Високоефективни взривозащитени електродвигатели

• Взривобезопасните електрически двигатели са ключови компоненти на промишленото оборудване в редица потенциално рискови и същевременно енергоемки приложения
  
  
• Изискванията за ефективност на промишленото оборудване в Европейския съюз и по цял свят непрекъснато се повишават предвид неотложната необходимост от декарбонизация на енергетиката и индустрията
  
  
• От юли 2023 г. всички електрически двигатели с мощност между 75 и 200 kW (включително взривозащитените, с изключение на класифицираните като “Ex eb”) на пазара в ЕС е задължително да отговарят поне на клас IE4

В зависимост от приложението разходите за енергия при електромоторите представляват средно около 95 до 97 на сто от общите разходи в рамките на жизнения цикъл. В енергийно интензивни сектори, като производството, химическия отрасъл, нефтено-газовата индустрия, енергетиката, минното дело, ХВП и фармацевтичната промишленост например, милиони електродвигатели по света работят почти или изцяло в непрекъснат режим. Дори малко подобрение в ефективността на тези системи би могло да доведе до значителни икономии на енергия и средства в дългосрочен план, както и до много по-бърза възвръщаемост на първоначалната инвестиция. Ето защо основна тенденция в технологичното развитие на сегмента от години насам е подобряването на енергийната и оперативна ефективност на електромоторите.

Взривобезопасните електрически двигатели са ключови компоненти на промишленото оборудване в редица потенциално рискови и същевременно енергоемки приложения, като основната им функция е да защитават персонала и материалните активи от щети вследствие на експлозии. До неотдавна тези системи бяха освободени от специфични регулации по отношение на енергийната ефективност поради особеностите на експлоатационните им среди, в които са налице потенциално експлозивни атмосфери. Изискванията за ефективност на промишленото оборудване в Европейския съюз и по цял свят обаче непрекъснато се менят предвид неотложната необходимост от декарбонизация на енергетиката и индустрията в контекста на борбата с климатичните промени и постигането на устойчивост и въглеродна неутралност.

Развитие на нормативните изисквания за ефективност

С Регламент (ЕО) 640/2009 на ЕК от 2009 г. за прилагане на Директива 2005/32/ЕО на Европейския парламент и на Съвета (Директивата за екодизайн) по отношение на изискванията за екопроектиране на електродвигатели се въвежда стандарт за минимална енергийна ефективност на оборудването – MEPS (European Minimum Energy Performance Standard). Съобразно актуализираните изисквания на наредбата от 1 януари 2017 г. всички двигатели с номинална мощност в диапазона 0,75 – 375 kW не трябва да са с КПД, по-нисък от този за ниво на ефективност IE3 (съгласно спецификациите на Международната електротехническа комисия (IEC) или трябва да отговарят на ниво на ефективност IE2, при условие че са оборудвани с честотен регулатор.

Към 2021 г. в Европа функционират над 8 млрд. електрически двигатели, които консумират приблизително 50% от общото количество енергия, произвеждана на континента. Предвид тази статистика от юли същата година са в сила по-стриктни изисквания за екодизайн с още по-широк обхват. По силата на изменената наредба всички 2-, 4-, 6- и 8-полюсни двигатели в диапазон на мощността 0,75 – 1000 kW е необходимо да отговарят по ефективност на клас IE3.

Електромоторите в специално изпълнение или със специфично предназначение, като взриво- и пожаробезопасните, дотогава не попадат в обхвата на регулацията за екопроектиране – като предпазна мярка предвид по-рисковите среди, в която се експлоатират. От юли 2021 г. обаче всички нови взривозащитени електрически двигатели (съгласно изискванията на действащата ATEX директива) на пазара в ЕС е необходимо да бъдат класифицирани като IE3 (или по-висок клас при двигателите с повишени изисквания за безопасност). Изключение от втория случай правят електромоторите с класификация “Ex eb”, при които бяха заложени изисквания за постигане на клас на ефективност поне IE2 до 2023 г.

С директивите ATEX (за защита на работниците и продуктите) се определят единни и общи за ЕС правила относно продажбата и пускането в експлоатация на съоръжения и системи, предназначени за използване в потенциално експлозивна атмосфера. Целта на наредбите е да гарантират, че продуктите отговарят на определени изисквания за осигуряване на високо ниво на защита за здравето и безопасността на хората, особено на работниците и (когато е целесъобразно) безопасност на имуществото.

Широко приложима в световен мащаб е и системата на Международната електротехническа комисия за доброволно сертифициране по стандарти, свързани с оборудване за експлозивни атмосфери (IECEx). Тя се основава на използването на международни стандарти, като IEC и ISO, посветени на различни високоспециализирани области, в които се използва взривозащитено оборудване.

За да бъдат сертифицирани по IECEx, продуктите трябва да преминат през контролиран процес от Международната електротехническа комисия, който гарантира, че отговарят на минималните изисквания за безопасност и определя дали могат да бъдат използвани в опасни или потенциално експлозивни зони.

От юли 2023 г. законодателните мерки за повишаване на ефективността на електромоторите в ЕС допълнително се затягат, като с финалната фаза на регулацията за екодизайн всички двигатели с мощност между 75 и 200 kW на пазара вече е задължително да отговарят поне на клас IE4.

По данни на Verified Market Research през настоящата година европейският пазар на електромотори достига цели 117 млрд. щатски долара, а прогнозите са до 2031 г. сегментът да надхвърли 168 млрд. долара. В синхрон с този експоненциален ръст на сегмента актуализираните стандарти за екопроектиране на Стария континент сега засягат още по-широк кръг от енергийно интензивни индустрии, използвали двигатели с клас IE3 до момента. В допълнение, “Ex eb” електромоторите в диапазона от 0,12 kW до 1000 kW и еднофазните електродвигатели с мощност от 0,12 kW нагоре е необходимо да покриват изискванията минимум на клас IE2.

