Część II. Przyszłe zmiany

Dotychczasowe rezultaty, niewykorzystany potencjał, jak również problemy z egzekwowaniem obowiązujących przepisów doprowadziły w końcu do zmiany regulacji w zakresie sprawności energetycznej silników elektrycznych. Polegała ona nie tylko na ich zaostrzeniu, ale również wprowadziła wytyczne dla przemienników częstotliwości.

Modyfikacje te zostały wprowadzone w rozporządzeniu Komisji Europejskiej numer 2019/1781 z dnia 1 października 2019 roku. Ustanowione w nim wymogi dotyczące ekoprojektu dla silników elektrycznych i układów bezstopniowej regulacji obrotów na podstawie dyrektywy Parlamentu Europejskiego i Rady 2009/125/WE uchylają rozporządzenie KE o numerze 640/2009.

Podobnie jak w tym ostatnim, również w dokumencie numer 2019/1781 określone zostały daty graniczne harmonogramu wycofywania z rynku i użytku na terenie Unii Europejskiej silników i przemienników częstotliwości o niskiej sprawności. W jednym z pierwszych paragrafów natomiast doprecyzowano konkretnie, jakich urządzeń regulacje te dotyczą.

 
Rys. 1 Wytyczne dla silników elektrycznych z rozporządzenia 640/2009 obowiązują do 30 czerwca 2021 roku
 
Rys. 2 Nowe regulacje dla silników elektrycznych zaczną obowiązywać od 1 lipca 2021 roku

Zakres nowych regulacji

Rozporządzenie numer 2019/1781 ma zastosowanie do silników elektrycznych asynchronicznych bez szczotek, komutatorów, pierścieni ślizgowych i połączeń elektrycznych z wirnikiem, które są przystosowane do działania przy napięciu sinusoidalnym o częstotliwości 50 Hz, 60 Hz lub 50/60 Hz. W tej kategorii urządzeń dotyczy ono jedynie tych, które: mają dwa, cztery, sześć albo osiem biegunów, napięcie znamionowe powyżej 50 V, ale nie większe niż 1000 V, moc znamionową od 0,12 kW do 1000 kW włącznie, o parametrach znamionowych określanych na podstawie ciągłej eksploatacji roboczej oraz przystosowanych do bezpośredniej eksploatacji w trybie online.

Jeżeli z kolei chodzi o układy bezstopniowej regulacji obrotów, rozporządzenie obejmuje te z wejściem trójfazowym, które: są przystosowane do pracy z jednym silnikiem, którego dotyczy niniejsza regulacja przy jego mocy znamionowej od 0,12 kW do 1000 kW, mają napięcie znamionowe prądu przemiennego o wartości większej niż 100 V, ale nieprzekraczającej 1 kV i mają tylko jedno wyjście prądu przemiennego.

Podobnie jak w poprzedniej wersji przepisów wdrażających zalecenia ekoprojektu dla silników, także w nowej regulacji spora grupa urządzeń – tym razem nie tylko silników, ale też przemienników częstotliwości, została z niej wyłączona. Ich listę przedstawiamy w ramce.

 
Rys. 3 Przepisy dla silników elektrycznych ulegają zaostrzeniu 1 lipca 2023 roku

Kiedy zmiany wchodzą w życie?

W harmonogramie, zgodnie z którym będą się zmieniać wymagania odnośnie do sprawności energetycznej silników elektrycznych, ustalone zostały dwie daty graniczne. Pierwsza z nich to 1 lipca 2021 roku. Od tego dnia efektywność energetyczna trójfazowych silników indukcyjnych o mocy znamionowej nie mniejszej niż 0,75 kW oraz nie większej niż 1000 kW, mających 2, 4, 6 albo 8 biegunów, niebędących silnikami budowy wzmocnionej z certyfikatem Ex eb, musi odpowiadać co najmniej poziomowi klasy efektywności IE3. W przypadku z kolei trójfazowych silników indukcyjnych o mocy znamionowej nie mniejszej niż 0,12 kW oraz mniejszej niż 0,75 kW, mających 2, 4, 6 albo 8 biegunów, niebędących silnikami budowy wzmocnionej z certyfikatem Exeb, musi ona być co najmniej na poziomie klasy efektywności IE2.

Dwa lata później zaczynają natomiast obowiązywać wytyczne dla silników budowy wzmocnionej z certyfikatem Exeb o mocy znamionowej nie mniejszej niż 0,12 kW oraz nie większej niż 1000 kW, mających 2, 4, 6 lub 8 biegunów i silników jednofazowych o mocy znamionowej nie mniejszej niż 0,12 kW. Od dnia 1 lipca 2023 roku ich sprawność energetyczna musi odpowiadać co najmniej poziomowi klasy efektywności IE2.

