP16CC1 64
– ZB12-0,24/XTOBP24BC1 und/and
ZB32-0,24/XTOBP24CC1 66
– ZB12-0,4/XTOBP40BC1 und/and
ZB32-0,4/XTOBP40CC1 68
– ZB12-0,6/XTOBP60BC1 und/and
ZB32-0,6/XTOBP60CC1 70
– ZB12-1/XTOB001BC1 und/and
ZB32-1/XTOB001CC1 72
– ZB12-1,6/XTOB1P6BC1 und/and
ZB32-1,6/XTOB1P6CC1 74
– ZB12-2,4/XTOB2P4BC1 und/and
ZB32-2,4/XTOB2P4CC1 76
– ZB12-4/XTOB004BC1 und/and
ZB32-4/XTOB004CC1 78
– ZB12-6/XTOB006BC1 und/and
ZB32-6/XTOB006CC1 80
– ZB12-10/XTOB010BC1 und/and
ZB32-10/XTOB010CC1 82
– ZB12-12/XTOB012BC1 84
– ZB12-16/XTOB016BC1 86
– ZB32-16/XTOB016CC1 88
– ZB32-24/XTOB024CC1 90
– ZB32-32/XTOB032CC1 92
– ZB32-38/XTOB038CC1 94
EG-Konformitätserklärung/
Declaration of CE Conformity – ZB12 96
EG-Konformitätserklärung/
Declaration of CE Conformity – ZB32 98

3
03/15 MN03407004Z-DE/EN
Zu diesem Handbuch
Das vorliegende Handbuch gilt für die Motorschutzrelais
ZB12/XTOB…BC1 und ZB32/XTOB…CC1.
Dieses Handbuch beschreibt die Überlastüberwachung
zum Schutz von Ex e-Motoren in explosiongefährdeten
Bereichen.
Zielgruppe Dieses Handbuch richtet sich an Fachpersonal, das die
Motorschutzrelais installiert, in Betrieb nimmt und wartet.
Abkürzungen und Symbole In diesem Handbuch werden Abkürzungen und Symbole
eingesetzt, die folgende Bedeutung haben:
Xzeigt Handlungsanweisungen an.
Ex e Zündschutzart „Erhöhte Sicherheit“
FIT Failure In Time
(Anzahl der gefährlichen Ausfälle in 109Stunden)
HFT Hardware-Fehler-Toleranz
HM Höchster möglicher Einstellstrom
MTTFdMean Time To Dangerous Failure
(Mittlere Zeit bis zu einem gefährlichen Ausfall)
NM Niedrigster möglicher Einstellstrom
PL Performance Level
PTB Physikalisch-Technische Bundesanstalt
(Zertifizierungsstelle für Geräte im Ex-Bereich)
SIL Safety Integrity Level (Sicherheitsintegritätslevel)
hmacht Sie aufmerksam auf interessante Tipps und
Zusatzinformationen.

Zu diesem Handbuch
4
03/15 MN03407004Z-DE/EN
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.
Änderungsprotokoll Das Handbuch AWB2300-1527D/GB ist ab der Ausgabe mit
Redaktionsdatum 10/10 umbenannt in
MN03407004Z-DE/EN.
hAchtung!
warnt vor leichten Sachschäden.
iWarnung!
warnt vor schweren Sachschäden und leichten
Verletzungen.
jGefahr!
warnt vor schweren Sachschäden und schweren
Verletzungen oder Tod.
Redaktions-
datum
Seite Stichwort neu geän-
dert
ent-
fällt
05/05 8 Abschnitt „Direktanbau“ j
10 Tabelle 3 „Strombereiche ZB12 Relais“ j
11 Abschnitt „Temperaturkompensation“ j
19 Tabelle 5 „ZB12 in Direktanbau“ j
20 Tabelle 6 „ZB32 in Direktanbau oder
Einzelaufstellung“
j
25 Tabelle 7 „Direktanbau“ j
62 Tabelle 11 Werte der einzelnen Typen“ j
86 Auslösekennlinie „ZB12-16“ j

