Teknisk artikel; Ny standard för motorprovning ger noggranna och rättvisa resultat

Transkript

1 Pressmeddelande Till redaktionen: Teknisk artikel; Ny standard för provning ger noggranna och rättvisa resultat En ny internationell provningsstandard för eler har trätt i kraft. IEC : lovar noggrannare data för verkningsgrad och banar vägen för en ny princip för märkning i Europa Den som hänger med i debatten må vara förlåten missuppfattningen att det är elförbrukningen hos TV-apparater på standby som bär huvudansvaret för att koldioxidutsläppen ökar i hela världen. Det räcker att ta en närmare titt på frågan för att inse att elektriska er i industrier och byggnader är de utan konkurrens största elenergiförbrukarna. Motorer drar ca 40 % av all elektrisk energi som förbrukas världen över, 60 % till 70 % av all elektrisk energi inom industrin och 30 % till 40 % inom tjänstesektorn. 90 % av den elektriska energi som er använder konsumeras av asynkroner med effekt mellan 0,75 och 200 kw 1. Om dessa er kunde ges bara lite högre verkningsgrad skulle utsläppen av koldioxid kunna minskas drastiskt. I jämförelse med andra primära kraftkällor har eler mycket hög verkningsgrad. I en typisk högeffektiv el på 90 kw omsätts 95 % av insatt energi till mekaniskt arbete. En bil når inte högre än % verkningsgrad. Men med tanke på det stora antalet er inom industrin ger även en liten skillnad i verkningsgrad en stor total skillnad. Ny provningsstandard Syftet med den nya standarden är enhetligare provning av ers verkningsgrad över hela världen. Under åren har olika provningsstandarder tagits fram, för att motsvara olika tillämpningskrav - men inte alltid med det primära målet att mäta ns verkningsgrad. Dessa provningsstandarder ger visserligen en indikering av respektive s verkningsgrad, men att använda resultaten som grundläggande information för att jämföra verkningsgrad leder till att er med olika energimässiga prestanda presenteras som likvärdiga, vilket gör det svårt för För mer information kontakta: ABB AB Svensk Försäljning Motorer och Drivsystem Stellan Rosenquist, Produktchef Tel: stellan.rosenquist@se.abb.com

2 användare att träffa ett informerat val. "Vi välkomnar IECs nya internationella provningsstandard för elektriska lågspänningser, och framför allt förhållandet att standarderna för mätning av verkningsgrad blir allt mer internationellt harmoniserade", säger Mikko Helinko, FoU-chef för er inom ABB. "Vi har väntat länge på rättvisa spelregler inom detta område." ABB har redan börjat prova om sitt sortiment enligt den nya standarden. Nya verkningsgradsvärden kommer att publiceras i de kataloger som ges ut under 2008, så snart provningsarbetet är avslutat. Verkningsgraden är avgörande för kostnaden Eftersom lågspänningser använder så mycket energi övervakas deras verkningsgrad noggrant och de är föremål för mängder av provnings- och märkningsprogram i olika länder. Verkningsgraden avgör ns driftkostnader och indirekta koldioxidutsläpp. Även om högeffektiva er (Eff1) normalt kostar % mer än standarder (Eff2) återbetalar sig denna tillkommande kostnad snabbt i form av energibesparing. Inköpskostnaden för en representerar bara 1 % av dess totala livscykelkostnad, varav förbrukningen av elektrisk energi står för den ojämförligt största delen. En ny standard för verkningsgradsmätning behövs För ett decennium sedan anförtroddes märkning av ers verkningsgrad till en frivillig överenskommelse mellan tillverkarna på den europeiska marknaden. Med stöd av Europeiska kommissionen överenskom en grupp tillverkare som representerar 80 % av den europeiska produktionen av standarder 1998 att etablera tre verkningsgradsnivåer, Eff1, Eff2 och Eff3, för två- och fyrpoliga kortslutna asynkroner inom effektområdet 1,1 till 90 kw. Verkningsgraden skulle mätas i enlighet med en modifierad version av provningsstandarden EN (1996). Det europeiska systemet lyckades i hög grad rensa bort Eff3-erna med lägst verkningsgrad från marknaden. Däremot hade det mindre framgång i att introducera flera er i den högsta verkningsgradskategorin, Eff1. Under perioden 2000 till 2005 minskade marknadsandelen för Eff3-er från 43 % till 4 %, medan andelen Eff2-er ökade från 54 % till 85 %. Marknadsandelen för Eff1-er ökade bara till 9 % 2005, från 3 % år Detta europeiska system var ursprungligen avsett att gälla från 1999 till slutet av 2003, men det har förblivit i kraft. Systemet representerade ett stort steg framåt på sin tid, men det räknas inte längre som en god indikator för en s verkningsgrad och det kan inte användas för att bedöma de er med extremt hög verkningsgrad som har blivit tillgängliga inom Eff1- kategorin. De standarder som tillämpas i Europa måste nu ersättas men standarder som motsvarar dagens internationella tekniska nivå.

