Eaton ZE/XTOM Series User manual

09/15 MN03407003Z-DE/EN
Handbuch/Manual
Motorschutzrelais ZE/XTOM…
Überlastüberwachung von Ex e-Motoren
ZE/XTOM… motor-protective relay
Overload monitoring of Ex e motors


Alle Marken- und Produktnamen sind Warenzeichen oder eingetragene
Warenzeichen der jeweiligen Titelhalter.
1. Auflage 2002, Redaktionsdatum 02/2002
2. Auflage 2011, Redaktionsdatum 01/2011
3. Auflage 2015, Redaktionsdatum 09/2015
Siehe Änderungsprotokoll im Kapitel „Zu diesem Handbuch“.
© 2002 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 2002, edition date 02/2002
2nd edition 2011, edition date 01/2011
3rd edition 2015, edition date 09/2015
See revision protocol in the “About this manual“ chapter.
© 2002 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 (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 (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 MN03402003Z-DE/EN
Motorschutzrelais ZE/XTOM…
Überlastüberwachung von Ex e-Motoren 3
ZE/XTOM… motor-protective relay
Overload monitoring of Ex e motors 25
Anhang/Appendix 45
Überblick/Overview

1
09/15 MN03407003Z-DE/EN
Motorschutzrelais ZE/XTOM…
Überlastüberwachung von Ex e- Motoren 3
ZE/XTOM… motor-protective relay Overload
monitoring of Ex e motors 25
Anhang/Appendix 45
Zu diesem Handbuch 3
Zielgruppe 3
Abkürzungen und Symbole 3
Änderungsprotokoll 4
1 Motorschutzrelais ZE/XTOM 5
Vorwort 5
Geräteübersicht 6
Gerätebeschreibung 6
– Überlastschutz mit Bimetallrelais 6
– Strombereiche der ZE/XTOM-Relais 7
– Temperaturkompensation 8
– Phasenausfall 8
– Wiedereinschaltung 10
– Testfunktion 10
– Sicherheitstechnische Betrachtung 11
2 Projektierung 13
Überlastüberwachung von Motoren im
Ex e-Bereich 13
Einstellung der Überstromschutzeinrichtung 13
Kurzschluss-Schutz der Motorschutzrelais 15
Zulassungen 16
3 Installation 17
Hinweise zur Installation 17
Geräte montieren 19
Inhalt

2
09/15 MN03407003Z-DE/EN
4 Geräte betreiben 21
Einstellungen 21
– Rücksetzung 21
–Test 22
Anhang/Appendix 45
Typenschilder/ Rating plates ZE/XTOM 45
Auslösekennlinien/Tripping characteristics
ZE/XTOM 47
– ZE-0,16/XTOMP16AC1 48
– ZE-0,24/XTOMP24AC1 49
– ZE-0,4/XTOMP40AC1 50
– ZE-0,6/XTOMP60AC1 51
– ZE-1,0/XTOM001AC1 52
– ZE-1,6/XTOM1P6AC1 53
– ZE-2,4/XTOM2P4AC1 54
– ZE-4/XTOM004AC1 55
– ZE-6/XTOM006AC1 56
– ZE-9/XTOM009AC1 57
– ZE-12/XTOM012AC1 58
EG-Konformitätserklärung/Declaration of
CE Conformity (Doc No.: K 020710) 59

3
09/15 MN03407003Z-DE/EN
Zu diesem Handbuch
Das vorliegende Handbuch gilt für die Motorschutzrelais
ZE/XTOM.
Dieses Handbuch beschreibt die Überlastüberwachung zum
Schutz
von Ex e-Motoren in explosiongefährdeten 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.
jGefahr!
warnt vor schweren Sachschäden und schweren
Verletzungen oder Tod.

4
09/15 MN03407003Z-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 Die beiden Handbücher AWB2300-1425D sowie
AWB2300-1425GB sind ab der Ausgabe mit Redaktions-
datum 01/11 zu einem Dokument zusammengefasst worden
unter der neuen Bezeichnung MN03407003Z-DE/EN.
Gegenüber der letzten Ausgabe haben sich folgende
wesentliche Änderungen ergeben:
Redaktions-
datum
Seite Stichwort neu geän-
dert
ent-
fällt
09/15 11 Sicherheitstechnische Betrachtung j
16 Zulassungen j
01/11 allg. Aufnahme der Eaton-Typen j
allg. EEx e (jetzt: Ex e) j
5 EG-Baumusterprüfbescheinigungs-
Nummer
j
45 Typenschilder/Rating Plates j
59 EG-Konformitätserklärung/
Declaration of CE Conformity
j
02/02 – Erstausgabe – – –

5
09/15 MN03407003Z-DE/EN
1 Motorschutzrelais ZE/XTOM
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.
Das Motorschutzsystem ZE/XTOM ist nach der Richtlinie
94/9/EG (ATEX 100a) durch die PTB zugelassen.
Die EG-Baumusterprüfbescheinigungs-Nummer lautet:
PTB 10 ATEX 3014
((

