Eaton ZB65 Series User manual

09/15 MN03407005Z-DE/EN
Handbuch/Manual
Motorschutzrelais ZB65-…/XTOB…DC1 und
ZB150-…/XTOB…GC1
Überlastüberwachung von Ex e-Motoren
Motor-protective relays ZB65-…/XTOB…DC1 and
ZB150-…/XTOB…GC1
Overload monitoring of Ex e motors


Alle Marken- und Produktnamen sind Warenzeichen oder eingetragene
Warenzeichen der jeweiligen Titelhalter.
1. Auflage 2004, Redaktionsdatum 07/2004
2. Auflage 2011, Redaktionsdatum 01/2011
3. Auflage 2015, Redaktionsdatum 09/2015
Siehe Änderungsprotokoll im Kapitel „Zu diesem Handbuch“.
© 2004 by Eaton Industries GmbH, 53105 Bonn
Autoren: Wolfgang Nitschky, Dirk Meyer, Christoph 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 07/2004
2nd edition 2011, edition date 01/2011
3rd edition 2015, edition date 09/2015
See revision protocol in the “About this manual“ chapter.
© 2004 by Eaton Industries GmbH, 53105 Bonn
Authors: Wolfgang Nitschky, Dirk Meyer, Christoph Bausch
Editor: Heidrun Riege, René Wiegand
Translator: globaldocs
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
09/15 MN03407005Z-DE/EN
Motorschutzrelais ZB65/XTOB…DC1 und
ZB150/XTOB…GC1
Überlastüberwachung von Ex e-Motoren 1
Motor-protective relays ZB65/XTOB…DC1 and
ZB150/XTOB…GC1
Overload monitoring of Ex e motors 31
Anhang/Appendix 61
Überblick/Overview

1
09/15 MN03407005Z-DE/EN
Motorschutzrelais ZB65/XTOB…DC1 und
ZB150/XTOB…GC1
Überlastüberwachung von Ex e-Motoren 1
Motor-protective relays ZB65/XTOB…DC1 and
ZB150/XTOB…GC1
Overload monitoring of Ex e motors 31
Anhang/Appendix 61
Zu diesem Handbuch 3
Zielgruppe 3
Abkürzungen und Symbole 3
Änderungsprotokoll 5
1 Motorschutzrelais ZB65-…/XTOB…DC1 und
ZB150-…/XTOB…GC17
Vorwort 7
Geräteübersicht 8
Gerätebeschreibung 9
– Überlastschutz mit Bimetallrelais 9
– Strombereiche der Motorschutzrelais 10
– Temperaturkompensation 12
– 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 19
Zulassungen 21
3 Installation 23
Hinweise zur Installation 23
Geräte montieren 25
Inhalt

2
09/15 MN03407005Z-DE/EN
4 Geräte betreiben 29
Einstellungen 29
– Rücksetzung 29
–Test 30
Anhang/Appendix 61
Typenschilder/
Rating plates 61
– Motorschutzrelais/Overload
relay ZB65/XTOB…DC1 61
– Motorschutzrelais/Overload relay
ZB150/XTOB…GC1 63
Auslösekennlinien/
Tripping characteristics 65
– ZB65-10/XTOB010DC1 66
– ZB65-16/XTOB016DC1 67
– ZB65-24/XTOB024DC1 68
– ZB65-40/XTOB040DC1 69
– ZB65-57/XTOB057DC1 70
– ZB65-65/XTOB065DC1 71
– ZB65-75/XTOB075DC1 72
– ZB150-35/XTOB35GC1,
ZB150-35KK/XTOB035GC1S 73
– ZB150-50/XTOB050GC1 74
– ZB150-50KK/XTOB050GC1S 75
– ZB150-70/XTOB070GC1,
ZB150-70KK/XTOB070GC1S 76
– ZB150-100/XTOB100GC1 77
– ZB150-100KK/XTOB100GC1S 78
– ZB150-125/XTOB125GC1,
ZB150-125KK/XTOB125GC1S 79
– ZB150-150/XTOB150GC1 80
– ZB150-150KK/XTOB150GC1S 81
– ZB150-175/XTOB175GC1 82
– ZB150-175KK/XTOB175GC1S 83
EG-Konformitätserklärung/Declaration of
EC Conformity (Doc. No.: CE1400094) ZB65 84
EG-Konformitätserklärung/Declaration of
EC Conformity (Doc. No.: CE1400092) ZB150 86

3
09/15 MN03407005Z-DE/EN
Zu diesem Handbuch
Das vorliegende Handbuch gilt für die Motorschutzrelais
ZB65-…/XTOB…DC1 und ZB150-…/XTOB…GC1.
Es beschreibt die Überlastüberwachung zum Schutz von
Ex e-Motoren in explosionsgefährdeten Bereichen.
Zielgruppe Das Handbuch richtet sich an Fachpersonal, das die Motor-
schutzrelais 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“
HFT Hardware-Fehler-Toleranz
HM Höchster möglicher Einstellstrom
NM Niedrigster möglicher Einstellstrom
PL Performance Level
PTB Physikalisch Technische Bundesanstalt
(Zertifizierungsstelle für Geräte im Ex-Bereich)
SIL Sicherheitsintegritätslevel
hmacht Sie aufmerksam auf interessante Tipps und
Zusatzinformationen
hAchtung!
warnt vor leichten Sachschäden.
iVorsicht!
warnt vor schweren Sachschäden und leichten
Verletzungen.