Änderungsprotokoll
5
03/15 MN03407004Z-DE/EN
10/10 diverse Typen XTOB… j
20 Tabelle 6, ZB32-24 Zuordnungsart „2“ j
89 Auslösekennlinie ZB32-16 j
03/15 diverse Typ ZB32-38 j
15 Sicherheitstechnische Betrachtung j
96 - 99 Konformitätserklärungen j
Redaktions-
datum
Seite Stichwort neu geän-
dert
ent-
fällt

6
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1 Motorschutzrelais
ZB12/XTOB…BC1 und
ZB32/XTOB…CC1
Vorwort Für den Schutz von Motoren in explosionsgefährdeten
Bereichen gelten zusätzlich zu den Vorschriften nach
EN 60079-14 und VDE 0165 Teil 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 explosionsgefährdeten Staub-Luft-Gemi-
schen verlangt die EN 60079-14 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.
Die Motorschutzrelais ZB12/XTOB…BC1 und
ZB32/XTOB…CC1 sind nach der Richtlinie 94/9/EG
(ATEX 100a) durch die PTB zugelassen.
Für die funktionale Sicherheit wurden folgende Normen
herangezogen:
• Risikoanalyse von Gefährdungen, Gefährdungssitua-
tionen und Gefährdungsereignissen nach EN ISO 12100,
• Bestimmung des SIL mit Hilfe des Risikographen nach
IEC 61508.
aDieEG-Baumusterprüfbescheinigungs-Nummernlauten:
ZB12-…/XTOB…BC1: PTB 10 ATEX 3010
ZB32-…/XTOB…CC1: PTB 10 ATEX 3010

Motorschutzrelais
ZB12/XTOB…BC1 und
ZB32/XTOB…CC1
8
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Geräteübersicht
Abbildung 1: Motorschutzrelais ZB12/XTOB…BC1
Abbildung 2: Motorschutzrelais ZB32/XTOB…CC1
Gerätebeschreibung Überlastschutz mit Bimetallrelais
Die Motorschutzrelais ZB12/XTOB...BC1 und
ZB32/XTOB…CC1 sind dreipolige elektromechanische
Motorschutzrelais mit Bimetallen. Sie sind zur Überwachung
von Gleich- und Wechselstrom geeignet.
Die Motorschutzrelais ZB12/XTOB...BC1 und
ZB32/XTOB…CC1 sind als Direktanbau an die Schütze
DILM…/XTCE… einsetzbar.
Tabelle 1: Direktanbau
Motorschutzrelais Schütz
ZB12-… XTOB…BC1 DILM7
DILM9
DILM12
DILM15
XTCE007B
XTCE009B
XTCE012B
XTCE015B
ZB32-… XTOB…CC1 DILM17
DILM25
DILM32
DILM38
XTCE018C
XTCE025C
XTCE032C
XTCE038C

Gerätebeschreibung
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Zusätzlich ist das Relais ZB32/XTOB…CC1 in Kombination
mit einer Einzelaufstellung einzeln einsetzbar.
Tabelle 2: Einzelaufstellung
Bei einer Überlastauslösung schalten die Hilfsschalter 95-96
und 97-98 um und unterbrechen den Steuerstromkreis des
zugehörigen Leistungsschützes. Sie schalten so indirekt den
Stromfluss des zu überwachenden Motors ab.
Abbildung 3: Schaltbild eines Motorabganges mit
Motorschutzrelais
F1 Sicherung
F2 Motorschutzrelais
Q11 Motorschütz
M1 Motor
Motorschutzrelais Einzelaufstellung
ZB32-… XTOB…CC1 ZB32-XEZ XTOBXDINC
M1
M
UVW
F2
F1
L1 L2 L3
Q11
246
246
97
97
95
96
135
PE
3~
L1
(Q11/1)
95
96
21
22
13
14
-F2
0
-S11
I
13
14
-Q11
A1
A2
-Q11
N
-F0