Jakich urządzeń nie dotyczą nowe przepisy?

Z zakresu rozporządzenia Komisji Europejskiej o numerze 2019/1781 wyłączonych zostało kilka grup urządzeń. Część z nich pokrywa się z tymi, których nie dotyczyła poprzednia wersja regulacji wdrażających zalecenia ekoprojektowania dla silników elektrycznych, dla części z nich z kolei wymagania doprecyzowano. Ponadto listę znacząco rozszerzono. Nowe przepisy w związku z tym nie mają zastosowania do silników:

  • stanowiących integralną część produktu (na przykład przekładni zębatej, sprężarki), o charakterystyce energetycznej, która nie może być sprawdzona niezależnie, nawet przy zapewnieniu tymczasowego łożyska od strony tarczy i od strony napędu, mających wspólne komponenty (poza elementami łączącymi, jak śruby) z napędzanym urządzeniem (na przykład wał albo obudowę), które nie zostały zaprojektowane w sposób umożliwiający ich całkowite oddzielenie od napędzanego urządzenia oraz niezależną eksploatację, w takim bowiem przypadku stają się niezdatne do działania,
  • z wbudowanym układem bezstopniowej regulacji obrotów (napędów kompaktowych), których charakterystyka energetyczna nie może być sprawdzona niezależnie od układu bezstopniowej regulacji obrotów,
  • z wbudowanym hamulcem, który stanowi integralną część wewnętrznej konstrukcji silnika i którego nie można zdemontować ani również zasilać za pomocą oddzielnego źródła zasilania podczas badania wydajności silnika,
  • specjalnie zaprojektowanych i przeznaczonych do działania wyłącznie: na wysokościach powyżej 4000 m n.p.m., w temperaturze otoczenia przekraczającej +60°C, w maksymalnej temperaturze roboczej powyżej +400°C, w temperaturze otoczenia poniżej –30°C lub w przypadku gdy temperatura wody chłodzącej na wejściu do produktu wynosi mniej niż 0°C lub więcej niż 32°C,
  • specjalnie zaprojektowanych i przeznaczonych do eksploatacji przy pełnym zanurzeniu w cieczy,
  • spełniających szczególne warunki dotyczące bezpieczeństwa obiektów jądrowych,
  • z zabezpieczeniem przeciwwybuchowym zaprojektowanych i certyfikowanych na potrzeby górnictwa,
  • w urządzeniach bezprzewodowych lub zasilanych za pomocą akumulatorów,
  • w urządzeniach przystosowanych do obsługi ręcznej, których ciężar podczas działania jest podtrzymywany ręką,
  • w przenośnych urządzeniach sterowanych ręcznie, przenoszonych podczas działania,
  • z mechanicznymi komutatorami,
  • w pełni zabudowanych niewentylowanych,
  • wprowadzonych do obrotu przed dniem 1 lipca 2029 roku jako zamienniki identycznych silników stanowiących nieodłączną część produktów wprowadzonych do obrotu przed dniem 1 lipca 2022 roku, wprowadzanych do obrotu specjalnie w tym celu,
  • wielobiegowych, tj. mających liczne uzwojenia lub uzwojenie, które można przełączać, zapewniające różną liczbę biegunów i prędkości,
  • zaprojektowanych specjalnie na potrzeby trakcji pojazdów elektrycznych.

W rozporządzeniu 2019/1781 podano też listę kryteriów dla przemienników częstotliwości, w razie spełnienia których wytyczne w tym dokumencie tych urządzeń nie obowiązują. Przepisy te nie mają zastosowania do układów bezstopniowej regulacji obrotów:

  • zintegrowanych z produktem, których charakterystyki energetycznej nie można testować niezależnie od produktu, to znaczy, że próba ich oddzielenia spowodowałaby, że układ bezstopniowej regulacji obrotów lub produkt stałby się niezdatny do działania,
  • spełniających szczególne warunki dotyczące bezpieczeństwa obiektów jądrowych,
  • napędów regeneracyjnych,
  • napędów z sinusoidalnym prądem wejściowym.

Co z przemiennikami?

Od tego dnia zaostrzeniu ulegają również wytyczne dla trójfazowych silników indukcyjnych o mocy znamionowej nie mniejszej niż 75 kW i nie większej niż 200 kW, posiadających 2, 4 lub 6 biegunów, niebędących silnikami hamującymi, silnikami budowy wzmocnionej z certyfikatem Exeb ani innymi silnikami z zabezpieczeniem przeciwwybuchowym. Po 1 lipca 2023 roku ich sprawność energetyczna musi odpowiadać co najmniej poziomowi klasy efektywności IE4.

