Grundlagen und Begriffe

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Explosionsschutz nach ATEX
Grundlagen und Begriffe
2
Inhalt
1
Einleitung und Zweck .............................................................................................................................4
2
Begriffsbestimmungen ............................................................................................................................5
3
Wie entstehen Explosionen? – Das Explosionsdreieck..............................................................................6
4
Explosionsbereich und Explosionsgrenzen...............................................................................................7
5
Zündquellen ............................................................................................................................................8
6
EG-Richtlinien zum Explosionsschutz und deren nationale Umsetzungen ..............................................9
7
Wie funktioniert Explosionsschutz? ...................................................................................................... 10
8
Gerätegruppen ...................................................................................................................................... 10
9
Gerätekategorien ................................................................................................................................... 11
10
Zoneneinteilung von explosionsgefährdeten Bereichen .......................................................................... 13
11
10.1
Zoneneinteilung nach ATEX .................................................................................................... 13
10.2
Alte Zoneneinteilung bei Stäuben (Stand 23.03.1994) .............................................................. 14
10.3
Bestandsschutz ....................................................................................................................... 14
10.4
Übergang von zwei auf drei Zonen bei Staubexplosionsschutz ................................................. 14
Zündschutzarten ................................................................................................................................... 16
11.1
Zündschutzarten für elektrische Betriebsmittel in gasexplosionsgefährdeten Bereichen........... 17
11.2
Zündschutzarten für elektrische Betriebsmittel in Bereichen mit brennbarem Staub ...............20
11.3
Zündschutzarten für nicht-elektrische Betriebsmittel in gasexplosionsgefährdeten
11.4
Nachweis der Eigensicherheit ..................................................................................................22
11.5
Besonderheiten der Zündschutzart Eigensicherheit ..................................................................22
Bereichen und in Bereichen mit brennbarem Staub ................................................................. 21
12
Mindestzündenergie und Explosionsgruppen ........................................................................................23
13
Zündtemperatur und Temperaturklassen ...............................................................................................24
14
Kriterien für die Auswahl von Geräten und Schutzsystemen .................................................................27
15
16
17
14.1
Auswahlkriterien ....................................................................................................................27
14.2
Gerätekategorisierung GD .......................................................................................................27
Dokumentation für Hersteller und Betreiber .........................................................................................28
15.1
EG-Baumusterprüfbescheinigung und Zertifizierung ..............................................................28
15.2
EG-Konformitätserklärung ......................................................................................................29
15.3
Ex-Bedienungsanleitung (Sicherheitshinweise) ........................................................................29
Kennzeichnung nach ATEX ...................................................................................................................30
16.1
Inhalte der ATEX-Kennzeichnung ...........................................................................................30
16.2
Kennzeichnung explosionsgeschützter elektrischer Betriebsmittel .......................................... 31
Kennzeichnungsbeispiele für explosionsgeschützte Betriebsmittel .........................................................32
17.1
Kennzeichnungsbeispiele für gasexplosionsgeschützte Betriebsmittel ......................................32
17.2
Kennzeichnungsbeispiele für staubexplosionsgeschützte Betriebsmittel ..................................32
17.3
Kennzeichnungsbeispiele für Betriebsmittel mit Kombizulassung GD .....................................32
17.4
Kennzeichnungsbeispiele für nicht-elektrische Betriebsmittel .................................................33
17.5
X-Kennzeichnung ...................................................................................................................33
18
Installationsbeispiele .............................................................................................................................34
19
Neue IEC-Normung zum Explosionsschutz und deren Auswirkungen
auf die „ATEX-Welt“..............................................................................................................................36
20
Richtlinien, Regelwerke und Literatur zum Explosionsschutz ................................................................39
3
1 Einleitung und Zweck
In vielen Wirtschafts- und Industriebereichen wird mit brennbaren Stoffen
in Form von Gasen, Dämpfen, Nebeln
oder Stäuben umgegangen. Als wichtigste
Bereiche sind hier Chemie, Petrochemie,
Öl- und Gasförderung, Bergbau, Lebensmittelindustrie, Mühlen und der Abwasserbereich zu nennen. Diese brennbaren
Stoffe können im Gemisch mit Sauerstoff
eine explosionsfähige Atmosphäre bilden.
Bei einer Entzündung dieser Atmosphäre
treten Explosionen auf, die schwerwiegende Personen- und Sachschäden zur
Folge haben können.
Für die Entstehung einer Explosion sind
drei Voraussetzungen notwendig: Ein
brennbares Gas oder brennbarer Staub,
Sauerstoff und eine Zündquelle. Primärer
Explosionsschutz kann z. B. durch Inertisieren der Gasatmosphäre erreicht werden.
Dagegen setzt der sekundäre Explosionsschutz bei der Vermeidung von Zündquellen an. Für die Hersteller von Geräten und
Schutzsystemen bedeutet dies, dass sie
ihre Geräte und Anlagen so entwickeln
und konstruieren müssen, dass sie – auch
unter der Berücksichtigung von möglichen
Fehlern – keine Zündquelle darstellen.
Beim tertiären (konstruktiven) Explosionsschutz werden die Auswirkungen einer
Explosion auf ein unbedenkliches Maß
beschränkt.
Zur Vermeidung von Explosionsgefahren
ist der Explosionsschutz in den meisten
Industriestaaten gesetzlich geregelt. In der
Europäischen Union ist der Explosionsschutz in den sogenannten ATEX-Richtlinien 94/9/EG (ATEX 95) und 1999/92/EG
(ATEX 137) vereinheitlicht.
Mit der Einführung der ATEX-Richtlinie
94/9/EG muss die Einhaltung sämtlicher
relevanter Normen für das Errichten und
das Betreiben explosionsgeschützter Betriebsmittel in der Konformitätserklärung
des Herstellers für das jeweilige Betriebsmittel dokumentiert werden. Der Gültigkeitsbereich dieser Richtlinie erstreckt sich
auf gasund staubexplosionsgefährdete
Bereiche im Bergbau und über Tage. Erstmals wird hier auch der nicht-elektrische
Explosionsschutz behandelt.
Mindestvorschriften für den Arbeitsschutz
in explosionsgefährdeten Bereichen sind in
der zweiten ATEX-Richtlinie 1999/92/EG
festgelegt.
Diese Broschüre gibt eine Einführung und
Übersicht zum Explosionsschutz und konzentriert sich auf die Anforderungen an
Geräte und Schutzsysteme zum Einsatz in
explosionsgefährdeten Bereichen. Es ist zu
beachten, dass die gesetzlichen und normativen Vorgaben laufenden Änderungen
und Anpassungen an neue technische
Entwicklungen unterliegen. Die in dieser
Broschüre enthaltenen Informationen
entsprechen deshalb dem Stand zur Zeit
der Erstellung dieses Dokuments.
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2 Begriffsbestimmungen
Explosion ist eine plötzliche Oxidations- oder Zerfallsreaktion mit Anstieg
der Temperatur, des Druckes oder beider
gleichzeitig (gemäß EN 1127-1).
Brennbarer Stoff ist ein Stoff in Form von
Gas, Dampf, Flüssigkeit, Feststoff oder Gemischen davon, der bei Entzündung eine
exotherme Reaktion mit Luft eingehen
kann (gemäß EN 1127-1).
Beispiele für brennbare Stoffe:
Gase: Wasserstoff, Methan, Butan, Propan,
Erdgas, …
Flüssigkeiten: Benzin, Äther, Benzol,
Toluol, Methanol, …
Dämpfe: ausgasende Flüssigkeiten (z. B.
Lösungsmittel)
Feststoffe: Stäube (z. B. Kohle, Mehl,
Aluminium)
Explosionsfähige Atmosphäre ist ein
Gemisch aus Luft und brennbaren Gasen,
Dämpfen, Nebeln oder Stäuben unter atmosphärischen Bedingungen, in dem sich
der Verbrennungsvorgang nach erfolgter
Entzündung auf das gesamte unverbrannte
Gemisch überträgt.
Bemerkung: Als atmosphärische Bedingungen gelten hier Gesamtdrücke von 0,8
bar bis 1,1 bar und Gemischtemperaturen
von –20 °C bis +60 °C.
Explosionsfähiges Gemisch (Oberbegriff) ist ein Gemisch von Gasen oder
Dämpfen untereinander oder mit Nebeln
oder Stäuben, in dem sich nach erfolgter
Entzündung eine Reaktion selbstständig
fortpflanzt.
Gefährliche explosionsfähige Atmosphäre (g. e. A.) ist eine explosionsfähige
Atmosphäre, die in einer solchen Menge
(gefahrdrohende Menge) auftritt, dass
besondere Schutzmaßnahmen für die Aufrechterhaltung des Schutzes von Sicherheit
und Gesundheit der Arbeitnehmer oder
Anderer erforderlich werden.
Gefahrdrohende Menge: Bereits 10
Liter explosionsfähige Atmosphäre als
zusammenhängende Menge müssen in
geschlossenen Räumen unabhängig von
der Raumgröße in der Regel als Gefahr
drohend angesehen werden.
Bei Räumen von unter 100 m³ wird
1/10.000 des Raumvolumens explosionsfähige Atmosphäre als Gefahr drohend
betrachtet.
Bei Staub liegt die Konzentration im zündfähigen Bereich bei ca. 40 g/m³ bis
4 kg/m³ und einer Teilchengröße < 400 μm.
Explosionsgefährdeter Bereich ist ein
Bereich, in dem gefährliche explosionsfähige Atmosphäre auftreten kann. Ein Bereich, in dem gefährliche explosionsfähige
Atmosphäre nicht in einer solchen Menge
zu erwarten ist, dass besondere Schutzmaßnahmen erforderlich werden, gilt nicht
als explosionsgefährdeter Bereich.
Mindestzündenergie (MZE) ist die
unter vorgeschriebenen Versuchsbedingungen ermittelte, kleinste in einem
Kondensator gespeicherte elektrische
Energie, die bei Entladung ausreicht, das
zündwilligste Gemisch einer explosionsfähigen Atmosphäre zu entzünden (gemäß
EN 1127-1).
Zündtemperatur (eines brennbaren
Gases oder einer brennbaren Flüssigkeit)
ist die unter vorgeschriebenen Versuchsbedingungen ermittelte niedrigste Temperatur einer heißen Oberfläche, bei der
die Entzündung eines brennbaren Stoffes
als Gas/Luft- oder Dampf/Luft-Gemisch
eintritt (gemäß EN 1127-1).
Als Geräte gelten Maschinen, Betriebsmittel, stationäre oder ortsbewegliche
Vorrichtungen, Steuerungs- und Ausrüstungsteile sowie Warn- und Vorbeugungssysteme, die einzeln oder kombiniert
zur Erzeugung, Übertragung, Speicherung, Messung, Regelung und Umwandlung von Energien und zur Verarbeitung
von Werkstoffen bestimmt sind, die eigene
Zündquellen aufweisen und dadurch eine
Explosion verursachen können.
Als Schutzsysteme werden alle Vorrichtungen bezeichnet, die anlaufende
Explosionen umgehend stoppen und/oder
den von einer Explosion betroffenen Bereich begrenzen sollen und als autonome
Systeme gesondert in den Verkehr gebracht
werden.
Als Komponenten werden solche Bauteile
bezeichnet, die für den sicheren Betrieb
von Geräten und Schutzsystemen erforderlich sind, ohne jedoch selbst eine autonome Funktion zu erfüllen.
Mindestzündtemperatur explosionsfähiger Atmosphäre ist die Zündtemperatur eines brennbaren Gases oder des
Dampfes einer brennbaren Flüssigkeit oder
die Mindestzündtemperatur einer Staubwolke, jeweils unter vorgeschriebenen
Versuchsbedingungen (gemäß EN 1127-1).
5
3 Wie entstehen Explosionen? – Das Explosionsdreieck
Ein Brand ist eine nicht bestimmungsgemäße Verbrennung, die sich selbstständig
und unkontrolliert ausbreiten und zu
einem Schaden führen kann. Brennbare
Stoffe sind gasförmige, flüssige oder feste
Stoffe, einschließlich Dämpfe, Nebel und
Stäube, die im Gemisch oder im Kontakt
mit Luft oder Sauerstoff zum Brennen
angeregt werden können.