Motorschutzrelais
ZB12/XTOB…BC1 und
ZB32/XTOB…CC1
10
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Strombereiche der Motorschutzrelais
Die Motorschutzrelais werden mit Hilfe einer Strom-Einstell-
scheibe auf den Motornennstrom eingestellt.
Mit verschiedenen Typen können Motoren von 0,1 bis 38 A
Motornennstrom überwacht werden.
Tabelle 3: Strombereiche ZB12/XTOB…BC1
Typ Strombereich I [A]
ZB12-0,16 XTOBP16BC1 0,1 - 0,16
ZB12-0,24 XTOBP24BC1 0,16 - 0,24
ZB12-0,4 XTOBP40BC1 0,24 - 0,4
ZB12-0,6 XTOBP60BC1 0,4 - 0,6
ZB12-1,0 XTOB001BC1 0,6 - 1,0
ZB12-1,6 XTOBP1P6BC1 1,0 - 1,6
ZB12-2,4 XTOBP2P4BC1 1,6 - 2,4
ZB12-4 XTOBP004BC1 2,4 - 4,0
ZB12-6 XTOBP006BC1 4,0 - 6,0
ZB12-10 XTOBP010BC1 6,0 - 10
ZB12-12 XTOBP012BC1 9 - 12
ZB12-16 XTOBP016BC1 12 - 16

Gerätebeschreibung
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Tabelle 4: Strombereiche ZB32/XTOB…CC1
Temperaturkompensation
Zwei Parameter beeinflussen die Ausbiegung der Bimetalle:
Zum einen die Wärme, die proportional zum fließendem
Strom erzeugt wird, und zum anderen der Einfluss der Umge-
bungstemperatur.
Der Einfluss der Umgebungstemperatur wird mit Hilfe eines
zusätzlichen Bimetalls, das nicht vom Motorstrom durch-
flossen wird, im Temperaturbereich von -5 °C bis +55 °C
kontinuierlich durch Korrektur des Auslöseweges selbsttätig
kompensiert.
Typ Strombereich I [A]
ZB32-0,16 XTOBP16CC1 0,1 - 0,16
ZB32-0,24 XTOBP24CC1 0,16 - 0,24
ZB32-0,4 XTOBP40CC1 0,24 - 0,4
ZB32-0,6 XTOBP60CC1 0,4 - 0,6
ZB32-1,0 XTOB001CC1 0,6 - 1,0
ZB32-1,6 XTOB1P6CC1 1,0 - 1,6
ZB32-2,4 XTOB2P4CC1 1,6 - 2,4
ZB32-4 XTOB004CC1 2,4 - 4,0
ZB32-6 XTOB006CC1 4,0 - 6,0
ZB32-10 XTOB010CC1 6,0 - 10
ZB32-16 XTOB016CC1 10 - 16
ZB32-24 XTOB024CC1 16 - 24
ZB32-32 XTOB032CC1 24 - 32
ZB32-38 XTOB038CC1 32 - 38

Motorschutzrelais
ZB12/XTOB…BC1 und
ZB32/XTOB…CC1
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Phasenausfall
MotorschutzrelaisZB12/XTOB…BC1 und ZB32/XTOB…CC1
sind phasenausfallempfindlich. Die Auslenkung aller drei
Bimetalle wirkt auf eine Auslösebrücke, die bei Erreichen des
Grenzwertes einen Sprungschalter umschaltet. Gleichzeitig
verschieben alle drei Bimetalle die Differenzialbrücke.
Wird bei einem Phasenausfall ein Bimetall weniger ausge-
lenkt, bleibt die Differentialbrücke zurück und der Weg wird
in zusätzlichen Auslöseweg umgewandelt, so dass es zu
einer vorzeitigen Auslösung kommt.
Abbildung 4: Funktion der Phasenausfallempfindlichkeit mit Hilfe
einer Auslöse- und Differenzialbrücke
aAuslösebrücke
bDifferenzialbrücke
cDifferenzweg
s = Auslöseweg
Normalbetrieb ungestört dreiphasige Überlast Ausfall einer Phase
(zweiphasige Belastung)
97
S
95
98 96
97 95
98 96
97 95
98 96
햲
햳
햴
hSoll mit einem ZB12/XTOB…BC1 oder ZB32/XTOB…CC1
Relais ein Wechselstrommotor oder ein Gleichstrommotor
überwacht werden, muss der Strom über alle drei Strom-
bahnen geführt werden, um Frühauslösungen zu
vermeiden.

