Návrh zapojení a dimenzace motorů
v prostředí Ex

Úvod

Téma: Návrh zapojení a dimenzace motorů v prostředí s rizikem výbuchu (Ex – Explosive atmospheres).

Cíl: Popsat principy bezpečného návrhu, dimenzace a instalace motorů v nebezpečných prostředích, kde hrozí výbuch plynu, par nebo prachu.

Definice Ex prostředí: Oblasti klasifikované podle rizika výbuchu (zóny 0–2 pro plyny, 20–22 pro prach).

Důležitost: Prevence nehod, soulad s legislativou (EU ATEX směrnice).

Odkaz na normy: ATEX směrnice 2014/34/EU (zařízení) a 1999/92/ES (pracoviště).

Webový odkaz: Oficiální text ATEX

Klasifikace Ex prostředí

• Zóny pro plyny a páry:
  • Zóna 0: Neustálé riziko (např. uvnitř nádrží).
  • Zóna 1: Občasné riziko (např. kolem ventilů).
  • Zóna 2: Krátkodobé riziko (např. během údržby).
• Zóny pro prach:
  • 20 (neustálé),
  • 21 (občasné),
  • 22 (krátkodobé).
• Skupiny látek:
  • Plyny – IIA, IIB, IIC;
  • Prach – IIIA, IIIB, IIIC.
• Teplotní třídy: T1–T6 (max. povrchová teplota zařízení).
• Odkaz na normy:
  • ČSN EN IEC 60079-10-1 (plyny), ČSN EN 60079-10-2 (prach).

ATEX označení

Každé zařízení určené pro Ex prostředí musí nést jasné označení podle směrnice ATEX, které určuje kategorii, typ ochrany, teplotní třídu a skupinu plynů/prachu.

Normy a regulace

• Mezinárodní normy:
  • IEC 60079 série pro Ex zařízení; IEC 61800-5-1 pro VFD (bezpečnost); ATEX pro EU.
• Evropské normy:
  • EN 60079 série.
• ATEX/IECEx certifikace:
  • Povinná pro zařízení v EU; IECEx pro globální uznání.
• České normy:
  • ČSN EN (IEC) 60079 série – (harmonizované s IEC/EN).

Seznam klíčových norem

• ČSN EN IEC 60079-0 ed.5: Obecné požadavky na zařízení
• ČSN EN 60079-1 ed.2: Ochrana zařízení pevným závěrem „d“
• ČSN EN 60079-2 ed.3: Ochrana zařízení závěrem s vnitřním přetlakem „p“
• ČSN EN 60079-7 ed.3: Ochrana zařízení zajištěným provedením „e“
• ČSN EN IEC 60079-10-1 ed.3: Určování nebezpečných prostorů – Výbušné plynné atmosféry
• ČSN EN 60079-10-2 ed.2: Určování nebezpečných prostorů – Výbušné atmosféry s hořlavým prachem
• ČSN EN 60079-14 ed.4: Návrh, výběr a zřizování elektrických instalací
• ČSN EN IEC 60079-15 ed.4: Zařízení chráněné typem ochrany „n“
• ČSN EN 60079-17 ed.4: Revize a preventivní údržba elektrických instalací
• ČSN EN IEC 60079-19 ed.3: Opravy, generální prohlídky a renovace zařízení
• ČSN EN 60079-31 ed.2: Zařízení chráněné proti vznícení prachu závěrem „t“
• Další: ČSN 33 2340 ed.2 Elektrická zařízení v prostorech s nebezpečím výbuchu nebo požáru výbušnin

Typy ochrany motorů v Ex

• Ex d: Plamenotěsné – vhodné pro zóny 1/2, 21/22; motor odolá vnitřnímu výbuchu
• Ex e: Zvýšená bezpečnost – prevence jisker; pro zóny 1/2
• Ex nA: Zvýšená bezpečnost – pro zónu 2; levnější, ale méně robustní
• Ex p: Přetlak – pro speciální aplikace
• Odkaz na normy: ČSN EN 60079-7 pro Ex e
• Webový odkaz:
  • ABB motory pro Ex
  • Motory PRO VÝBUŠNÉ PROSTŘEDÍ – ATEX (IECex)

Konstrukce motoru v Ex prostředí

Výbušné prostředí vyžaduje speciální konstrukci motorů, aby nedocházelo k iniciaci výbuchu. Klíčové prvky zahrnují robustní kryt, speciální izolaci vinutí a bezpečné spojky.

Dimenzace motorů v Ex

• Kroky dimenzace:
  • Určete zónu a typ látky (plyn/prach)
  • Vyberte typ ochrany (Ex d/e/n) podle rizika
  • Výpočet výkonu: Zohledněte zátěž, účinnost, faktor služby (např. S1 pro kontinuální provoz), přenos tepla od poháněného zařízení (např. čerpadla)
  • Teplotní třída: Motor nesmí překročit max. teplotu látky (např. T4 pro 135°C)
  • IP krytí: Min. IP54 pro prach, IP65 pro vlhké prostředí
• Příklad: Pro zónu 1, plyn IIB, T3 – vyberte Ex e motor dimenzovaný na 1,15× nominální zátěž.
• Odkaz na normy: ČSN EN 60079-14 pro výběr a dimenzaci.
• Webový odkaz: WEG katalog Ex motorů