Explosionen entstehen dann, wenn Gase
im richtigen Mischungsverhältnis zur Luft
stehen und ausreichend Zündenergie erhalten. Darüber hinaus gibt es Explosionen
von Flüssigkeiten oder Feststoffen, wenn
diese feinst verteilt sind und ebenfalls die
Mischungsverhältnisse stimmen sowie die
Zündenergien ausreichen.
Eine Beurteilung, ob Explosionsgefahr
herrscht, d.h. die Klärung der Frage, ob
gefährliche explosionsfähige Atmosphäre auftreten kann, muss sich auf den
Einzelfall beziehen. Explosionsgefahren
können beim Umgang mit brennbaren
bzw. oxidierbaren Stoffen auftreten, wenn
diese Stoffe in feiner Verteilung als Gase,
Dämpfe, Nebel (Flüssigkeitströpfchen bzw.
Aerosole) oder Stäube (Feststoffteilchen
bzw. Aerosole) vorliegen, ihre Konzentration im Gemisch mit Luft innerhalb
bestimmter Grenzen liegt (Explosionsgrenzen) und die Gemischmenge gefahrdrohend ist (gefährliche explosionsfähige
Atmosphäre).
Der Dispersionsgrad von Nebeln oder
Stäuben kann für das Zustandekommen
einer Explosion bereits ausreichend sein,
wenn die Tröpfchen- bzw. Teilchengröße
bei 1 mm liegt. Zahlreiche praktisch
vorkommende Nebel, Aerosole und Stäube
haben Teilchengrößen zwischen 0,1 und
0,001 mm. Bei Stoffen in gas- oder dampfförmigem Zustand ist ein ausreichender
Dispersionsgrad naturgemäß gegeben.
Zur Einleitung einer Explosion muss eine
wirksame Zündquelle vorhanden sein.
Bei Explosionen treten Flammen, hohe
Temperaturen und vielfach auch hohe
Drücke bzw. Druckanstiegsgeschwindigkeiten auf. Hierbei können Personen
verletzt, Gebäude oder Anlageteile zerstört
sowie weitere brennbare Stoffe entzündet
werden (Folgebrände).
Explosionen mit gefährlichen Auswirkungen können auftreten, wenn die
folgenden Voraussetzungen gleichzeitig
und am selben Ort erfüllt sind (siehe
Abbildung):
• Brennbarer Stoff (Konzentration in Luft
innerhalb der Explosionsgrenzen und
genügend feine Verteilung – Dispersionsgrad)
• Sauerstoff in hinreichend hoher Konzentration
• Wirksame Zündquelle mit ausreichender
Energie
Wenn mindestens einer dieser Faktoren
fehlt, kann keine Explosion auftreten.
brennbarer
Stoff
Explosion
Sauerstoff
Das Explosionsdreieck
6
Zündquelle
4 Explosionsbereich und Explosionsgrenzen
Wenn die Konzentration eines ausreichend
dispergierten brennbaren Stoffes in Luft einen Mindestwert (untere Explosionsgrenze) überschreitet, ist eine Explosion möglich. Die in der Luft vorhandene Menge
Sauerstoff kann nur mit einer bestimmten
Menge brennbaren Stoffes oxidieren,
also verbrennen. Theoretisch kann dieses
Mischungsverhältnis bestimmt werden, es
wird stöchiometrisches Gemisch genannt.
Im Bereich dieses Gleichgewichtes, zwischen der Menge brennbaren Stoffes und
des vorhandenen Luftsauerstoffes sind die
Wirkungen der Explosion – Temperaturund Druckerhöhung – am heftigsten. Ist
der Anteil an brennbarem Stoff zu gering,
so kann sich die Verbrennung nur mühsam
fortpflanzen oder sie kommt zum Erliegen.
Ähnlich sind die Verhältnisse, wenn der
Anteil an brennbarem Stoff für den in der
Luft verfügbaren Sauerstoff zu hoch ist.
Die brennbaren Stoffe haben einen
stoffbezogenen Explosionsbereich. Der
Explosionsbereich wird durch die untere
Explosionsgrenze (UEG) und obere Explosionsgrenze (OEG) markiert. Das bedeutet, dass unterhalb und oberhalb dieser
Grenzen Explosionen auszuschließen sind.
Dies nützt man aus, indem die brennbaren
Stoffe mit Luft ausreichend verdünnt
werden oder auch indem man den Zutritt
von Luft/Sauerstoff in Anlagenteile verhindert. Luft und Sauerstoff auszuschließen
ist in einer Umgebung, in der Menschen
regelmäßig arbeiten, nahezu unmöglich
und deshalb beschränkt sich diese Form
von Explosionsschutz auf technologische
Anlagen.
100 Vol. %
Luftkonzentration
0 Vol. %
Gemisch
zu mager
Gemisch
zu fett
keine
Verbrennung
teilweise
Verbrennung,
keine
Explosion
untere
Explosionsgrenze
(UEG)
0 Vol. %
obere
Explosionsgrenze
(OEG)
Konzentration des
brennbaren Stoffes
100 Vol. %
Explosionsbereich und Explosionsgrenzen
Unter anderen als atmosphärischen Bedingungen ändern sich die Explosionsgrenzen. Der Konzentrationsbereich zwischen
den Explosionsgrenzen erweitert sich z. B.
in der Regel mit steigendem Druck und
steigender Temperatur des Gemisches.
Die oberen Explosionsgrenzen liegen bei
Gemischen mit Sauerstoff wesentlich
höher als bei Gemischen mit Luft. Einige
chemisch instabile Stoffe haben unter
bestimmten Bedingungen keine obere
Explosionsgrenze, z. B. Acetylen und
Ethylenoxid. Solche Stoffe können durch
Zündung auch ohne Anwesenheit von Luft
oder Sauerstoff zu exothermen Reaktionen
angeregt werden. Über einer brennbaren
Flüssigkeit kann sich explosionsfähige
Atmosphäre nur bilden, wenn die Temperatur der Flüssigkeitsoberfläche einen
Mindestwert überschreitet.
7
5 Zündquellen
Eine Zündung explosionsfähiger Atmosphäre
kann durch verschiedene Zündquellen erfolgen
(vgl. EN 1127-1):
• Heiße Oberflächen (Strom führende Leiter in Wicklungen von Motoren, Heizleiter,
Lager, Wellendurchführungen)
• Flammen und heiße Gase einschließlich heißer Partikel (z. B. Schweißen, Schneiden)
• Mechanisch erzeugte Funken (Reib-, Schlag- und Schleifvorgänge)
• Elektrische Anlagen (Funken und Lichtbögen, Öffnen und Schließen von Stromkreisen,
Entladen aufgeladener Anlagenteile, Kurzschluss)
• Elektrische Ausgleichsströme, kathodischer Korrosionsschutz
• Statische Elektrizität: Elektrostatische Entladungen als Folge von Trennvorgängen, an
denen mindestens ein aufladbarer Stoff beteiligt ist (z. B. isoliert angeordnete Kunststoff-/Metallteile)
• Blitzschlag (atmosphärische Entladungen)
• Elektromagnetische Wellen im Bereich der Frequenzen von 104 Hz bis 3 × 1012 Hz
(Hochfrequenz)
• Elektromagnetische Wellen im Bereich der Frequenzen von 3 × 1011 Hz bis 3 × 1015 Hz
• Ionisierende Strahlung
• Ultraschall
• Adiabatische Kompression und Stoßwellen
• Exotherme Reaktionen einschließlich Selbstentzündung von Stäuben
Zündquellen werden in ihrer Wirkung
häufig unterschätzt oder nicht erkannt.
Ihre Wirksamkeit, d. h. die Fähigkeit explosionsfähige Atmosphäre zu entzünden,
hängt u. a. von der Energie der Zündquelle
und von den Eigenschaften der explosionsfähigen Atmosphäre ab. Unter anderen
als atmosphärischen Bedingungen ändern
sich die für die Entzündung maßgebenden
Eigenschaften der explosionsfähigen Gemische, z. B. wird die Mindestzündenergie
von Gemischen mit erhöhtem Sauerstoffgehalt um Zehnerpotenzen verringert.
8
6 EG-Richtlinien zum Explosionsschutz und
deren nationale Umsetzungen
Alle Aspekte des Explosionsschutzes
werden in der Europäischen Union durch
die so genannten ATEX-Richtlinien (ATEX
= ATmosphères EXplosibles – explosionsfähige Atmosphären) geregelt. Dabei ist
ATEX keine Bezeichnung für eine Richtlinie, sondern ein Überbegriff für die beiden
Explosionsschutzrichtlinien 94/9/EG
(ATEX 95) und 1999/92/EG (ATEX 137).
Grundsätzlich wird hier zwischen Beschaffenheit (Herstellen, Inverkehrbringen)
und Betrieb (Arbeitsschutz) unterschieden.
Die Europäische Richtlinie 94/9/EG
betrifft Geräte, Komponenten und Schutzsysteme für die Verwendung in explosionsgefährdeten Bereichen. Sie dient vor allem
dem freien Warenverkehr und ist in den
EU-Einzelstaaten unverändert umzusetzen. Seit 01.07.2003 dürfen nur noch
Geräte in den Verkehr gebracht werden,
die dieser Richtlinie entsprechen.
Sie gilt auch für Sicherheits-, Kontroll- und
Regelvorrichtungen außerhalb des gefährdeten Bereiches, wenn diese hinsichtlich
der Explosionsgefahren für den sicheren
Betrieb von Geräten im gefährdeten
Bereich erforderlich sind. Die Richtlinie
nimmt keinen Bezug auf festgelegte Normen, sondern legt grundlegende Sicherheitsanforderungen fest, die als verbindliche Beschaffenheitsanforderungen gelten.
Auch der Schutz vor sonstigen Gefahren
(z. B. elektrischer Schlag), die von diesen
Geräten ausgehen, muss berücksichtigt
werden.
In der Richtlinie wird zwischen der
Gerätegruppe I für den Bergbaueinsatz
mit den Kategorien M1 und M2, sowie der
Gerätegruppe II für den Einsatz in allen
übrigen Bereichen mit den Kategorien 1, 2
und 3 unterschieden.
Die Europäische Richtlinie 1999/92/EG
wendet sich an Arbeitgeber und Betreiber
von Anlagen in explosionsgefährdeten Bereichen. Sie definiert Mindestvorschriften
zur Verbesserung des Gesundheitsschutzes
und der Sicherheit von Arbeitnehmern,
die durch explosionsfähige Atmosphären
gefährdet werden können. Die nationale
Umsetzung dieser Richtlinie erfolgt abhängig vom Mitgliedstaat unverändert oder
zum Teil mit deutlichen Verschärfungen.
Die nachfolgende Tabelle gibt einen Überblick der EU-Richtlinien zum Explosionsschutz und deren nationale Umsetzungen
in Deutschland und Österreich. Auch im
Nicht-EU-Mitgliedstaat Schweiz wurden
die Anforderungen der ATEX-Richtlinien
in nationales Recht umgesetzt.
EG-Richtlinie
94/9/EG (ATEX 95)
1999/92/EG (ATEX 137)
Zielgruppe
Hersteller
Betreiber
Nationale Umsetzung
in Deutschland
Explosionsschutzverordnung (ExVO),
11. GPSGV
Als Teil der Betriebssicherheitsverordnung
(BetrSichV), in Kraft seit 03.10.2002
Nationale Umsetzung
in Österreich
Explosionsschutzverordnung
(ExSV 1996)
Verordnung explosionsfähige Atmosphären (VEXAT), in Kraft seit 01.08.2004
Nationale Umsetzung
in der Schweiz
Verordnung über Geräte und Schutzsysteme zur Verwendung in explosionsgefährdeten Bereichen (VGSEB),
CH Verordnung SR 734.6
Verordnung über die Verhütung von Unfällen und Berufskrankheiten (VUV),
CH Verordnung SR 832.30
Gefahrstoffverordnung (GefStoffV)
ASA-Richtlinie über den Beizug von Arbeitsärzten und anderen Spezialisten der
Arbeitssicherheit (ASA-Richtlinie 6508)
SUVA-Merkblatt 2153 „Explosionsschutz,
Grundsätze, Mindestvorschriften, Zonen”
ATEX-Richtlinien und nationale Umsetzung in Deutschland, Österreich und der Schweiz
9
7 Wie funktioniert Explosionsschutz?
Explosionsschutz umfasst alle Maßnahmen zum Schutz vor Gefahren durch
Explosionen.