Jeżeli z kolei chodzi o przemienniki częstotliwości, zmiany zaczną obowiązywać od przyszłego roku. Od dnia 1 lipca 2021 straty mocy układów bezstopniowej regulacji obrotów przystosowanych do pracy z silnikami o znamionowej mocy wyjściowej nie mniejszej niż 0,12 kW i nie większej niż 1000 kW nie mogą przekraczać maksymalnych strat odpowiadających klasie efektywności IE2.

W rozporządzeniu numer 2019/1781 określono również wymogi dotyczące informacji o produktach w zakresie silników i przemienników częstotliwości oraz procedur pomiarów i obliczeń. Z pełnym tekstem tego dokumentu można się zapoznać w bazie aktów prawnych Unii Europejskiej dostępnej w Internecie.

 
Rys. 4 Regulacje dla przemienników częstotliwości zaczną obowiązywać od 1 lipca 2021 roku

Kompleksowe podejście jest efektywniejsze

Przepisy, podobne do tych wprowadzonych na terenie Unii Europejskiej, obowiązują także w innych częściach świata. Zasadniczo mają one jednak zastosowanie, analogicznie do regulacji ekoprojektu, oddzielnie do poszczególnych komponentów napędów (silników, przemienników, napędzanej maszyny), z pominięciem interakcji pomiędzy nimi.

Tymczasem oszczędności energii, jakie można uzyskać, rozpatrując sprawność energetyczną napędu jako całości, są potencjalnie znacznie większe. Nie uszło to uwadze organizacji normalizujących. W rezultacie opracowano normy dotyczące efektywności energetycznej całych systemów. Warto jest się nimi posiłkować, kompletując energooszczędne układy napędowe.

Przykładem są dokumenty serii IEC 61800-9 pt. Elektryczne układy napędowe mocy o regulowanej prędkości. Zaproponowano w nich nową metodologię oceny sprawności energetycznej produktu (wyrobu) rozszerzonego (extended product), czyli napędu i napędzanej maszyny. W podejściu EPA (Extended Product Approach) efektywność energetyczna jest analizowana w kontekście zastosowania, z uwzględnieniem rzeczywistych punktów pracy.

Czym jest produkt rozszerzony?

Koncepcja produktu rozszerzonego została po raz pierwszy wprowadzona w serii norm EN 50598, które zostały opublikowane w 2014 roku. Po niewielkich poprawkach i doprecyzowaniu została ona następnie włączona do normy IEC 61800-9 opublikowanej w 2017 roku.

Na rysunku 5 przedstawiono najważniejsze komponenty produktu rozszerzonego. Są to:

  • Motor Control System (MCS) – układ sterowania silnikiem. Może nim być CDM (Complete Drive Module), czyli w praktyce przemiennik częstotliwości albo aparat rozruchowy / softstarter,

  • Motor System (MS) – kombinacja silnika i układu sterowania. Jeżeli silnik jest zasilany przez CDM (przemiennik częstotliwości), razem z nim stanowi on PDS (Power Drive System), który jest jednocześnie MS. Jeżeli silnik jest podłączony do zasilania przez aparat rozruchowy / softstarter, to razem z nim stanowi MS,

  • napędzana maszyna (driven equipment) - urządzenie mechanicznie połączone z wałem silnika,

  • produkt rozszerzony (extended product) - połączenie MS i napędzanej maszyny, inaczej zestaw urządzeń elektrycznych oraz komponentów mechanicznych przeznaczonych do realizacji zadania zgodnie z wymaganiami aplikacji (na przykład transportu medium). Proces analizy efektywności energetycznej produktu rozszerzonego jest zadaniem wieloetapowym. Wytyczne w tym zakresie przedstawiono w dwóch częściach normy IEC 61800-9. W pierwszej z nich przedstawiono ogólne wytyczne (metody, modele), zaś w drugiej m.in. klasy sprawności dla CDM (IE0, IE1, IE2) i PDS (IES0, IES1, IES2).
 
Rys. 5 Koncepcja produktu rozszerzonego
Zapytania ofertowe
Unikalny branżowy system komunikacji B2B Znajdź produkty i usługi, których potrzebujesz Katalog ponad 7000 firm i 60 tys. produktów
Dowiedz się więcej

Prezentacje firmowe

Zobacz również