Zu diesem Handbuch
4
09/15 MN03407005Z-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.
jGefahr!
warnt vor schweren Sachschäden und schweren
Verletzungen oder Tod.

Änderungsprotokoll
5
09/15 MN03407005Z-DE/EN
Änderungsprotokoll Das Handbuch AWB2300-1545D/GB ist ab der Ausgabe mit
Redaktionsdatum 01/11 umbenannt in
MN03407005Z-DE/EN.
Gegenüber der letzten Ausgabe haben sich folgende
wesentliche Änderungen ergeben:
Redaktions-
datum
Seite Stichwort neu geän-
dert
ent-
fällt
09/15 15 Sicherheitstechnische Betrachtung j
21 Zulassungen j
27 Montage einer Plombierhaube j
01/11 allg. Aufnahme der Eaton Typen j
allg. EEx e (jetzt: Ex e) j
7 Hinweis auf zusätzliche Maßnahmen
bei Motoren in explosionsgefährdeten
Staub-Luft-Gemischen
j
7 EG-Baumusterprüfbescheinigungs-
Nummer
j
61, 63 Typenschilder j
72, 82, 83 Auslösekennlinien j
84, 86 EG-Konformitätserklärung j
07/04 – Erstausgabe – – –

6
09/15 MN03407005Z-DE/EN

7
09/15 MN03407005Z-DE/EN
1 Motorschutzrelais
ZB65-…/XTOB…DC1 und
ZB150-…/XTOB…GC1
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 seit dem 30.06.2003
bindend.
Die Motorschutzrelais ZB65-…/XTOB…DC1 und
ZB150-…/XTOB…GC1 sind nach der Richtlinie 94/9/EG
(ATEX 100a) durch die PTB zugelassen.
Die EG-Baumusterprüfbescheinigungs-Nummer lautet:
PTB 10 ATEX 3010
Die folgenden Motorschutzrelais sind ohne ATEX-Zulassung:
• ZB65-75/XTOB075DC1,
• ZB150-175/XTOB175GC1,
• ZB150-175KK/XTOB175GC1S.

Motorschutzrelais
ZB65-…/XTOB…DC1 und
ZB150-…/XTOB…GC1
8
09/15 MN03407005Z-DE/EN
Geräteübersicht
Abbildung 1: Motorschutzrelais ZB65-…/XTOB…DC1
Abbildung 2: Motorschutzrelais ZB150-…/XTOB…GC1
Abbildung 3: Motorschutzrelais ZB150-…KK/XTOB…GC1S

Gerätebeschreibung
9
09/15 MN03407005Z-DE/EN
Gerätebeschreibung Überlastschutz mit Bimetallrelais
Die Motorschutzrelais ZB65-…/XTOB…DC1 und
ZB150-…/XTOB…GC1 sind dreipolige elektromechanische
Motorschutzrelais mit Bimetallen. Sie sind zur Überwachung
von Gleich- und Wechselstrom geeignet.
Die Motorschutzrelais ZB65-…/XTOB…DC1 und
ZB150-…/XTOB…GC1 sind als Direktanbau an die Schütze
DIL einsetzbar.
Direktanbau
Zusätzlich sind die Relais ZB65/XTOB…DC1 in Kombination
mit einer Einzelaufstellung einzeln einsetzbar.
Die Relais ZB150-…KK/XTOB…GC1S sind für Einzelauf-
stellung konzipiert.
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.
Motorschutzrelais Schütz
ZB65-…/XTOB…DC1 DILM40
DILM50
DILM65
DILM72D
XTCE040D
XTCE050D
XTCE065D
XTCE072D
ZB150-…/XTOB…GC1 DILM80
DILM95
DILM115
DILM150
DILM170
XTCE080F
XTCE095F
XTCE115G
XTCE150G
XTCE170G
Motorschutzrelais Einzelaufstellung
ZB65-…/XTOB…DC1 ZB65-XEZ/XTOBXDIND
ZB150-…KK/XTOB…GC1S –

Motorschutzrelais
ZB65-…/XTOB…DC1 und
ZB150-…/XTOB…GC1
10
09/15 MN03407005Z-DE/EN
Abbildung 4: Schaltbild eines Motorabgangs mit
Motorschutzrelais
F1 Sicherung
F2 Motorschutzrelais
Q11 Motorschütz
M1 Motor
Strombereiche der Motorschutzrelais
Die Motorschutzrelais werden mit Hilfe der Strom-Einstell-
scheibe auf den Motornennstrom eingestellt.
Mit entsprechenden Typen können Motoren von 6 bis 175 A
Motornennstrom überwacht werden.
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