Das Prinzip des integrierten Explosionsschutzes nach ATEX-Richtlinie 94/9/EG
(ATEX 95) fordert, dass die Explosionsschutzmaßnahmen in einer bestimmten
Reihenfolge zu treffen sind, wie nachfolgend angegeben.
1. Bildung gefährlicher explosionsfähiger Atmosphäre vermeiden
(Primärer Explosionsschutz)
Unter primärem Explosionsschutz versteht
man alle Maßnahmen, die verhindern,
dass eine gefährliche explosionsfähige
Atmosphäre entsteht.
Dies kann z. B. erfolgen durch:
• Vermeidung brennbarer Stoffe (Ersatztechnologien)
• Inertisierung (Zugabe von Stickstoff,
Kohlendioxid usw.)
• Begrenzung der Konzentration
• Natürliche oder technische Belüftung
2. Zündung gefährlicher explosionsfähiger Atmosphäre vermeiden
(Sekundärer Explosionsschutz)
Wenn Explosionsgefahren durch primäre
Explosionsschutzmaßnahmen gar nicht
oder nur unvollständig auszuschließen
sind, müssen Maßnahmen ergriffen werden, die eine Zündung explosionsfähiger
Atmosphäre verhindern. Dazu werden die
explosionsgefährdeten Bereiche nach der
Wahrscheinlichkeit des Auftretens von
gefährlicher explosionsfähiger Atmosphäre
in Zonen eingeteilt. Für die so definierten
Bereiche werden Anforderungen an die
dort zulässigen Betriebsmittel gestellt und
es wird festgelegt, wie die Einhaltung
dieser Mindestanforderungen nachzuweisen ist.
Einige mögliche Maßnahmen:
• Zündquellen vermeiden
• Explosionsgefährdete Bereiche nach der
Wahrscheinlichkeit des Auftretens von
explosionsfähiger Atmosphäre in Zonen
einteilen
• Explosionsgeschützte Betriebsmittel
einsetzen
3. Auswirkungen einer Explosion auf
ein unbedenkliches Maß beschränken
(Tertiärer (konstruktiver) Explosionsschutz)
Kann aus verfahrenstechnischen Gründen
sowohl ein Auftreten einer gefährlichen
explosionsfähigen Atmosphäre als auch das
Wirksamwerden einer Zündquelle nicht
ausreichend sicher ausgeschlossen werden,
ist der tertiäre (konstruktive) Explosionsschutz anzuwenden. Der tertiäre Explosionsschutz begrenzt die Auswirkungen
einer Explosion auf ein ungefährliches
Maß.
Einige mögliche Maßnahmen:
• Explosionsdruckfeste Bauweise
• Explosionsunterdrückung
• Explosionsdruckentlastung
• Explosionstechnische Entkopplung
8 Gerätegruppen
Es wäre unwirtschaftlich und manchmal
auch nicht machbar, alle explosionsgeschützten elektrischen Betriebsmittel
unabhängig von der jeweiligen Anwendung stets nach Maximalanforderungen
auszulegen. Deshalb verwendet man eine
Einteilung der Betriebsmittel in Gruppen entsprechend den Eigenschaften der
explosionsfähigen Atmosphäre, für die sie
bestimmt sind.
Gerätegruppe I gilt für Geräte zur
Verwendung in Untertagebetrieben von
Bergwerken sowie deren Übertageanlagen,
die durch Grubengas und/oder brennbare
Stäube gefährdet werden können (gemäß
ATEX-Richtlinie 94/9/EG).
10
Es werden zwei Gruppen von Betriebsmitteln unterschieden:
Gerätegruppe
Betriebsmittel
I
Elektrische Betriebsmittel für schlagwettergefährdete Grubenbaue
II
Elektrische Betriebsmittel für alle übrigen explosionsgefährdeten
Bereiche
Gerätegruppe II gilt für Geräte zur
Verwendung in den übrigen Bereichen, die
durch eine explosionsfähige Atmosphäre
gefährdet werden können. Die Gerätegruppe II wird in Abhängigkeit des Auftretens
gefährlicher explosionsfähiger Atmosphäre im vorgesehenen Einsatzbereich
in drei Kategorien unterteilt. Mögliche
explosionsfähige Atmosphäre: Gemische
aus Luft und brennbaren Gasen, Nebeln
oder Dämpfen oder Wolke aus in der Luft
enthaltenem brennbaren Staub.
Bei elektrischen Betriebsmitteln der Gruppe I (Bergbau) geht man davon aus, dass
nur Methan als brennbares Gas auftritt,
jedoch in Verbindung mit Kohlenstaub.
Wenn in diesen Bereichen auch andere
brennbare Stoffe auftreten können, muss
die weitere Unterteilung wie in Gruppe II
angewendet werden.
Für elektrische Betriebsmittel der Gruppe
II erfolgt eine weitere Unterteilung in Explosionsgruppen und Temperaturklassen.
9 Gerätekategorien
Gerätekategorien beschreiben den Schutzumfang und den Einsatzbereich von Geräten (gemäß ATEX-Richtlinie 94/9/EG).
Geräte, die eine potentielle Zündquelle
aufweisen und die dadurch eine Explosion
verursachen können, müssen einer Zündgefahrenbewertung unterzogen werden.
Hieraus sind Maßnahmen entsprechend
den grundlegenden Sicherheitsanforderungen vorzusehen, um eine Zündgefahr
durch diese Geräte auszuschließen.
Geräte der Gerätegruppe I werden in zwei
Kategorien, Geräte der Gerätegruppe II in
drei Kategorien mit jeweils unterschiedlich
hohem Sicherheitsniveau eingeteilt. Die
erforderlichen Schutzmaßnahmen richten
sich nach dem jeweils erforderlichen
Sicherheitsniveau.
Die Gerätegruppe I wird in die Kategorien M1 und M2 unterteilt.
Gerätekategorie M1
Die Geräte dieser Kategorie sind zur
Verwendung in untertägigen Bergwerken
sowie deren Übertageanlagen bestimmt,
die durch Grubengas und/oder brennbare
Stäube gefährdet sind.
Geräte dieser Kategorie müssen selbst bei
seltenen Gerätestörungen in vorhandener
explosionsfähiger Atmosphäre weiter
betrieben werden und weisen daher Explosionsschutzmaßnahmen auf, so dass
• beim Versagen einer apparativen Schutzmaßnahme mindestens eine zweite unabhängige apparative Schutzmaßnahme
die erforderliche Sicherheit gewährleistet
bzw.
• beim Auftreten von zwei unabhängigen
Fehlern noch die erforderliche Sicherheit
gewährleistet wird.
Gerätekategorie M2
Geräte dieser Kategorie sind zur Verwendung in untertägigen Bergwerken sowie
deren Übertageanlagen bestimmt, die
durch Grubengas und/oder brennbare
Stäube gefährdet sind.
Beim Auftreten einer explosionsfähigen
Atmosphäre müssen die Geräte abgeschaltet werden können.
Die apparativen Explosionsschutzmaßnahmen innerhalb dieser Kategorie
gewährleisten das erforderliche Maß an
Sicherheit bei normalem Betrieb, auch
unter schweren Betriebsbedingungen und
insbesondere bei rauer Behandlung und
wechselnden Umgebungseinflüssen.
Kategorien der Gerätegruppe I: Untertage- und Übertageanlagen im Bergbau bei Gefährdung durch Grubengas/Staub
Gerätegruppe
Kategorie
Explosionsgefährdung
Maß der zu gewährleistenden Sicherheit
I
M1
Lang und dauerhaft durch Grubengas gefährdete Bereiche (Stäube
werden mit berücksichtigt).
Sehr hohes Maß an Sicherheit.
Sicher auch beim Auftreten von zwei unabhängigen Fehlern.
Zwei redundante Schutzmaßnahmen.
Weiterbetrieb muss gewährleistet sein.
I
M2
Bereiche, die durch Grubengas
gefährdet werden können (Stäube
werden mit berücksichtigt).
Hohes Maß an Sicherheit.
Abschalten der Geräte beim Auftreten von explosionsfähiger
Atmosphäre muss möglich sein.
11
9 Gerätekategorien
Die Gerätegruppe II wird in die Kategorien 1, 2 und 3 unterteilt.
Gerätekategorie 1
Die Geräte sind zur Verwendung in Bereichen bestimmt, in denen eine explosionsfähige Atmosphäre ständig oder
langzeitig oder häufig vorhanden ist. Die
Geräte müssen selbst bei selten auftretenden Gerätestörungen das erforderliche
Maß an Sicherheit gewährleisten und
weisen Explosionsschutzmaßnahmen auf,
so dass
• beim Versagen einer apparativen Schutzmaßnahme mindestens eine zweite unabhängige apparative Schutzmaßnahme
die erforderliche Sicherheit gewährleistet
oder
• beim Auftreten von zwei unabhängigen
Fehlern die erforderliche Sicherheit
gewährleistet wird.
Gerätekategorie 2
Die Geräte sind zur Verwendung in
Bereichen bestimmt, in denen eine explosionsfähige Atmosphäre gelegentlich
auftritt. Die apparativen Explosionsschutzmaßnahmen gewährleisten selbst bei
häufigen Gerätestörungen oder Fehlerzuständen, die üblicherweise zu erwarten
sind, das erforderliche Maß an Sicherheit.
Gerätekategorie 3
Die Geräte sind zur Verwendung in
Bereichen bestimmt, in denen nicht damit
zu rechnen ist, dass eine explosionsfähige
Atmosphäre durch Gase, Dämpfe, Nebel
oder aufgewirbeltem Staub auftritt, aber
wenn sie dennoch auftritt, dann aller
Wahrscheinlichkeit nach nur selten oder
während eines kurzen Zeitraums. Die
Geräte gewährleisten bei normalem Betrieb das erforderliche Maß an Sicherheit.
Kategorien der Gerätegruppe II: Sonstiger Ex-Bereich
Gerätegruppe
Kategorie
Explosionsgefährdung
Maß der zu gewährleistenden Sicherheit
II
1G
brennbare Gase, Dämpfe oder Nebel
II
1D
brennbare Stäube
Sehr hohes Maß an Sicherheit.
Sicher auch beim Auftreten von zwei unabhängigen
Fehlern.
II
2G
II
2D
brennbare Stäube
II
3G
II
3D
brennbare Stäube
Bei den Angaben zur Gerätekategorie sind
auch Mischungen möglich. Beispielsweise
bedeutet die Angabe II 1/2 G, dass ein
Teil eines Gerätes (z. B. Sensorelement)
die Anforderungen an Kategorie 1 erfüllt,
ein anderer Teil (z. B. Sensorgehäuse mit
12
Hohes Maß an Sicherheit.
Sicher auch beim Auftreten von einem Fehler.
Normales Maß an Sicherheit.
Sicher im normalen Betrieb.
Elektronik) die Anforderungen an Kategorie 2. Diese Kategorisierung findet man
häufig bei Geräten, die zur Installation in
Behältertrennwände (= Zonentrennwand:
Innenbereich z. B. Zone 0, Außenbereich
z. B. Zone 1) geeignet sind.
10 Zoneneinteilung von explosionsgefährdeten Bereichen
10.1 Zoneneinteilung nach ATEX
Explosionsgefährdete Bereiche werden
nach Häufigkeit und Dauer des Auftretens
von gefährlicher explosionsfähiger Atmosphäre in Zonen unterteilt. Der Betreiber
einer Anlage muss beurteilen, ob in einem
Bereich Explosionsgefahr besteht und eine
entsprechende Zoneneinteilung vornehmen.