Motorschutzrelais ZE/XTOM
6
09/15 MN03407003Z-DE/EN
Geräteübersicht
Abbildung 1: Motorschutzrelais ZE/XTOM
aEinstellrad Motorstrom
bTaste AUS, Test
cWahlknopf Reset, Wiedereinschaltsperre
Gerätebeschreibung Überlastschutz mit Bimetallrelais
Die Motorschutzrelais ZE/XTOM sind dreipolige elektro-
mechanische Motorschutzrelais mit Bimetallen. Sie sind zur
Überwachung von Gleich- und Wechselstrom geeignet.
Die Motorschutzrelais ZE/XTOM sind als Direktanbau an die
Schütze DILEEM und DILEM (XTMC…) einsetzbar.
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 (anach-
folgende Abb. 2).
③
②
①

Gerätebeschreibung
7
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Abbildung 2: Schaltbild eines Motorabganges mit
Motorschutzrelais ZE/XTOM
F1 Sicherung
F2 Motorschutzrelais
Q11 Motorschütz
M1 Motor
Strombereiche der ZE/XTOM-Relais
Die Motorschutzrelais werden mit Hilfe der Strom-Einstell-
scheibe (aAbb. 1 auf Seite 6) auf den Motornennstrom
eingestellt.
Mit 11 Typen können Motoren von 0,1 bis 12 A Motor-
nennstrom überwacht werden (anachfolgende Tabelle 1).
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 ZE/XTOM
8
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Tabelle 1: Strombereich der Motorschutzrelais ZE/XTOM
Temperaturkompensation
Zwei Parameter beeinflussen die Ausbiegung der Bimetalle:
Zum einen die Wärme, die proportional zum fließendem
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 bis +50 °C
kontinuierlich durch Korrektur des Auslöseweges selbsttätig
kompensiert.
Phasenausfall
Die Motorschutzrelais ZE/XTOM 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.
Typ Strombereich Ie[A]
ZE-0,16 XTOMP16AC1 0,10 - 0,16
ZE-0,24 XTOMP24AC1 0,16 - 0,24
ZE-0,4 XTOMP40AC1 0,24 - 0,4
ZE-0,6 XTOMP60AC1 0,4 - 0,6
ZE-1,0 XTOM001AC1 0,6 - 1,0
ZE-1,6 XTOM1P6AC1 1,0 - 1,6
ZE-2,4 XTOM2P4AC1 1,6 - 2,4
ZE-4 XTOM004AC1 2,4 - 4
ZE-6 XTOM006AC1 4 - 6
ZE-9 XTOM009AC1 6 - 9
ZE-12 XTOM012AC1 9 - 12

Gerätebeschreibung
9
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Wird bei einem Phasenausfall ein Bimetall weniger ausge-
lenkt, bleibt die Differenzialbrücke zurück und der Weg wird
in zusätzlichen Auslöseweg umgewandelt, so dass es zu
einer vorzeitigen Auslösung kommt.
Abbildung 3: Funktion der Phasenausfallempfindlichkeit mit Hilfe
einer Auslöse- und Differenzialbrücke
aAuslösebrücke
bDifferenzialbrücke
cDifferenzweg
s = Auslöseweg
Abbildung 4: Verdrahtung des Motorschutzrelais für den Schutz
von Wechselstrom- oder Gleichstrommotoren
(Reihenschaltung der Bimetallauslöser)
(aKapitel „Auslösekennlinien/ Tripping characteristics
ZE/XTOM“ ab Seite 47)
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 Motorschutzrelais ZE/XTOM ein Wechsel-
strommotor oder ein Gleichstrommotor überwacht
werden, muss der Strom über alle drei Strombahnen
geführt werden, um Frühauslösungen zu vermeiden.

Motorschutzrelais ZE/XTOM
10
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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 21).
In der Stellung „Automatik“ fallen die Kontakte nach dem
Abkühlen der Bimetalle automatisch zurück; in der Handstel-
lung muss die Auslösung vor Ort am Motorschutzrelais
ZE/XTOM quittiert werden.
Testfunktion
Durch eine zusätzliche Taste „Test“ kann die Funktions-
tüchtigkeit der Hilfsschalter kontrolliert werden. Hierbei hat
die Taste „Test“ eine Doppelfunktion:
• Das Drücken der Taste „Test“ 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 Taste „Test“ führt zur Auslösung des
Motorschutzrelais. Der Öffner 95-96 öffnet und der
Schließer 97-98 schließt. Nach dem Loslassen der Taste
„Test“ muss das Motorschutzrelais wie nach einer
Auslösung zurückgesetzt werden (aAbschnitt „Wieder-
einschaltung“ oben).
jGefahr!
Für den Explosionsschutz ist nur ein manuelles Rück-
setzen/Einschalten nach Abkühlen der Bimetalle des
ZE/XTOM oder ein automatisches Zuschalten über eine
Steuerungsverriegelung zum Motor bzw. zur elektrischen
Maschine zulässig.
Zurücksetzungen dürfen manuell vor Ort oder durch
geschultes Personal in der Leitwarte vorgenommen
werden.