3 Tvingande standard ger högre verkningsgrad Sett i backspegeln kan vi konstatera att marknader som har valt att kräva en viss miniminivå för ers verkningsgrad (till exempel: USA, Kanada, Australien och Nya Zeeland) har lyckats mycket bättre med övergången till effektivare er och system. I Nordamerika, där tvingande regler gäller för ers verkningsgrad, hade ekvivalenten till Eff1, EPAct, nått en marknadsandel på 54 % år 2005, medan den ännu högre klassen "Premium Efficiency" hade en marknadsandel på 16 %. Idag har tio länder, vilka tillsammans står för 47 % av den globala förbrukningen av elektrisk energi, minimigränser för ers verkningsgrad. Fjorton nya länder, bland dessa de europeiska länder som tillämpar dagens program, förväntas träda in i gruppen senast 2012, och kommer då att representera totalt 80 % av världens efterfrågan på elektrisk energi 2. Förbättrade precisionsmätmetoder Motorverkningsgrad kan mätas antingen direkt eller indirekt. Direkt mätning jämför ingående elektrisk effekt med utgående mekanisk effekt på axeln. Detta kan vid en första anblick förefalla enkelt, men direkt mätning kräver extremt noggrann mätteknik och påverkas dessutom av omgivningstemperaturen ju lägre temperatur desto högre verkningsgrad förefaller n ha. Vid indirekt mätning bestäms ns uteffekt genom mätning av elektrisk inkommande matning och de förluster som uppstår i n. I detta fall är den mekaniska uteffekten lika med den elektriska ineffekten minus förlusterna. Den gamla Europastandarden EN baseras på en indirekt metod. En typ av förluster, benämnd "tillsatsförluster", som är särskilt svåra att mäta, sattes godtyckligt till 0,5 % av inkommande effekt vid full belastning. Detta gav standarden en bred mättolerans. Standarden stipulerade vidare att verkningsgraden skulle mätas vid lindningstemperaturen 95 C i stator och rotor. Detta innebar en relativ nackdel för er som var konstruerade för lägre drifttemperatur. Den nya standarden IEC : tillåter olika mätmetoder: Direkt mätning, som tillämpas i den nordamerikanska provningsmetoden IEEE 112-B (mätning av vridmoment) Mätning med tillsatsförluster, fastställda genom mätningar vid dellast (indirekt metod) Mätning med tillsatsförluster uppskattade till 2,5 % - 0,5 % av inkommande effekt vid märklast, beroende på storlek (indirekt metod) Eh-star med indirekt mätning av tillsatsförluster Enligt den nya standarden kan tillverkarna välja vilken av mätmetoderna de ska använda.