Brennbare Stoffe als Gemisch
mit Luft
Zone 0
Bereich, in dem explosionsfähige Atmosphäre als Gemisch aus Luft und
brennbaren Gasen, Dämpfen oder Nebeln
ständig, über lange Zeiträume oder
häufig vorhanden ist.
Zone 20
Bereich, in dem explosionsfähige Atmosphäre in Form einer Wolke aus in der Luft
enthaltenem brennbarem Staub ständig,
über lange Zeiträume oder häufig
vorhanden ist.
Zone 1
Bereich, in dem sich bei Normalbetrieb gelegentlich eine explosionsfähige
Atmosphäre als Gemisch aus Luft und
brennbaren Gasen, Dämpfen oder Nebeln
bilden kann.
Zone 21
Bereich, in dem sich bei Normalbetrieb gelegentlich eine explosionsfähige
Atmosphäre in Form einer Wolke aus in
der Luft enthaltenem brennbarem Staub
bilden kann.
Zone 2
Bereich, in dem bei Normalbetrieb eine
explosionsfähige Atmosphäre als Gemisch
aus Luft und brennbaren Gasen, Dämpfen
oder Nebeln normalerweise nicht oder
aber nur kurzzeitig auftritt.
Zone 22
Bereich, in dem bei Normalbetrieb eine
explosionsfähige Atmosphäre in Form
einer Wolke aus in der Luft enthaltenem
brennbarem Staub normalerweise nicht
oder aber nur kurzzeitig auftritt.
Dauer des Vorhandenseins gefährlicher explosionsfähiger Atmosphäre
ständig, über lange
Zeiträume oder häufig
(> 1.000 h/Jahr)*
gelegentlich
nicht oder kurzzeitig
(10 – 1.000 h/Jahr)*
(< 10 h/Jahr)*
Gase, Dämpfe, Nebel
Zone 0
Zone 1
Zone 2
Stäube
Zone 20
Zone 21
Zone 22
* Die angegebenen Zeiträume sind nicht normierte Richtwerte und dienen lediglich als grobe Anhaltspunkte.
Weitere Faustregeln zu den Begriffen „ständig, über lange Zeiträume oder häufig“, „gelegentlich“ und „kurzzeitig“ sind:
• Ständig, über lange Zeiträume oder häufig: zeitlich überwiegend, bezogen auf die
effektive Betriebszeit (> 50 %)
• Kurzzeitig: wenige Male pro Jahr für ca. 30 Minuten
• Gelegentlich: was nicht unter die Begriffe über „lange Zeiträume“ oder „häufig“ fällt.
13
10.2 Alte Zoneneinteilung bei Stäuben
(Stand 23.03.1994)
Zone 10
Gefährliche explosionsfähige Atmosphäre
durch Staub ist langzeitig oder häufig
vorhanden.
Anwendung: Betriebsmäßige Staubaufwirbelungen, z. B. in staubführenden
Apparaten (Silos, Filter, Mühlen etc.)
Zone 11
Mit gefährlicher explosionsfähiger Atmosphäre durch Staub ist selten und kurzzeitig durch Aufwirbeln abgelagerten Staubes
zu rechnen. Anwendung: Explosionsgefahr
liegt nur selten oder kurzzeitig vor, aber in
der Anlagenumgebung um offene Übergaben, flexible Verbindungen und Öffnungen
sind Ablagerungen möglich.
10.3 Bestandsschutz
Mit dem 1. Juli 2003 dürfen europaweit
in explosionsgefährdeten Bereichen nur
noch Geräte, Komponenten und Schutzsysteme in Verkehr gebracht werden, deren
Prüfung und Zertifizierung auf Basis der
Richtlinie 94/9/EG (ATEX 95) erfolgte.
Für bestehende Anlagen stellt die ATEXRichtlinie fest, dass es nicht notwendig
ist, Alt-Anlagen ab dem 1. Juli 2003
zu erneuern, nur weil die eingebauten
Komponenten nicht nach ATEX zugelassen
sind. Diese Anlagen, Maschinen und Geräte haben Bestandsschutz, solange keine
Modifikationen vorgenommen werden.
Probleme können also nur dann entstehen, wenn eine Komponente ausfällt und
ausgetauscht werden muss. Während eine
fachgerechte Reparatur des betreffenden
Gerätes zulässig ist, darf ein Ersatzgerät
ohne ATEX-Zulassung nur dann zum
Einsatz kommen, wenn es sich bereits in
Verkehr befindet, also zum Beispiel auf
Lager beim Kunden liegt. Der Verkauf
(Inverkehrbringen) von Ex-Geräten ohne
ATEX-Zulassung ist nach dem 30. Juni
2003 nicht mehr zulässig.
Weitere Hinweise zur Anwendung der
ATEX-Richtlinie auf Altprodukte, auf
reparierte oder modifizierte Produkte und
auf Ersatzteile sind in den „Leitlinien zur
Anwendung der Richtlinie 94/9/EG“ zu
finden.
10.4 Übergang von zwei auf drei Zonen
bei Staubexplosionsschutz
Dieser Abschnitt soll die Fragen beantworten helfen, ob eine bestehende durch
Staub gefährdete Anlage nach der neuen
Zonendefinition neu klassifiziert werden
muss, was bei Erweiterungen zu beachten
ist und welche Geräte dann verwendet
werden müssen.
Die Richtlinie ATEX 137 führt die dreistufige Zoneneinteilung für staubexplosionsgefährdete Bereiche (Zonen 20, 21 und
22) ein. Anlagen in diesen Bereichen, die
vor dem 30. Juni 2003 befugt betrieben
wurden, haben Bestandsschutz. Sie dürfen
also mit den bestehenden Einrichtungen
weiter betrieben werden.
Andererseits muss der Arbeitgeber/Betreiber nach der gleichen Richtlinie auch
seine Pflichten für Arbeitsmittel und
Arbeitsabläufe erfüllen. Die entsprechende
Dokumentation erfolgt für explosionsgefährdete Bereiche in einem Explosionsschutzdokument, das unter anderem die
Zoneneinteilung der gefährdeten Bereiche
unter Verwendung der neuen Zonendefinition enthalten muss. Für die Erstellung des
Explosionsschutzdokuments gibt es länderspezifische Fristen, die für Deutschland,
Österreich und die Schweiz in nachfolgender Tabelle zusammengefasst sind.
Fristen für die Erstellung des Explosionsschutzdokuments
Land
Erstmalige befugte Inbetriebnahme einer Anlage
Erstellung
Deutschland
vor dem 03.10.2002 („Altanlagen”)
bis zum 31.12.2005
ab dem 03.10.2002 („Neuanlagen”)
vor Inbetriebnahme
bis zum 30.06.2006
vor Inbetriebnahme
bis zum 30.06.2006
vor Inbetriebnahme
Österreich
Schweiz
Spätestens zu diesen Zeitpunkten muss
auch für Anlagen in staubexplosionsgefährdeten Bereichen das neue Drei-ZonenKonzept eingeführt werden.
14
Das bedeutet aber nicht, dass in einer
Anlage, die bisher der Zone 11 zugeordnet
war und neu als Zone 22 eingestuft wurde, die vorhandenen Geräte ausgetauscht
werden müssen, solange von diesen
Geräten keine erkennbaren Gefahren zu
erwarten sind. Bei der Erweiterung einer
Anlage sowie einer wesentlichen Veränderung sind jedoch die Vorschriften, die für
nach dem 30. Juni 2003 errichtete Anlagen
gelten, zu beachten.
Zur Weiterverwendung von explosionsgeschützten Geräten nach alter Zonendefinition in den neuen Staub-Ex-Zonen
gibt es länderspezifische Regelungen und
Empfehlungen. Dies ist im Folgenden für
Deutschland und Österreich dargestellt:
Deutschland
Explosionsschutz-Regeln BGR 104,
Abschnitt E 2.1: „Der weitere Betrieb von
elektrischen Betriebsmitteln, die auf der
Grundlage der vor dem 20.12.1996 geltenden ElexV in Verkehr gebracht wurden,
ist aus Sicht des Explosionsschutzes unbedenklich, wenn diese mindestens den dort
geregelten Anforderungen für den Einsatz
in den Zonen 0, 1 bzw. 2 genügen.
In den Zonen 20 und 21 können neben den
Geräten der entsprechenden Kategorien
auch Geräte eingesetzt werden, die für den
Einsatz in Zone 10 zugelassen wurden.
In den Zonen 22 können neben den Geräten der entsprechenden Kategorien auch
Geräte eingesetzt werden, die den Anforderungen der ElexV (alt) für den Einsatz in
Zone 10 oder 11 genügen.“
Anmerkungen: Es ist hierbei zu beachten,
dass in Zone 22 erhöhte Anforderungen
gestellt werden, wenn leitfähige Stäube
vorhanden sind (z. B. IP6X statt IP5X).
Weiterhin wurde beispielsweise nach alter
Zonendefinition die Zündschutzart Ex ib
für Zone 10 als ausreichend betrachtet. Für
die neue Zone 20 ist aber die Zündschutzart Ex iaD gefordert.
Österreich
Verordnung explosionsfähige Atmosphären
(VEXAT), § 21 (4): „Vor In-Kraft-Treten
dieser Verordnung […] erlassene Bescheide werden durch diese Verordnung
mit folgender Maßgabe nicht berührt:
Wenn durch Bescheid eine Einstufung
von explosionsgefährdeten Bereichen in
„Zone 10“ oder in „Zone 11“ vorgenommen wurde, ist bis zum 1. Juli 2006 im
Rahmen der Ermittlung und Beurteilung
der Explosionsgefahren eine Einstufung
dieser Bereiche gemäß § 12 vorzunehmen
und im Explosionsschutzdokument zu
dokumentieren. Dabei sind einzustufen
bescheidmäßig in „Zone 10“ eingestufte
Bereiche in Zone 20, außer es handelt sich
um einen Bereich, in dem betriebsmäßig
nur gelegentlich mit dem Auftreten von
explosionsfähigen Staubatmosphären zu
rechnen ist und der daher in Zone 21
eingestuft werden kann; bescheidmäßig in
„Zone 11“ eingestufte Bereiche
a. in Zone 21, wenn im Normalbetrieb
gelegentlich mit dem Auftreten von
explosionsfähigen Staubatmosphären zu
rechnen ist oder
b. in Zone 22, wenn im Normalbetrieb
nicht oder aber nur kurzzeitig mit dem
Auftreten von explosionsfähigen Staubatmosphären zu rechnen ist.“
15
11 Zündschutzarten
Die Entzündung eines explosionsfähigen
Gemischs durch Betriebsmittel kann durch
verschiedene Zündschutzarten verhindert
werden. In Bereichen, in denen man mit
dem Auftreten gefährlicher explosionsfähiger Atmosphäre rechnen muss, dürfen
nur explosionsgeschützte Betriebsmittel
verwendet werden. Diese können in
verschiedenen Zündschutzarten ausgeführt
werden. Gegebenenfalls können auch
Kombinationen verschiedener Zündschutzarten angewendet werden. Die Zündschutzarten sind genormt.
Für alle Zündschutzarten gilt, dass die
Teile, zu denen die explosionsfähige
Atmosphäre ungehinderten Zugang hat,
keine unzulässig hohen Temperaturen
annehmen dürfen. Die Temperaturen
dürfen unter Berücksichtigung der
Umgebungstemperatur und der Erwärmung maximal Werte annehmen, die der
Temperaturklasse oder der für brennbare
Stäube bestimmten zulässigen Temperatur
entsprechen, nach denen die explosionsfähige Atmosphäre eingestuft ist.
Alle zu verallgemeinernden Forderungen
an die Betriebsmittel werden in der Norm
• IEC 60079-0 (in Europa EN 60079-0)
für Gase und Dämpfe
• IEC 61241-0 (in Europa EN 61241-0) für
Stäube und
• EN 13463-1 für nicht-elektrische Geräte
zusammengefasst.