Návrh zapojení v Ex

• Základní principy: Minimalizace rizika jisker, přehřátí; použití certifikovaných komponent.
• Kabely: Nepoužíváme kabely s pláštěm s nízkou pevností v tahu. Pro kabely delší než 100 m použijte du/dt filtry k prevenci napěťových špiček.
• Průchodky a konektory: Ex certifikované (např. Ex d/e); těsnění proti prachu/plynu.
• Uzemnění: Uzemňovací podmínky dané sítě, dvojité uzemnění, nízký odpor (<1 Ω).
• Ochrana: Použijte relé proti přetížení, termistory v motoru.
• Instalace: Podle schémat, bez ostrých hran; EMC filtry pro frekvenční měniče.
• Odkaz na normy: ČSN EN 60079-14 (instalace elektrických systémů).
• Webový odkaz: Průvodce instalací

Motory napájené ze sítě

• Ochranné zařízení:
  • proudové závislé časově zpožděné ochranné zařízení, hlídající všechny tři fáze, nastavené maximálně na jmenovitý proud stroje, které zapůsobí do dvou hodin při 1,20 násobku nastaveného proudu a do 2 hodin nezapůsobí při 1,05 násobku nastaveného proudu
  • zařízení pro přímou kontrolu teploty pomocí vestavěných snímačů teploty (čidel)
  • motory s vinutím do trojúhelníku vybavit ochranou proti nevyváženosti fází

Dimenzování frekvenčních měničů (VFD) v Ex

• Kroky dimenzace:
  • Zohledněte zónu: Pro zóny 1/21 často VFD mimo zónu
  • Výpočet: Nominální proud VFD ≥ 1,5× proud motoru; zohledněte harmonické zkreslení, teplotu (do 55°C) a loadability (např. 100 % při 50 Hz, snížené při nižších frekvencích)
  • Kompatibilita: Motor musí být VFD-suitable (s izolací třídy F/H, teplotní rezervou); použijte EMC filtry proti rušení
  • Ochrana: Integrovaná ochrana proti přehřátí, přetížení; kombinace s teplotními senzory motoru
• Odkaz na normy: ČSN EN 60079-14 (instalace), ČSN EN 61800-5-1 (bezpečnost VFD)

Nominální proud VFD: I_VFD ≥ 1,5 × I_motor (FLA – full load amps motoru; zohledněte harmonické, rezervu 10–20 % pro Ex teplotu).

Výkon VFD: P_VFD ≥ P_motor × SF (service factor, typicky 1,15 pro kontinuální provoz; pro Ex zohledněte derating podle teploty >40°C).

Příklad pro motor 11 kW: I_motor ≈ 20,75 A → I_VFD ≥ 31,13 A, P_VFD ≥ 12,65 kW (vyberte VFD 15 kW pro rezervu). Pro přesnější výběr zvolte nástroj jako je např. ABB DriveSize.

Dimenzování softstartérů v Ex

• Kroky dimenzace:
  • Zohledněte zónu: Často umístěné mimo Ex (v control room); pro Ex zóny použijte Ex d skříně
  • Výpočet: Nominální proud softstarteru ≥ nominální proud motoru (pro těžké starty +1 řada); faktor služby (např. 10 startů/hodinu)
  • Kompatibilita: Kombinace s Ex motory; zohledněte teplotu a bypass pro kontinuální provoz
  • Ochrana: Integrovaná proti přetížení; povinné připojení teplotních čidel motoru

  Startovací proud: I_start_soft = 3–5 × I_n (nominální proud motoru; snižuje z DOL 6–8 × I_n).

  Příklad pro motor 110 kW: I_motor ≈ 207,54 A (vyberte softstarter ≥ 210 A). Pro těžké rozběhy dimenzovat o jednu řadu výš.

• Odkaz na normy: ČSN EN 60079-14 (instalace), ATEX pro zařízení
• Webový odkaz: ABB Softstarter Handbook

Dimenzování pojistek

• Pro frekvenční měniče a softstartéry se řídíme pokyny výrobce
• Časové pojistky: I_poj = 1,75 × FLA (full load amps motoru)
• Jističe: I_jist = 2,5 × FLA
• Obecně: I_poj ≥ 1,25 × I_kontinuální (pro kontinuální zátěž)
• Příklad pro motor 55 kW: I_motor ≈ 103,77 A → I_poj (časová) ≈ 181,60 A (vyberte 200 A), I_jist ≈ 259,43 A (vyberte 250 A)

Teplotní čidla v motoru a další podmínky

• Nutnost teplotních čidel:
  • Povinné pro Ex motory (mimo Ex e/d, pokud neurčí výrobce) k prevenci přehřátí; typy: PTC (termistory), PT100/PT1000 (rezistory); připojte k tripping device (automatické vypnutí při překročení T-třídy)
  • Kroky: Integrované do vinutí motoru (např. 3 PTC na fázi)
  • Připojení: K relé nebo VFD/softstarteru; musí být certifikované ATEX/IECEx
  • Margin: Nastavte s rezervou (např. vypnutí při 80 % max. teploty)
• Další podmínky: EMC filtry pro VFD k prevenci rušení
• Údržba: Pravidelné testy čidel podle ČSN EN 60079-17
• Kompetence: Instalátoři musí mít IECEx certifikaci
• Webový odkaz: TC ATEX senzory

Dimenzování kabelů

• Nominální proud: I = P / (√3 × U × PF) (pro 3-fázový, U v V, P v W)
• Pokles napětí: ΔU = (2 × ρ × L × I) / (S × cosφ) (max. 3–5 % v Ex)
• Příklad pro motor 37 kW: I ≈ 69,81 A → S ≈ 19,78 mm² (vyberte kabel 25 mm² Cu)

Závěr

Doporučené normy k prostudování: EN 60079-14, EN 60079-7, EN 60079-1, EN 60079-10-1/2 a další.

Poslední aktualizace: 20. 4. 2026