Gerätebeschreibung
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Sicherheitstechnische Betrachtung
Folgende Kenndaten für die funktionale Sicherheit wurden
für das Motorschutzrelais ZE/XTOM 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
50 °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
89 %
372 x 10-9/h
868 x 10-9/h
199 x 10-9/h
426 x 10-9/h

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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: 2,6 x 10-3 h
Die mittlere Betriebsdauer zwischen zwei Ausfällen (MTBF)
beträgt: 61 Jahre.
Für die sicherheitsbezogenen Teile von Steuerungen nach
EN ISO 13849 wurden bei einer Umgebungstemperatur von
50 °C folgende Daten ermittelt:
Größe Wert
Kategorie 1
Performance Level (PL)1) c
MTTFdnach 3 Jahren2) 61 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

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2 Projektierung
Überlastüberwachung von
Motoren im Ex e-Bereich
Durch besondere konstruktive Maßnahmen erreicht man bei
Motoren die Zündschutzart Ex e. Die Motoren werden auf
Basis der höchst zulässigen Oberflächentemperaturen
Temperaturklassen zugeordnet. Zusätzlich werden die
Erwärmungszeit tEsowie das Verhältnis IA/IN von Anlauf-
strom IA zu Nennstrom IN bestimmt und auf dem Motor
angegeben.
Die Erwärmungszeit tEist diejenige Zeit, in der sich eine
Wicklung bei Anlaufstrom IAvon der Endtemperatur im
Bemessungsbetrieb zur Grenztemperatur erwärmt.
Ex e-Motoren sind für sich alleine nicht sicher. Sie erlangen
die Explosionssicherheit erst durch zusätzliche Maßnahmen
bei der Installation durch eine zweckentsprechende Auswahl
und Einsatzbedingungen (PTB-Prüfregeln), unter anderem
durch das Zusammenschalten mit einer richtig bemessenen
und eingestellten Überstromschutzeinrichtung.
Einstellung der Über-
stromschutzeinrichtung
jGefahr!
Die stromabhängige Schutzeinrichtung muss so ausge-
wählt werden, dass nicht nur der Motorstrom überwacht
wird, sondern auch der festgebremste Motor innerhalb der
Erwärmungszeit tEabgeschaltet wird.
Dies bedeutet:
Das Schutzorgan ist so zu bemessen, dass die Auslösezeit
tA für das Verhältnis IA/INdes Ex e-Motors nach Kennlinie
nicht größer als seine Erwärmungszeit tEist, um den
Motor innerhalb dieser Zeit sicher abzuschalten
(anachfolgendes Beispiel).

Projektierung
14
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Beispiel: IA/IN = 6, tE = 10 s
Abbildung 5: Auslösekennlinie des Motorschutzrelais
Der Motor wird zuverlässig geschützt.
1
0.1
0.2
0.4
0.6
0.8
1
2
4
6
8
10
20
40
1
2
4
6
8
10
2345678910
J
min
s
N 1

Kurzschlussschutz der Motor-
schutzrelais
15
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Kurzschlussschutz der
Motorschutzrelais
Der Kurzschlussschutz der Motorschutzrelais ZE/XTOM kann
zum Teil sicherungslos oder sicherungsbehaftet erreicht
werden. Die Zuordnungsart bezieht sich auf das eingesetzte
Schütz DILEEM bzw. DILEM/XTMC (anachfolgende
Tabelle 2).
Tabelle 2: Übersicht zum Kurzschlussschutz mit Relais ZE/XTOM
1) nach IEC/EN 60947
iVorsicht!
Zum Schutz von Ex e-Motoren ist nach EN 60947-4-1
nur die Zuordnungsart „2“ zulässig.
Typ Bemessungs-
kurzschluss-
strom Iq
Sicherungsbehaftet
Zuordnungsart
„1“1) „2“1)
kA A gG/gL A gG/gL
ZE-0,16 XTOMP16AC1 100 20 0,5
ZE-0,24 XTOMP24AC1 100 20 1
ZE-0,4 XTOMP40AC1 100 20 2
ZE-0,6 XTOMP60AC1 100 20 2
ZE-1,0 XTOM001AC1 100 20 4
ZE-1,6 XTOM1P6AC1 100 20 6
ZE-2,4 XTOM2P4AC1 100 20 6
ZE-4 XTOM004AC1 100 35 20
ZE-6 XTOM006AC1 100 35 20
ZE-9 XTOM009AC1 100 35 20
ZE-12 XTOM012AC1 100 35 20

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Zulassungen Die Motorschutzrelais ZE/XTOM sind nach der Vorschrift
IEC EN 60947 „Niederspannungsschaltgeräte“ gebaut und
erfüllen die Forderungen nach der Richtlinie 94/9/EG
(ATEX 100a) zum Schutz von Ex e-Motoren.
Die Motorabgangsverdrahtung ist nach IEC/EN 60947-1
auszuführen.
Die Motorschutzrelais sind nach UL und CSA für die USA und
Kanada approbiert.
Weitere Approbationen bestehen für:
c
0102
II(2)G [Ex d] [Ex e] [Ex px]
II(2)D [Ex p] [Ex t]
PTB 10 ATEX 3014
Us
China