Die Zündschutzartnormen können Forderungen ergänzen oder aufheben.
Einheitliche, aber mehrere Zündschutzarten betreffende Schutzanforderungen
wie Schutz gegen elektrostatische Aufladungen, Schaffung eines Potentialausgleiches für metallische Gehäuse
oder mechanische Festigkeit gegen Stöße
werden in diesen Normen, als allgemeine
technische Forderungen zusammengefasst.
Dabei können einzelne nachgeschaltete
Normen höhere Forderungen enthalten
oder auch geringere.
Diese Forderungen basieren teilweise auf
denen für elektrische Betriebsmittel für
Gase und Dämpfe, Abweichungen für
Stäube und nichtelektrische Betriebsmittel
sind in den einzelnen Basisnormen enthalten. Auch die Kategorie - 1 bis 3 - der
die Betriebsmittel genügen sollen, kann
unterschiedliche allgemeine Forderungen
beinhalten.
Der allgemeine Temperaturbereich zum
Einsatz explosionsgeschützter elektrischer Betriebsmittel wird mit -20 °C bis
+40 °C festgelegt. Zulässige abweichende
Erweiterungen oder Einschränkungen des
Temperaturbereiches sind anzugeben.
Die bei etwa +20 °C im Labor ermittelten
Kennzahlen für die Explosionsgruppen
IIA, IIB und IIC gelten für einen Temperaturbereich von ± 40 K, also von -20 °C bis
+60 °C.
16
Diese beiden Temperaturbereiche berücksichtigen einerseits die Verhältnisse in der
Arbeitsstätte und eine gewisse Erwärmung
der Betriebsmittel im Betrieb. Explosionsdruck, zulässige Spaltweiten und zulässige nichtzündfähige Ströme ändern sich
außerhalb des Temperaturbereiches. Dies
ist bei dem Einsatz der Betriebsmittel zu
beachten und kann abweichende Prüfbedingungen zur Folge haben.
Bereits 1978 mit der Herausgabe der
europäischen Normen für elektrische
Betriebsmittel EN 50014 ff wurden die
bis dahin gültigen nationalen Normen für
diese Geräte durch europaweit gültige
Normen ersetzt. Neben den Normen für
elektrische Betriebsmittel veröffentlicht
durch CENELEC wurden in der Zwischenzeit durch CEN entsprechende Normen
für nichtelektrische explosionsgeschützte
Betriebsmittel erarbeitet.
Aufgrund einer Vereinbarung zwischen
der europäischen Normenorganisation
CENELEC und der internationalen Normenorganisation IEC werden die europäischen Normen für elektrische Betriebsmittel seit einigen Jahren in der Regel ohne
Abweichungen von der IEC übernommen.
Die Reihe EN 50014 ff, die die Anforderungen an die Betriebsmittel für gasexplosionsgefährdete Bereiche festlegt, wird
in Schritten durch die Reihe EN 60079
ersetzt. In Deutschland sind diese Normen
als VDE 0170 erschienen.
11 Zündschutzarten
11.1 Zündschutzarten für elektrische Betriebsmittel
in gasexplosionsgefährdeten Bereichen
Zündschutzart
Bezeichnung
Beschreibung/Anmerkungen
Norm NEU
(IEC / EN)
Norm ALT
Allgemeine
Bestimmungen
—
—
IEC 60079-0,
EN 60079-0
EN 50014
Druckfeste
Kapselung
Ex d
Teile, die eine explosionsfähige Atmosphäre zünden können,
sind in ein Gehäuse eingeschlossen, das bei der Explosion
eines explosionsfähigen Gemisches im Innern deren Druck
aushält und eine Übertragung der Explosion auf die das Gehäuse umgebende Atmosphäre verhindert.
IEC 6079-1,
EN 60079-1
EN 50018
Überdruckkapselung
Ex p
Die Bildung einer explosionsfähigen Atmosphäre im Inneren
eines Gehäuses wird dadurch verhindert, dass durch ein
Zündschutzgas ein innerer Überdruck gegenüber der umgebenden Atmosphäre aufrechterhalten wird und dass, wenn
notwendig, das Innere des Gehäuses ständig so mit Zündschutzgas versorgt wird, dass die Verdünnung brennbarer
Gemische erreicht wird.
IEC 60079-2,
EN 60079-2
EN 50016
px = Einsatz in Zone 1, 2
py = Einsatz in Zone 1, 2
pz = Einsatz in Zone 2
Sandkapselung
Ex q
Durch Füllung des Gehäuses eines elektrischen Betriebsmittels mit einem feinkörnigen Füllgut wird erreicht, dass
bei bestimmungsgemäßem Gebrauch ein in seinem Gehäuse entstehender Lichtbogen eine das Gehäuse umgebende
explosionsfähige Atmosphäre nicht zündet. Es darf weder eine
Zündung durch Flammen, noch eine Zündung durch erhöhte
Temperaturen an der Gehäuseoberfläche erfolgen.
IEC 60079-5,
EN 60079-5
EN 50017
Ölkapselung
Ex o
Elektrische Betriebsmittel oder Teile von elektrischen Betriebsmitteln sind derart in eine Schutzflüssigkeit (z. B. Öl)
eingetaucht, dass eine explosionsfähige Atmosphäre über
der Oberfläche oder außerhalb der Kapselung nicht gezündet
werden kann.
IEC 60079-6,
EN 60079-6
EN 50015
Erhöhte Sicherheit
Ex e
Hier sind zusätzliche Maßnahmen getroffen, um mit einem
erhöhten Grad an Sicherheit die Möglichkeit unzulässig hoher
Temperaturen und das Entstehen von Funken und Lichtbögen
im Innern oder an äußeren Teilen elektrischer Betriebsmittel, bei denen diese im normalen Betrieb nicht auftreten, zu
verhindern.
IEC 60079-7,
EN 60079-7
EN 50019
17
11 Zündschutzarten
Zündschutzart
Bezeichnung
Norm NEU
(IEC / EN)
Norm ALT
Eigensicherheit
Ex i
Die im explosionsgefährdeten Bereich eingesetzten Betriebsmittel enthalten nur eigensichere Stromkreise. Ein Stromkreis
ist eigensicher, wenn kein Funke und kein thermischer Effekt,
die unter festgelegten Prüfungsbedingungen (welche den normalen Betrieb und bestimmte Fehlerbedingungen umfassen)
auftreten, die Zündung einer bestimmten explosionsfähigen
Atmosphäre verursachen kann.
IEC 60079-11,
EN 60079-11
EN 50020
IEC 60079-15,
EN 60079-15
EN 50021
IEC 60079-18,
EN 60079-18
EN 50028
IEC 60079-25,
EN 60079-25
—
Schutzniveau ia (Zweifehlersicherheit) = Einsatz in Zone 0, 1, 2
Schutzniveau ib (Einfehlersicherheit) = Einsatz in Zone 1, 2
Schutzniveau ic = Einsatz in Zone 2
(ersetzt künftig die Zündschutzart nL aus EN 60079-15)
[Ex ia]
= zugehöriges elektrisches Betriebsmittel – Installation im sicheren Bereich
Ex de [ia] = Einsatz des Betriebsmittels in Zone 1, enthält
eigensichere Stromkreise für Speisung in Zone 0
Nicht zündfähig
Ex n_
Elektrische Betriebsmittel sind nicht in der Lage, eine umgebende explosionsfähige Atmosphäre zu zünden (im Normalbetrieb und unter definierten anormalen Betriebsbedingungen).
Alle elektrischen Betriebsmittel mit dieser Zündschutzart sind
nur für Kategorie 3 (Zone 2) geeignet.
Ex nA
Ex nC
= nichtfunkende Betriebsmittel
= funkende Betriebsmittel, in denen die Kontakte in
geeigneter Weise geschützt sind
Ex nR
= schwadensichere Gehäuse
Ex nL
= energiebegrenzte Betriebsmittel
[Ex nL] = zugehörige energiebegrenzte Betriebsmittel
Ex nA nL = selbstschützende elektrische Betriebsmittel
Anmerkung: Ex nL wird künftig als Ex ic in IEC 60079-11
behandelt.
Vergusskapselung
Ex m
Teile, die eine explosionsfähige Atmosphäre zünden können,
werden so in Vergussmasse eingebettet, dass die explosionsfähige Atmosphäre nicht gezündet werden kann. Elektrische
Betriebsmittel sind nicht in der Lage, eine umgebende explosionsfähige Atmosphäre zu zünden (im Normalbetrieb und
unter definierten anormalen Betriebsbedingungen).
Ex ma = Einsatz in Zone 0, 1, 2
Ex mb = Einsatz in Zone 1, 2
Eigensichere
Systeme
18
SYST
Eigensichere Systeme: Beurteilung der Eigensicherheit für
definierte Systeme (Geräte und Kabel)
11 Zündschutzarten
Zündschutzart
Bezeichnung
Norm NEU
(IEC / EN)
Norm ALT
Elektrische
Betriebsmittel
für Zone 0
—
Erlaubte Zündschutzarten:
• Eigensicherheit Ex ia
• Spezielle Vergusskapselung Ex ma
• Kombination zweier unabhängiger genormter Zündschutzarten (z. B. Ex d + ib)
• Kombination einer genormten Zündschutzart mit einem
Trennelement
IEC 60079-26,
EN 60079-26
EN 50284
Eigensichere
Feldbussysteme
FISCO,
FNICO
Eigensichere Feldbussysteme (FISCO)
für Zone 1 (z. B. FISCO Ex ia IIC T4)
Festlegung der physikalischen und elektrischen Grenzwerte
des eigensicheren Busstranges.
IEC 60079-27,
EN 60079-27
—
IEC 60079-28,
EN 60079-28
—
Nichtzündfähige Feldbussysteme (FNICO) für Zone 2 (z. B.
FNICO Ex ia IIC T4)
Optische
Strahlung
Ex op_
Durch geeignete Maßnahmen wird vermieden, dass eine optische Strahlung eine explosionsfähige Atmosphäre entzündet.
(Anwendung bei Lichtwellenleitern).
Es gibt drei verschiedene Methoden:
Ex op is = eigensichere optische Strahlung
Ex op pr = geschützte optische Strahlung
Ex op sh = Sperrung optischer Strahlung
19
11 Zündschutzarten
11.2 Zündschutzarten für elektrische Betriebsmittel
in Bereichen mit brennbarem Staub
Zündschutzart
Bezeichnung
IEC
EN
Allgemeine
Bestimmungen
—
—
IEC 61241-0
EN 61241-0
Schutz durch
Gehäuse
Ex tD
Schutz durch Gehäuse: Basiert auf der Begrenzung
der maximalen Oberflächentemperatur des Gehäuses
und auf der Einschränkung des Staubeintritts, um
die Zündung einer Staubschicht oder Staubwolke zu
verhindern.
IEC 61241-1,
IEC 60079-31
EN 50281-1-1 (bis
01.06.07),
EN 61241-1
Es gibt zwei unterschiedliche gleichwertige Verfahren,
A und B, um den Schutz sicherzustellen:
- Verfahren A: Bestimmung der Staubdichtheit nach
IEC 60529 (IP-Code)
- Verfahren B: Bestimmung der Staubdichtheit durch
zyklische Wärmeprüfung
Ex tD A21 = nach Verfahren A für Zone 21
Ex tD B21 = nach Verfahren B für Zone 21
Überdruckkapselung
Ex pD
Das Eindringen einer umgebenden Atmosphäre in
das Gehäuse von elektrischen Betriebsmitteln wird
dadurch verhindert, dass ein Zündschutzgas (Luft,
inertes oder anderes geeignetes Gas) in seinem Innern
unter einem Überdruck gegenüber der umgebenden
Atmosphäre gehalten wird. Der Überdruck wird mit
oder ohne laufende Zündschutzgasdurchspülung
aufrechterhalten.
IEC 61241-2
EN 61241-2
Eigensicherheit
Ex iD
Die im explosionsgefährdeten Bereich eingesetzten
Betriebsmittel enthalten nur eigensichere Stromkreise.