Gerätebeschreibung
11
09/15 MN03407005Z-DE/EN
Tabelle 1: Strombereich der Relais ZB65-…/XTOB…DC1
Tabelle 2: Strombereich der Relais ZB150-…/XTOB…GC1
Typ Strombereich I [A]
ZB65-10 XTOB010DC1 6 - 10
ZB65-16 XTOB016DC1 10 - 16
ZB65-24 XTOB024DC1 16 - 24
ZB65-40 XTOB040DC1 24 - 40
ZB65-57 XTOB057DC1 40 - 57
ZB65-65 XTOB065DC1 50 - 65
ZB65-751) XTOB075DC11) 65 - 75
1) ohne ATEX-Zulassung
Typ Strombereich I [A]
ZB150-35 XTOB035GC1 25 - 35
ZB150-50 XTOB050GC1 35 - 50
ZB150-70 XTOB070GC1 50 - 70
ZB150-100 XTOB100GC1 70 - 100
ZB150-125 XTOB125GC1 95 - 125
ZB150-150 XTOB150GC1 120 - 150
ZB150-1751) XTOB175GC11) 145 - 175
ZB150-35KK XTOB035GC1S 25 - 35
ZB150-50KK XTOB050GC1S 35 - 50
ZB150-70KK XTOB070GC1S 50 - 70
ZB150-100KK XTOB100GC1S 70 - 100
ZB150-125KK XTOB125GC1S 95 - 125
ZB150-150KK XTOB150GC1S 120 - 150
ZB150-175KK1) XTOB175GC1S1) 145 - 175
1) ohne ATEX-Zulassung

Motorschutzrelais
ZB65-…/XTOB…DC1 und
ZB150-…/XTOB…GC1
12
09/15 MN03407005Z-DE/EN
Temperaturkompensation
Zwei Parameter beeinflussen die Ausbiegung der Bimetalle:
Zum einen die Wärme, die proportional zum fließenden
Strom erzeugt wird, zum anderen die Umgebungstempe-
ratur.
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.
Phasenausfall
Die Motorschutzrelais ZB…/XTOB… sind phasenausfall-
empfindlich. 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 Phasenaus-
fall ein Bimetall weniger ausgelenkt, bleibt die Differenzial-
brücke zurück und der Weg wird in zusätzlichen Auslöseweg
umgewandelt, so dass es zu einer vorzeitigen Auslösung
kommt.
Abbildung 5: 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

Gerätebeschreibung
13
09/15 MN03407005Z-DE/EN
Abbildung 6: Verdrahtung der Motorschutzrelais für den Schutz
von Wechselstrom- oder Gleichstrommotoren
(Reihenschaltung der Bimetallauslöser)
(aAbschnitt „Auslösekennlinien“ ab Seite 65)
Wiedereinschaltung
Nach einer Auslösung müssen zunächst die Bimetalle
abkühlen, bevor das Motorschutzrelais wieder zurückgesetzt
werden kann. Mittels eines Wahlschalters kann zwischen
manuellem und automatischem Zurücksetzen gewählt
werden (aAbschnitt „Rücksetzung“auf Seite 29).
In der Stellung „Automatik“ fallen die Kontakte nach dem
Abkühlen der Bimetalle automatisch zurück; in der Hand-
stellung muss die Auslösung vor Ort am Motorschutzrelais
quittiert werden.
hSoll mit einem Motorschutzrelais ZB…/XTOB… ein
Wechselstrommotor oder ein Gleichstrommotor über-
wacht werden, muss der Strom über alle drei Strom-
bahnen geführt werden, um Frühauslösungen zu
vermeiden.
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.
Zurücksetzungen dürfen manuell vor Ort oder durch
geschultes Personal in der Leitwarte vorgenommen
werden.

Motorschutzrelais
ZB65-…/XTOB…DC1 und
ZB150-…/XTOB…GC1
14
09/15 MN03407005Z-DE/EN
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).

Gerätebeschreibung
15
09/15 MN03407005Z-DE/EN
Sicherheitstechnische Betrachtung
Folgende Kenndaten für die funktionale Sicherheit wurden
für die Motorschutzrelais ZB65-…/XTOB…DC1 und
ZB150-…/XTOB…GC1 ermittelt:
Für die Betriebsart mit niedriger Anforderungsrate und der
Architektur 1oo1, bestehend aus Subsystemen nach Typ A
und Hardware-Fehler-Toleranz (HFT) 0 (siehe EN 61508
Teil 1 Tabelle 3 und EN 61508 Teil 2 Tabelle 2) für die
Motorschutzrelais 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)
SIL 1
93 %
632 x 10-9/h
1474 x 10-9/h
170 x 10-9/h
397 x 10-9/h

Motorschutzrelais
ZB65-…/XTOB…DC1 und
ZB150-…/XTOB…GC1
16
09/15 MN03407005Z-DE/EN
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
Die mittlere Betriebsdauer zwischen zwei Ausfällen (MTBF)
beträgt: 43 Jahre.
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) 67 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