Gerätebeschreibung
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Abbildung 5: Verdrahtung der Motorschutzrelais für den Schutz
von Wechselstrom- oder Gleichstrommotoren
(Reihenschaltung der Bimetallauslöser)
(aAbschnitt „Auslösekennlinien“ ab Seite 63)
Wiedereinschaltung
Nach einer Auslösung müssen zunächst die Bimetalle
abkühlen, bevor das Motorschutzrelais wieder zurückgesetzt
werden kann. Mittels eines Wahlschalters kann zwischen
manueller und automatischer Rücksetzung gewählt werden
(aAbschnitt „Rücksetzung“auf Seite 29).
In der Stellung Automatik fallen die Kontakte nach der
Abkühlung der Bimetalle automatisch zurück, in der Hand-
stellung muss die Auslösung vor Ort am Motorschutzrelais
quittiert werden.
jGefahr!
Für den Explosionsschutz ist nur ein manuelles Rück-
setzen/Einschalten der Bimetalle des Motorschutzrelais
oder ein automatisches Zuschalten über eine Steuerungs-
verriegelung zum Motor bzw. zur elektrischen Maschine
zulässig
Rücksetzungen dürfen manuell vor Ort oder durch
geschultes Personal in der Leitwarte vorgenommen
werden.

Motorschutzrelais
ZB12/XTOB…BC1 und
ZB32/XTOB…CC1
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Testfunktion
Durch eine zusätzliche Testtaste kann die Funktionstüchtig-
keit der Hilfsschalter kontrolliert werden. Hierbei hat die
Testtaste eine Doppelfunktion:
• Das Drücken der Testtaste öffnet den Öffner 95-96.
Nach dem Loslassen fällt der Öffner wieder zurück.
Diese Funktion kann zum manuellen Ausschalten des
Motors genutzt werden.
• Das Ziehen der Testtaste führt zur Auslösung des Motor-
schutzrelais. Der Öffner 95-96 öffnet und der Schließer
97-98 schließt. Nach dem Loslassen der Testtaste muss
das Motorschutzrelais wie nach einer Auslösung zurück-
gesetzt werden (aAbschnitt „Wiedereinschaltung“auf
Seite 13).

Sicherheitstechnische
Betrachtung
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Sicherheitstechnische
Betrachtung
Folgende Kenndaten für die funktionale Sicherheit wurden
für die Motorschutzrelais ZB12 und ZB32 ermittelt:
Für die Betriebsart mit niedriger Anforderungsrate und der
Architektur 1oo1, bestehend aus Subsystemen nach Typ A
und Hardware-Fehlertoleranz (HFT) 0 (siehe EN 61508 Teil 1
Tabelle 3 und EN 61508 Teil 2 Tabelle 2) für die Motor-
schutzrelais bei einer Umgebungstemperatur von 55 °C:
• Motorschutz (Überlast)
– Sicherheitsintegritätslevel
– Verhältnis der ungefährlichen Fehler zu den gefähr-
lichen Fehlern (SFF)
– Ausfallrate nicht erkannter sicherer Ausfälle (lsu)
– Ausfallrate erkannter sicherer Ausfälle (lsd)
– Ausfallrate nicht erkannter gefahrbringender Ausfälle
(ldu)
– Ausfallrate erkannter gefahrbringender Ausfälle (ldd)
Mittlere Wahrscheinlichkeit eines gefahrbringenden Ausfalls
bei Anforderung der Sicherheitsfunktion bei einem Intervall
für die Wiederholungsprüfung von 36 Monaten:
1. Anforderungsrate F1/Jahr (low demand mode):
PFDavg: 2,2 x 10-3 h
Mittlere Betriebsdauer zwischen zwei Ausfällen (MTBF):
54 Jahre
SIL 1
92 %
468 x 10-9/h
1.092 x 10-9/h
169 x 10-9/h
394 x 10-9/h

16
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Für die sicherheitsbezogenen Teile von Steuerungen nach
EN ISO 13849 wurden bei einer Umgebungstemperatur von
55 °C folgende Daten ermittelt:
Größe Wert
Kategorie 1
Performance Level (PL)1) c
MTTFdnach 3 Jahren2) 54 Jahre
1) Der Performance Level ist das Ergebnis der Risikobeurteilung
bezogen auf den Anteil der Risikominderung durch die sicher-
heitsbezogenen Teile der Steuerung.
2) MTTFd= mittlere Zeit bis zu einem gefahrbringenden Ausfall