Ein Stromkreis ist eigensicher, wenn kein Funke und
kein
thermischer Effekt, die unter festgelegten Prüfungsbedingungen (welche den normalen Betrieb und
bestimmte Fehlerbedingungen umfassen) auftreten,
die Zündung einer bestimmten explosionsfähigen
Atmosphäre verursachen kann.
IEC 61241-11
EN 61241-11
IEC 61241-18
EN 61241-18
Ex iaD = Einsatz in Zone 20, 21, 22
Ex ibD = Einsatz in Zone 21, 22
[Ex iaD] = zugehöriges elektrisches Betriebsmittel
– Installation im sicheren Bereich
Vergusskapselung
Ex mD
Teile, die eine explosionsfähige Atmosphäre durch
Funken oder durch Erwärmung zünden könnten,
sind in eine Vergussmasse so eingebettet, dass die
explosionsfähige Atmosphäre nicht entzündet werden
kann. Dies geschieht durch allseitige Umhüllung der
Bauteile mit einer gegen physikalische – insbesondere
elektrische, thermische und mechanische – sowie
chemische Einflüsse resistenten Vergussmasse.
Ex maD = Einsatz in Zone 20, 21, 22
Ex mbD = Einsatz in Zone 21, 22
20
11 Zündschutzarten
11.3 Zündschutzarten für nicht-elektrische Betriebsmittel in gasexplosionsgefährdeten Bereichen
und in Bereichen mit brennbarem Staub
Nicht-elektrische Geräte sind Geräte, die ihre vorgesehene Funktion ohne Anwendung elektrischer Energie
erfüllen können.
Zündschutzart
Bezeichnung
EN
Allgemeine
Bestimmungen
—
—
EN 13463-1
Schwadenhemmende
Kapselung
fr
Durch eine wirksame Abdichtung eines Gehäuses, kann das Eindringen
von Ex-Atmosphäre so weit eingeschränkt werden, dass im Inneren keine
explosionsfähige Atmosphäre entstehen kann. Druckunterschiede zwischen innerer und externer Atmosphäre durch Temperaturänderungen
müssen hierbei berücksichtigt werden. Die Anwendung beschränkt sich auf
Gerätekategorie 3 (Zone 2 und Zone 22).
EN 13463-2
Druckfeste
Kapselung
d
Teile, die eine explosionsfähige Atmosphäre zünden können, sind in ein
Gehäuse eingeschlossen, das bei der Explosion eines explosionsfähigen
Gemisches im Innern deren Druck aushält und eine Übertragung der Explosion auf die das Gehäuse umgebende Atmosphäre verhindert.
EN 13463-3
Konstruktive
Sicherheit
c
An Gerätearten, die bei Normalbetrieb keine Zündquelle enthalten, werden
bewährte technische Prinzipien angewandt, sodass das Risiko von mechanischen Fehlern, die zum Entstehen von zündfähigen Temperaturen
und Funken führen können, auf ein sehr geringes Maß reduziert wird.
EN 13463-5
Zündquellenüberwachung
b
Es werden Sensoren in das Gerät eingebaut, damit sich anbahnende
gefährliche Bedingungen festgestellt und bereits in einer frühen Phase der
Störung, bevor potenzielle Zündquellen wirksam werden, Gegenmaßnahmen eingeleitet. Die angewandten Maßnahmen können automatisch durch
direkte Verbindungen zwischen den Sensoren und dem Zündschutzsystem
oder manuell durch Abgabe einer Warnung an den Betreiber des Gerätes
eingeleitet werden.
EN 13463-6
Überdruckkapselung
p
Die Bildung einer explosionsfähigen Atmosphäre im Inneren eines Gehäuses wird dadurch verhindert, dass durch ein Zündschutzgas ein innerer
Überdruck gegenüber der umgebenden Atmosphäre aufrechterhalten
wird und dass, wenn notwendig, das Innere des Gehäuses ständig so mit
Zündschutzgas versorgt wird, dass die Verdünnung brennbarer Gemische
erreicht wird.
EN 13463-7
Flüssigkeitskapselung
k
Durch Eintauchen in eine Schutzflüssigkeit oder durch ständiges Benetzen
mit einem Flüssigkeitsfilm einer Schutzflüssigkeit werden Zündquellen
unwirksam gemacht.
EN 13463-8
21
11 Zündschutzarten
11.4 Nachweis der Eigensicherheit
Die Zündschutzart Eigensicherheit bezieht
sich im Unterschied zu anderen Zündschutzarten (z. B. druckfeste Kapselung)
nicht nur auf einzelne Betriebsmittel,
sondern auf den gesamten Stromkreis,
der eigensicher ist. Ein eigensicherer
Stromkreis besteht aus mindestens einem
elektrischen Betriebsmittel und einem
zugehörigen Betriebsmittel.
Bei einem eigensicheren Betriebsmittel
(Kennzeichnung z. B. Ex ia) sind sämtliche
Stromkreise eigensicher ausgeführt. Diese
dürfen je nach ihrer Kategorie direkt in
den für sie bestimmten Zonen eingesetzt
werden.
Bei zugehörigen Betriebsmitteln sind nicht
alle Stromkreise eigensicher. Sie enthalten
jedoch mindestens einen eigensicheren
Kreis, der in den explosionsgefährdeten
Bereich geführt werden darf. Sie sind in
der Regel im sicheren Bereich eingesetzt,
die Anschlussleitungen reichen jedoch in
den Ex-Bereich hinein. Deshalb müssen
auch die zugehörigen Betriebsmittel
den Kategorien nach ATEX entsprechen.
Beispiel: Ein zugehöriges Betriebsmittel,
welches mit einem Sensor oder Aktor in
der Zone 0 verbunden ist, muss ein Gerät
der Kategorie 1 (Kennzeichnung [Ex ia])
sein.
Zur Beurteilung eigensicherer Stromkreise
muss vom Betreiber ein Nachweis der
Eigensicherheit erbracht werden. Für einen
einfachen eigensicheren Stromkreis sind
die folgenden Bedingungen zu prüfen:
Uo ≤ Ui
Io ≤ Ii
Po ≤ Pi
(Uo = maximale Ausgangsspannung, Ui = maximale Eingangsspannung)
(Io = maximaler Ausgangsstrom, Ii = maximaler Eingangsstrom)
(Po = maximale Ausgangsleistung, Pi = maximale Eingangsleistung,
Po = ¼ Uo × Io bei ohmscher Strombegrenzung, Po = Uo × Io bei elektronischer Strombegrenzung)
Co ≥ Cc + Ci (Co = max. äußere Kapazität, Cc = Kabelkapazität, Ci = max. innere
Kapazität)
Lo ≥ Lc + Li (Lo = max. äußere Induktivität, Lc = Kabelinduktivität, Li = max. innere
Induktivität)
Die notwendigen Parameter werden den
Ex-Bedienungsanleitungen bzw. EGBaumusterprüfbescheinigungen der eingesetzten Geräte entnommen. Dann werden
die elektrischen Daten des eigensicheren
Stromkreises (Spannung, Strom, Leistung,
Kapazität und Induktivität) überprüft.
Liegt eine Systembescheinigung vor, ist die
Dimensionierung für das System bereits
erfüllt.
Anmerkung: Im Einzelfall sind bei diesem
Nachweis weitere Prüfungen erforderlich,
z. B. Rückspeisung im Fehlerfall, Betrachtung konzentrierter Kapazitäten und
Induktivitäten.
Für den Einsatz in Zone 0 ist die Zusammenschaltung von mehreren zugehörigen
elektrischen Betriebsmitteln nicht zulässig.
Besteht der eigensichere Stromkreisen
für Anwendungen in Zone 1 und Zone 2
aus mehr als einem zugehörigen Betriebsmittel, muss durch theoretische
Berechnungen oder Prüfungen mit dem
Funkenprüfgerät ein Nachweis erfolgen.
Dabei ist zu beachten, ob eine Stromaddition vorliegt.
Enthält ein eigensicherer Stromkreis ein
Betriebsmittel mit Schutzniveau ib, so
entspricht auch der gesamte Stromkreis
dem Schutzniveau ib.
11.5 Besonderheiten der Zündschutzart
Eigensicherheit
Bei der Verwendung und dem Betrieb von
Betriebsmitteln in Zündschutzart Eigensicherheit sind unter anderem folgende
Punkte zu beachten:
• Vor der Zusammenschaltung eigensicherer Betriebsmittel muss der Nachweis
der Eigensicherheit erfolgreich erbracht
werden.
• Bei eigensicheren Betriebsmitteln, die
einmal nicht eigensicher gespeist wurden, ist die Zündschutzart Eigensicherheit aufgehoben. Die Geräte dürfen dann
nicht mehr im Ex-Bereich eingesetzt
werden, da hierdurch geräteinterne
begrenzende Maßnahmen zerstört sein
können. Eine entsprechende Prüfung ist
22
nur beim Hersteller möglich. Die gleiche
Aussage gilt sinngemäß für zugehörige
eigensichere Betriebsmittel, die zur Speisung von nicht-eigensicheren Betriebsmitteln eingesetzt wurden.
• Arbeiten an eigensicheren Betriebsmitteln (z. B. Wartung und Instandhaltung)
sind nur mit eigensicheren Messmitteln
möglich.
• Die Parametrierung eigensicherer
Betriebsmittel ist nur über eigensichere
Geräte oder nicht-eigensichere Geräte
mit zwischengeschalteter Ex-Trennstufe
möglich.
12 Mindestzündenergie und Explosionsgruppen
Die Mindestzündenergie ist die kleinstmögliche Energie, die das zündwilligste
Gemisch gerade noch zündet. Diese
Stoffeigenschaft muss bei der Auswahl der
Betriebsmittel berücksichtigt werden. Bei
den Stäuben wird der gemessene Wert der
Mindestzündenergie angegeben. Bei Gasen
wird eine Einstufung in Explosionsgruppen vorgenommen.
Bei elektrischen Betriebsmitteln der Gruppe I (Bergbau) geht man davon aus, dass
nur Methan als brennbares Gas auftritt,
jedoch in Verbindung mit Kohlenstaub.
Wenn in diesen Bereichen auch andere
brennbare Stoffe auftreten können, muss
die weitere Unterteilung wie in Gruppe II
angewendet werden.
Explosionsgruppe
Für elektrische Betriebsmittel der Gruppe II
(übrige Bereiche), die in eine explosionsfähige Gasatmosphäre eingesetzt werden,
erfolgt eine weitere Unterteilung in Explosionsgruppen.
Kriterien für die Unterteilung sind die
Grenzspaltweite und der Mindestzündstrom. Grenzspaltweite (MESG =
Maximum Experimental Safe Gap) und
Mindestzündstrom (MIC = Minimum
Ignition Current) werden für verschiedene
Gase und Dämpfe unter genau definierten
Versuchsbedingungen ermittelt. Die
Grenzspaltweite ist die Spaltweite, bei der
in einer Prüfapparatur mit 25 mm-Spaltlänge gerade kein Flammendurchschlag
des Gemisches mehr stattfindet. Der
Mindestzündstrom wird bezogen auf den
Mindestzündstrom für Labormethan.
Eine Übersicht über die Grenzspaltweiten
und Mindestzündströme für die verschiedenen Explosionsgruppen zeigt die
folgende Tabelle.
Grenzspaltweite
MESG
Mindestzündstromverhältnis MIC
(bezogen auf Methan = 1)
Beispielgas
IIA
> 0,9
> 0,8
Propan
IIB
0,5 – 0,9
0,45 – 0,8
Ethylen
IIC
< 0,5
< 0,45
Wasserstoff, Acetylen
Die Gefährlichkeit der Gase nimmt von
Explosionsgruppe IIA nach IIC zu. Entsprechend steigen die Anforderungen an elektrische Betriebsmittel für diese Explosionsgruppen. Daher muss auf den elektrischen
Betriebsmitteln gegebenenfalls angegeben
werden, für welche Explosionsgruppe sie
ausgelegt sind. Elektrische Betriebsmittel,
die für IIC zugelassen sind, dürfen auch
für alle anderen Explosionsgruppen verwendet werden.