Новости и критерии за избор

Взривозащитените промишлени електромотори от последно поколение се отличават с още по-високо качество на материалите, по-здрави и взривонепроницаеми корпуси, по-издръжлив дизайн и по-висока степен на IP защита от предшествениците си. Непрекъснато се правят технологични подобрения с цел повишаване на безопасността на тези системи в различни направления, включително при температурната устойчивост, гресите за капсуловани/необслужваеми лагери, покритията за защита от корозия, атмосферни влияния и агресивни условия в работната среда, както и при изолационните системи с висока диелектрична якост.

Освен в традиционни сектори и приложения с потенциално експлозивни атмосфери, като предприятия от производството, хранително-вкусовата промишленост, минната индустрия, химическия отрасъл и петрохимията, рафинерии, нефтени платформи и др., високоефективни взривозащитени електродвигатели все по-масово се използват и в управлението на отпадъци, биотехнологиите, пречистването на отпадъчни води, възобновяемата енергия и др.

При огромното разнообразие от варианти във взривобезопасно изпълнение на пазара в наши дни изборът на подходящо решение за дадено приложение може да се окаже истинско предизвикателство за потребителите. Нещо повече, в приложения с потенциално експлозивни атмосфери на карта са заложени не само оперативните разходи на предприятието и производствената му ефективност, но и сигурността и безопасността на работниците и материалните активи. В допълнение са налице и стриктни регулаторни изисквания, към които е необходимо компаниите да се придържат.

Ето защо селектирането на оптимален модел взривозащитен електродвигател е въпрос от първостепенна значимост при оборудването на съответния цех или производствен обект. Той изисква прецизно проучване на това в коя група или клас на експлозивна опасност според действащите разпоредби попадат помещенията, сградите, откритите съоръжения или части от тях, в които в зависимост от технологичния процес в околната среда може да се образуват експлозивни смеси от горими газове, пари, прахове или аерозоли. Събирането на достатъчно информация за наличните потенциално опасни вещества и материали в обекта и рисковете от възникване на потенциално експлозивна атмосфера (постоянно, продължително, често или случайно при нормална работа) дава ясни насоки относно необходимия клас на взривобезопасност – обозначен чрез специален код в съответната маркировка, която гарантира наличието на валиден сертификат от официален и одобрен орган.

С оглед на необходимостта освен взривозащитен, един съвременен електромотор да бъде и високоефективен, е препоръчително оценката на риска от експлозии да бъде придружена и от щателно обследване на енергийните характеристики и изисквания на обекта и на заложените в плана за оборудването му технологични системи, както и от анализ на очакваното натоварване и потребление на енергия.

Пазарно и технологично развитие

Развитието на технологиите в сегмента на взривозащитените електродвигатели логично следва това при оборудването в стандартно изпълнение, тъй като новите функционални възможности, опосредствани от дигитализацията, носят множество потенциални ползи и във взривоопасните среди и приложения. Ето защо и при взривобезопасните електромотори все по-популярни стават възможности, като отдалечен мониторинг в реално време и прогнозна поддръжка, които могат да подобрят едновременно надеждността и ефективността на тези системи.

Сред водещите тенденции в сегмента е интеграцията на иновации от последно поколение, като интелигентни сензори, IoT платформи, облачни изчисления и решения с изкуствен интелект и машинно самообучение, които спомагат за превръщането на огромните обеми налични данни във връзка с работата, състоянието и поведението на електродвигателите в ценен бизнес актив. Така освен максимално сигурни, тези системи могат да бъдат и оптимално ефективни, покривайки едновременно все по-стриктните стандарти за безопасност, устойчивост и екологична пригодност.

Според актуален доклад на Business Research Insights сред факторите, които тласкат напред развитието на глобалния пазар на високоефективни взривозащитени електромотори, са затягането на регулациите за взривобезопасност наред с тези за ефективност в ЕС и в световен мащаб, прогресът в областта на възобновяемата енергия и нарастващото търсене на надеждни и безопасни задвижващи системи в традиционни клиентски сектори, като нефтено-газовата индустрия, химическия отрасъл и минното дело.

От MarketsandMarkets прогнозират, че вследствие на тези темпове на развитие до края на следващата година глобалният пазар на взривозащитено оборудване ще достигне близо 10 млрд. щатски долара, а сегментът само на взвривобезопасните електродвигатели ще надхвърли 4,1 млрд. долара до 2032 г. и 5,5 млрд. до 2034 г.

Основен фокус при новите разработки според маркетолозите са Industry 4.0 технологиите в контекста на нарастващата автоматизация и дигитализация на промишления сектор. В този смисъл взривозащитените електромотори все по-често е необходимо да функционират като елементи на умни процесни и производствени системи и следователно да разполагат със съответния инструментариум от интелигентни възможности.

Същевременно глобалният преход към по-чисти и устойчиви енергийни източници води до развитието на нови технологии, приложения и сектори, изискващи използването на взривобезопасно оборудване. Една от интересните тенденции в това направление е производството на “зелен” водород чрез енергия от възобновяеми източници, който впоследствие може да бъде използван директно като гориво или като суровина за други устойчиви газообразни или течни горива и химикали, включително е-метанол, е-амоняк, метан и синтетичен газ. Динамично развиващият се сектор на Power-to-X технологиите, които обхващат различни сектори на енергетиката, транспорта и индустрията, включително химическата промишленост и производството на пластмаси, изисква все повече и все по-ефективни взривозащитени електродвигатели, които да задвижват използваното специализирано технологично оборудване.