4 Motorns dokumentation måste ange vilken metod som har använts. "ABB har valt metoden med tillsatsförluster, fastställda vid dellast. Vi anser att detta ger den bästa bilden av ns totala verkningsgrad", säger Helinko vid ABB. Tabell: Jämförelse mellan gamla och nya provningsstandarder Gammal standard för verkningsgradsmätning EN/IEC : 1996 mätning IEC : Ny standard för verkningsgrads- Direkt metod Direkt metod Indirekt metod: Indirekt metod: tillsatsförluster uppskattas till 0,5 % av tillsatsförluster fastställs genom inkommande effekt vid märklast mätningar vid dellast tillsatsförluster uppskattas till 2,5 % - 0,5 % av inkommande effekt vid märklast Eh star - alternativ indirekt metod med Lindningsförluster i stator och rotor fastställs vid 95 C. Nya och noggrannare mätvärden matematisk beräkning av tillsatsförluster Lindningsförluster i stator och rotor fastställs vid 25 C + uppmätt temperaturökning Tillsatsförlusterna är bara en liten del av de totala förlusterna, men de är inte lätta att mäta. Så som beskrivits tidigare har tillverkarna tillåtits använda ett uppskattat värde för tillsatsförluster (satt till 0,5 %) vid användning av indirekt mätning enligt den befintliga Europastandarden EN Emellertid är de faktiska förlusterna i de flesta fall väsentligt högre än det uppskattade värdet, i synnerhet för små er, varför denna standard tenderar att överskatta ns verkningsgrad. Motorförluster kan delas in i fem huvudgrupper: kopparförluster, järnförluster, rotorförluster, friktions- och luftmotståndsförluster samt tillsatsförluster. Av dessa kan de första fyra typerna av förluster fastställas utgående från matningsspänning och ström. De tillkommande förlusterna beror på det magnetiska ströflöde som genereras av en i drift, och de är mycket svåra att bedöma. Skillnaderna mellan gällande provningsstandarder beror till största delen på vilken standard tillverkaren eller provningslaboratoriet använder för att mäta tillsatsförluster. "Den nya standarden möjliggör mätning av dessa förluster. ABB kommer att använda den metoden, vilket kräver mycket noggrann mätutrustning", säger Helinko. "ABB har redan skaffat den utrustning som behövs för provningen, och provar för närvarande om sina befintliga er, så att de nya verkningsgradvärdena kan tas med i nästa utgåva av katalogerna." Metoden enligt den gamla standarden, med uppskattade tillsatsförluster, medförde för låga värden

5 för de uppskattade totala förlusterna. De nya verkningsgradsvärdena kommer därför att vara något lägre. Det nya verkningsgradvärdet innebär inte att ns konstruktion eller prestanda har förändrats, utan bara att verkningsgraden har mätts mycket noggrannare. Tabellen nedan visar exempel på verkningsgradvärden enligt den gamla och den nya standarden för tre olika storlekar. Märkuteffekt ABB, 7,5 kw, 2-polig ABB, 11 kw, 4-polig ABB, 160 kw, 4-polig Gammal verkningsgradsmätning EN/IEC : ,4 % 87,9 % 90,9 % 90,3 % 96,0 % 95,4 % Ny verkningsgradsmätning IEC : Den nya standarden riktar sig mot de stora volymer av trefaser mellan 0,5 och 500 kw som används inom industri, byggnadsteknik och infrastruktur. Inga specifika typer nämns, eftersom ny teknik, som permanentmagneter, förväntas bli en viktig drivkraft mot högre verkningsgrad i framtiden. De många små er som används i hushållsmaskiner som tvättmaskiner etc. täcks inte av standarden, då sådana maskiner styrs av andra standarder som avser maskinerna i sin helhet. Inte heller täcks er för elfordon, då sådana ofta är skräddarsydda. De befintliga märkningarna (Eff1, Eff2 och Eff3) kommer att användas fram till 2009, när de ersätts av den nya IEC-klassificeringen för verkningsgrad (IEC ). Tillverkarna har därmed tid på sig att prova om sina er. Varje modell måste provas för sig och det krävs därmed en stor arbetsinsats. Även om de nya verkningsgradsvärdena kommer att publiceras i kataloger gäller fortfarande de befintliga värdena i förhållande till dagens märkningssystem. "ABB följer uppmärksamt framtagningen av den nya IEC-standarden för ett framtida märkningssystem", säger Helinko. "IEC förväntas träda i kraft 2009, och kommer att introducera ett nytt internationellt system för klassificering av verkningsgrad, med klasserna IE1, IE2 och IE3." ABB ( är ledande inom kraft- och automationsteknik. Våra lösningar förbättrar prestanda och minimerar miljöpåverkan för energiföretag och industrier. ABB-koncernens bolag verkar i omkring 100 länder och har mer än medarbetare. Se även pressmeddelandet från : ABB välkomnar en ny standard för verkningsgrad som återspeglar faktisk energibesparing. Fotnoter 1. Källa: University of Coimbra 2. Källa: IEA International Energy Agency