23
13 Zündtemperatur und Temperaturklassen
In einer explosionsfähigen Atmosphäre
kann es durch Betriebsmittel mit hoher
Oberflächentemperatur zu einer Wärmezündung kommen.
Die Zündtemperatur eines brennbaren
Gases, Dampfes oder eines brennbaren
Staubes ist die niedrigste Temperatur einer
erhitzten Oberfläche, an der die Entzündung des Gas/Luft- bzw. Dampf/LuftGemisches eintritt. Sie stellt praktisch den
untersten Temperaturwert dar, bei dem
eine heiße Oberfläche die entsprechende
explosionsfähige Atmosphäre zünden
kann.
Temperaturklasse
Explosionsgruppe I
Für elektrische Betriebsmittel der
Explosionsgruppe I wird die maximale
Oberflächentemperatur generell wie folgt
festgelegt:
• 150 °C bei schichtweiser KohlestaubAblagerung
• 450 °C ohne Kohlestaub-Ablagerung
Höchstzulässige Oberflächentemperatur
der Betriebsmittel
Zündtemperatur der brennbaren
Stoffe
T1
450 °C
> 450 °C
T2
300 °C
> 300 °C bis ≤ 450 °C
T3
200 °C
> 200 °C bis ≤ 300 °C
T4
135 °C
> 135 °C bis ≤ 200 °C
T5
100 °C
> 100 °C bis ≤ 135 °C
T6
85 °C
> 85 °C bis ≤ 100 °C
Wenn nicht anders angegeben (in
Dokumentation und auf Typenschild),
sind diese Angaben bezogen auf eine
Umgebungstemperatur des elektrischen
Betriebsmittels von +40 °C. Die niedrigste
Zündtemperatur der explosionsfähigen Atmosphäre muss höher sein als die maximale Oberflächentemperatur des elektrischen
Betriebsmittels. Die Grenztemperatur des
Betriebsmittels darf auch im Fehlerfall
nicht überschritten werden.
24
Explosionsgruppe II – Brennbare Gase
und Dämpfe
Brennbare Gase und Dämpfe werden nach
ihrer Entzündbarkeit in Temperaturklassen
eingeteilt. Die maximale Oberflächentemperatur eines elektrischen Betriebsmittels
muss stets kleiner sein als die Zündtemperatur des Gas/Luft- bzw. Dampf/Luftgemisches, in dem es eingesetzt wird. Die
elektrischen Betriebsmittel werden nach
ihrer maximalen Oberflächentemperatur
(auch unter Fehlerbedingungen) den Temperaturklassen zugeordnet. Selbstverständlich sind Betriebsmittel, die einer höheren
Temperaturklasse entsprechen (z. B. T4)
auch für Anwendungen zulässig, bei denen
eine niedrigere Temperaturklasse gefordert
ist (z. B. T2 oder T3).
Beispiel 1: Die Zündtemperatur von Benzin
liegt im Bereich 220 °C … 300 °C. Daher
dürfen in dieser Atmosphäre nur elektrische Betriebsmittel der Temperaturklassen T3 … T6 eingesetzt werden.
Beispiel 2: Die Oberflächentemperatur
eines elektrischen Betriebsmittels soll im
Fehlerfall 150 °C betragen. Somit darf es
nur für die Temperaturklassen T1 … T3
eingesetzt werden.
Die nachfolgende Tabelle zeigt die Zuordnung brennbarer Gase und Dämpfe
in Explosionsgruppen und Temperaturklassen.
Temperatur- T1
klassen (450 °C)
T2
(300 °C)
T3
(200 °C)
T4
(135 °C)
Aceton
(540 °C)
1,2 Dichlorethan
(440 °C)
Benzin
(220 - 300 °C)
Acetaldehyd
(140 °C)
Ammoniak
(630 °C)
Cyclohexanon
(430 °C)
Dieselkraftstoff
(220 - 300 °C)
Benzol
(555 °C)
i-Amylacetat
(380 °C)
Flugzeugkraftstoff
(220 - 300 °C)
Äthan
(515 °C)
n-Butan
(365 °C)
Ethylacetat
(460 °C)
n-Butylalkohol
(340 °C)
T5
(100 °C)
T6
(85 °C)
Explosionsgruppe
IIA
Heizöl
(220 - 300 °C)
n-Hexan
(240 °C)
Essigsäure
(485 °C)
Kohlenoxid
(605 °C)
Methanol
(455 °C)
Propan
(470 °C)
Toluol
(535 °C)
IIB
Stadtgas
(560 °C)
Ethylalkohol
(425 °C)
Ethylglycol
(335 °C)
Ethylen
(425 °C)
Schwefelwasserstoff
(270 °C)
Ethylether
(180 °C)
Ethylenoxid
(440 °C)
IIC
Wasserstoff
(560 °C)
Acetylen
(305 °C)
Schwefelkohlenstoff
(95 °C)
25
Explosionsgruppe II – Brennbare
Stäube
Bei brennbaren Stäuben wird keine Einteilung in Temperaturklassen vorgenommen.
Die Mindestzündtemperatur der Staubwolke muss mit der maximlaen Oberflächentemperatur des Betriebsmittels verglichen
werden. Dabei ist ein Sicherheitsfaktor zu
berücksichtigen.
Die maximale Oberflächentemperatur des
Betriebsmittels (Oberfläche = äußere Oberfläche des Betriebsmittels) darf nicht so
hoch sein, dass aufgewirbelter Staub oder
auf den Betriebsmitteln abgelagerter Staub
gezündet werden kann. Dazu müssen die
folgenden Bedingungen erfüllt sein:
• Die Oberflächentemperatur darf 2/3 der
Zündtemperatur des jeweiligen Staub/
Luft-Gemisches nicht überschreiten.
• Da Stäube sich aber auch auf den
Betriebsmitteln ablagern können, muss
zusätzlich die Mindestzündtemperatur
der Staubschicht (Glimmtemperatur)
betrachtet werden. Die Glimmtemperatur ist die niedrigste Temperatur
einer heißen Oberfläche, auf der sich
eine Staubschicht von 5 mm entzünden kann. Die Oberflächentemperatur
eines Betriebsmittels darf die um 75 K
verminderte Glimmtemperatur des
jeweiligen Staubes nicht überschreiten.
Bei Schichtdicken über 5 mm nimmt die
Wärmedämmung zu. Dadurch kann sich
die Staubschicht bereits bei niedrigeren
Temperaturen entzünden und es ist eine
weitere Herabsetzung der Oberflächentemperatur erforderlich. Diese wird nach
IEC 61241-14 aus dem Schema in der
Abbildung unten ermittelt.
• Maßgeblich ist die niedrigere der aus den
beiden Kriterien ermittelten Temperaturen.
Beispiel Braunkohle:
Tmax = Glimmtemperatur - 75 K =
225 °C – 75 °C = 150 °C
Tmax = 2/3 der Zündtemperatur =
2/3 × 380 °C = 254 °C
Die Oberfläche des Betriebsmittels darf
also eine maximale Temperatur von
Tmax = 150 °C erreichen.
des Betriebsmittels in °C
Maximal zulässige Oberflächentemperatur
400
300
Glimmtemperatur
200
bei 5 mm Schichtdicke
400 °C ≤ T5 mm
320 °C ≤ T5 mm < 400 °C
100
250 °C ≤ T5 mm < 320 °C
0
0
10
20
30
40
50
Schichtdicke in mm
Verminderung der maximal zulässigen Oberflächentemperatur bei
zunehmender Schichtdicke der Staubauflage (siehe auch IEC 61241-14)
Wenn die Schichtdicke über 50 mm liegt,
muss die Glimmtemperatur über Laborversuche gemessen werden. Dies gilt auch für
26
Schichtdicken größer als 5 mm, wenn die
Glimmtemperatur bei 5 mm Schichtdicke
kleiner als 250 °C beträgt. Laborversuche
sind ebenfalls bei kompletter Einschüttung
der Betriebsmittel mit brennbarem Staub
notwendig.
14 Kriterien für die Auswahl von Geräten und Schutzsystemen
14.1 Auswahlkriterien
In allen Bereichen, in denen explosionsfähige Atmosphären vorhanden sein können,
sind Geräte und Schutzsysteme entsprechend den Kategorien gemäß der Richtlinie 94/9/EG (ATEX 95) auszuwählen.
Die Verbindung zwischen der Kategorie
nach Richtlinie 94/9/EG zur Zone nach
Richtlinie 1999/92/EG (ATEX 137) wird
in Anhang II der Richtlinie 1999/92/EG
hergestellt.
Explosionsfähige
Atmosphäre
Insbesondere sind in diesen Zonen folgende Kategorien von Geräten zu verwenden, sofern sie für Gase, Dämpfe, Nebel
und/oder Stäube geeignet sind (siehe auch
Tabelle):
• in Zone 0 oder Zone 20: Geräte der
Kategorie 1,
• in Zone 1 oder Zone 21: Geräte der Kategorie 1 oder der Kategorie 2,
• in Zone 2 oder Zone 22: Geräte der
Kategorie 1, der Kategorie 2 oder der
Kategorie 3.
RL 1999/92/EG
(ATEX 137)
Explosionsfähige
Atmosphäre vorhanden
Zoneneinteilung
Gas
Staub
RL 94/9/EG
(ATEX 95)
Geräteanforderung
(Kategorie)
Zone 0
ständig, langzeitig, häufig
1G
Zone 1
gelegentlich
2G oder 1G
Zone 2
nicht, selten oder kurzzeitig
3G oder 2G oder 1G
Zone 20
ständig, langzeitig, häufig
1D
Zone 21
gelegentlich
2D oder 1D
Zone 22
leitfähiger Staub
nicht leitfähiger Staub
nicht, selten oder kurzzeitig
2D oder 1D
3D oder 2D oder 1D
G = Gase, Dämpfe, Nebel
D = Dust (Staub)
14.2 Gerätekategorisierung GD
Die Angabe GD auf einem Gerät (z. B.
II 1 GD) bedeutet, dass ein Gerät entweder
in explosionsfähigen Gasatmosphären
oder in explosionsfähigen Staubatmosphären eingesetzt werden darf. GD ist
hierbei eine Kurzschriebweise der separat
geltenden Kategoriebezeichnungen G und
D. Die Kennzeichnung II 1 GD bedeutet
zum Beispiel II 1 G oder II 1 D.
spielsweise in die Trennwand eines Behälters errichtet werden, dessen Inneres als
Gas-Ex-Zone 0 und dessen Außenbereich
als Staub-Ex-Zone 21 festgelegt wurde.
Bei Einbau in eine Zonentrennwand sind
mit dieser Zulassung Mischungen möglich,
wie z. B. Sensorelement in Gas-Ex-Atmosphäre, Sensorgehäuse mit Elektronik in
Staub-Ex-Atmosphäre. Ein Betriebsmittel
mit Zulassung II 1/2 GD darf also bei-
Grundsätzlich ist immer eine eindeutige
Zonenzuordnung durch den Betreiber
erforderlich. Danach richten sich die
erforderlichen Kategorien von Betriebsmitteln. Die Explosionsschutzregeln BGR 104
(Deutschland) sagen hierzu in Abschnitt
Ein Einsatz in gemischten explosionsfähigen Atmosphären (Gas-Ex + Staub-Ex
= hybrides Gemisch) ist jedoch mit dieser
Zulassung nicht möglich.
E 2.1 aus: „Bestehen bei der Einteilung in
Zonen Zweifel, muss sich in dem gesamten
explosionsgefährdeten Bereich der Umfang
der Schutzmaßnahmen nach der jeweils
höchstmöglichen Wahrscheinlichkeit des
Auftretens gefährlicher explosionsfähiger
Atmosphäre richten. Aus diesem Grunde
ist in den Fällen, in denen Stäube mit
Gasen, Dämpfen oder Nebeln gemeinsam
gefährliche explosionsfähige Atmosphäre
bilden können (hybride Gemische), die
Einteilung des explosionsgefährdeten
Bereiches sowohl nach den Zonen 0, 1 und
2 als auch nach den Zonen 20, 21 und 22
in Erwägung zu ziehen.“
27
15 Dokumentation für Hersteller und Betreiber
Ein Hersteller darf Geräte und Schutzsysteme zur Verwendung in explosionsgefährdeten Bereichen nur dann in Verkehr
bringen, wenn sie einem der von der
Richtlinie 94/9/EG (ATEX 95) geforderten
Konformitätsbewertungsverfahren unterzogen wurden.
15.1 EG-Baumusterprüfbescheinigung
und Zertifizierung
Für Geräte der Kategorien 1 und M1 ist
eine EG-Baumusterprüfung und Zertifizierung durch eine benannte Prüfstelle
(Notified Body) durchzuführen. Gleiches
gilt für elektrische Betriebsmittel und Verbrennungsmotoren der Kategorien 2 und
M2. Für sonstige nichtelektrische Betriebsmittel dieser Kategorien und für Betriebsmittel der Kategorie 3 kann der Hersteller
die Konformität mit den Anforderungen
der Richtlinie in Eigenverantwortung
feststellen und dokumentieren.
Für Geräte der Kategorie 3 (geeignet für
Zone 2) ist nach ATEX-Richtlinie keine
EG-Baumusterprüfbescheinigung vorgesehen und die Ausstellung auch nicht
zulässig. Stattdessen stellt der Hersteller
eine EG-Konformitätserklärung aus, in der
er die Einhaltung der ATEX-Richtlinie und
der für diese Geräte geltenden harmonisierten Normen bestätigt.
Die folgende Grafik stellt die Konformitätsbewertungsverfahren für die Gerätegruppe II
in Abhängigkeit von der Gerätekategorie
dar.
Geräte der Gruppe II mit potenzieller Zündquelle
Kategorie 1
Kategorie 2
ja
elektrisches
Gerät?
ja
Kategorie 3
nein
Motor mit
innerer Verbrennung?
nein
EG-Baumusterprüfbescheinigung
Techn. Dokumentation
an benannte Stelle
übermitteln
Dokumentation
bei Hersteller
interne Fertigungskontrolle
Grundlegende Sicherheits- und Gesundheitsanforderungen
Ein nachgestelltes „X“ in der Nummer
der EG-Baumusterprüfbescheinigung
ist die Kennzeichnung für „Besondere
Bedingungen zum sicheren Betrieb“. Ein
nachgestelltes „U“ kennzeichnet eine
Teilbescheinigung für Produkte, die nicht
selbstständig, sondern nur als sicherheitsrelevantes Teil von Ex-Geräten eingesetzt
werden.
28
Die EG-Baumusterprüfbescheinigungen
von benannten Stellen werden von allen
EU-Mitgliedstaaten gegenseitig anerkannt.
15 Dokumentation für Hersteller und Betreiber
15.2 EG-Konformitätserklärung
Geräte und Systeme dürfen nur in Verkehr
gebracht werden, wenn sie mit dem CEZeichen gekennzeichnet sind und eine
Bedienungsanleitung und eine Konformitätserklärung des Herstellers beigefügt
sind. Die CE-Kennzeichnung sowie die
schriftliche EG-Konformitätserklärung
bestätigen die Übereinstimmung des
Produktes mit allen zutreffenden europäischen Vorschriften und dem Bewertungsverfahren, die in den EG-Richtlinien
festgelegt sind.
Der Hersteller ist verpflichtet, jedes
elektrische Betriebsmittel so zu fertigen,
dass es den Prüfungsunterlagen und
Prüfmustern entspricht. Schließlich ist er
auch verpflichtet, jedes gefertigte Stück
eines explosionsgeschützten elektrischen
Betriebsmittels einer Stückprüfung zu unterziehen und nach bestandener Stückprüfung entsprechend zu kennzeichnen.
Hinweis: Bei Endress+Hauser Geräten ist
die EG-Konformitätserklärung in der ExBedienungsanleitung enthalten.
15.3 Ex-Bedienungsanleitung (Sicherheitshinweise)
Richtlinie 94/9/EG (ATEX 95), Anhang II,
Abschnitt 1.0.6 a): Zu jedem Gerät oder
Schutzsystem muss eine Betriebsanleitung
vorhanden sein, die folgende Mindestangaben enthält:
• gleiche Angaben wie bei der Kennzeichnung für Geräte oder Schutzsysteme mit
Ausnahme der Seriennummer und gegebenenfalls wartungsrelevante Hinweise;
• Angaben zur oder zum sicheren Inbetriebnahme, Verwendung, Montage und
Demontage, Instandhaltung (Wartung
und Störungsbeseitigung), Installation,
Rüsten;
• erforderlichenfalls die Markierung von
gefährdeten Bereichen vor Druckentlastungseinrichtungen;
• erforderlichenfalls Angaben zur Einarbeitung;
• Angaben, die zweifelsfrei die Entscheidung ermöglichen, ob die Verwendung
eines Geräts (entsprechend seiner ausgewiesenen Kategorie) oder eines Schutzsystems in dem vorgesehenen Bereich
unter den zu erwartenden Bedingungen
gefahrlos möglich ist;
• elektrische Kenngrößen und Drücke,
höchste Oberflächentemperaturen sowie
andere Grenzwerte;
• erforderlichenfalls besondere Bedingungen für die Verwendung, einschließlich der Hinweise auf sachwidrige
Verwendung, die erfahrungsgemäß
vorkommen kann;
• erforderlichenfalls die wesentlichen
Merkmale der Werkzeuge, die an dem
Gerät oder Schutzsystem angebracht
werden können.
Richtlinie 94/9/EG (ATEX 95), Anhang II, Abschnitt 1.0.6 c): Die Betriebsanleitung
beinhaltet die für die Inbetriebnahme, Wartung, Inspektion, Überprüfung der Funktionsfähigkeit und gegebenenfalls Reparatur des Geräts oder Schutzsystems notwendigen
Pläne und Schemata sowie alle zweckdienlichen Angaben insbesondere im Hinblick auf
die Sicherheit.
29
16 Kennzeichnung nach ATEX
16.1 Inhalte der ATEX-Kennzeichnung
Zusätzlich zu den üblichen Daten (Hersteller, Typ, Seriennummer, elektrische Daten)
sind die den Explosionsschutz betreffenden
Daten in die Kennzeichnung aufzunehmen.
Auf jedem Gerät ist nach ATEX-Richtlinie
94/9/EG eine Kennzeichnung gemäß
den Mindestangaben nach Anhang II Nr.
1.05 sowie die vorgesehenen Kennzeichnungen der angewandten Norm für die
Zündschutzart deutlich und unauslöschbar
anzubringen. Demnach muss die Kennzeichnung enthalten:
• Name und Anschrift des Herstellers
• CE-Kennzeichen (mind. 5 mm hoch)
und ggf. Kennnummer der benannten
Stelle für die Überwachung der Qualitätssicherung
• Serienbezeichnung und Typ
• Serien-Nr. /Fabrikations-Nr.
• Baujahr
• Explosionsschutzkennzeichen (ExHexagon)
• Gerätegruppe und Kategorie
• Zündschutzart
• Explosionsgruppe
• Temperaturklasse
• ggf. Ergänzungen nach Anwendungsnorm
30
Die CE-Kennzeichnung des Gerätes
bestätigt die Einhaltung aller für das Gerät
geltenden EU-Richtlinien. Beispielsweise muss eine mit CE gekennzeichnete
explosionsgeschützte Leuchte sowohl der
Explosionsschutzrichtlinie als auch der
EMV-Richtlinie entsprechen. Das CEZeichen kann auch mit den Kennnummern
mehrerer benannter Stellen versehen sein
(z. B. für ATEX und Druckgeräterichtlinie).
16 Kennzeichnung nach ATEX
16.2 Kennzeichnung explosionsgeschützter elektrischer Betriebsmittel
Kennzeichnungsmerkmal
Beispiel
Name oder Kennzeichen des Herstellers
Endress+Hauser
Typ-Bezeichnung
Levelflex M
Anschrift
D-79689 Maulburg
CE-Zeichen mit Nummer der überwachenden Stelle
4 0044
Prüfstelle und Zulassungsnummer
KEMA 02 ATEX 11091
Kennzeichnung nach Richtlinie 94/9/EG (ATEX 95)
0 II 1/2 G
Unterscheidungkennzeichen der EU (Ex-Hexagon)
0
Gerätegruppe : I (Schlagwetterschutz),
II (Explosionsschutz übrige Bereiche)
II
Gerätekategorie (bei Gerätegruppe II: 1, 2 oder 3)
1/2
Einsatzbereich in explosionsfähiger Atmosphäre
(G: Gase, Dämpfe, Nebel, D: Stäube)
G
Explosionsschutzkennzeichnung
Ex ia IIC T6
Kennzeichnung nach CENELEC: EEx (bis März 2007, Übergangsfrist) oder Ex (ab
Dezember 2004)
Ex
Zündschutzart(en)
(ia für eigensichere Geräte, [ia] für zugehörige Betriebsmittel, d, e, m, …)
ia
Explosionsgruppe bei Gasen
(Unterteilung IIA, IIB, IIC bei Ex d und Ex i)
IIC
Temperaturklasse bei Gasen (für Gerätegruppe II),
maximale Oberflächentemperatur bei Stäuben
T6
Elektrische Daten bezüglich Explosionsschutz
U, I, P, C, L
Umgebungstemperatur (wenn anders als -20 °C … +40 °C)
-20 °C ≤ Ta ≤ +70°C
Verweis auf zugehörige Ex-Bedienungsanleitung
XA 164F-D
1
ggf. Ergänzungen nach Anwendungsnormen (z. B. „X“ für besondere Installationsbedingungen, „U“ für Ex-Bauteile)
Ex-Hexagon
Zulassungsnummer
Made in Germany
D-79689 Maulburg
LEVELFLEX M
Order Code: FMP40-11K3CRJB21AA
Ser.-No.: 73FFFF01TST
LN= 1200 mm
Adresse des
Hersteller
PN 40 bar
16 … 30 V DC 0,8 W
2-wire
4 ... 20 mA HART
IP68 / NEMA 6P
KEMA 02 ATEX 1109
II 1/2 G
IECEx TUN 04.0010
Zone 0/1
Ex ia IIC T6
Zündschutzart,
Explosionsgruppe,
Temperaturklasse
XA164F-D
0044
Tamb > 70°C
Dat./Insp.: 12/06
CE-Zeichen mit
Nr. der
benannten Stelle
für die QS-Überwachung
Herstellungsjahr
Gruppe und
Kategorie,
Kennzeichnung
G (Gas) oder
D (Staub)
250001855-B
Nr. der
Ex-Bedienungsanleitung
Beispiel für ein Typenschild nach ATEX
31
17 Kennzeichnungsbeispiele für explosionsgeschützte Betriebsmittel
17.1 Kennzeichnungsbeispiele für gasexplosionsgeschützte Betriebsmittel
II 1/2 G Ex ia IIC T6
Betriebsmittel der Gerätegruppe II, das in die Trennwand zwischen Zone 0 und Zone 1 montierbar ist. Zündschutzart Eigensicherheit, Schutzniveau ia (Zweifehlersicherheit), sehr geringe
bereitgestellte Energie (auch im Fehlerfall), maximale Oberflächentemperatur entsprechend
Temperaturklasse T6.
II 2 G Ex d IIC T4
Betriebsmittel der Gerätegruppe II für Zone 1. Zündschutzart druckfeste Kapselung, sehr geringe
bereitgestellte Energie (auch im Fehlerfall), maximale Oberflächentemperatur entsprechend
Temperaturklasse T4.
II 2 (1) G Ex d [ia] IIB T4
Betriebsmittel der Gerätegruppe II einsetzbar in Zone 1 in Zündschutzart druckfeste Kapselung.
Es enthält zusätzlich eigensichere Stromkreise, die in Zone 0 geführt werden dürfen. Bereitgestellte Energie (auch im Fehlerfall) entsprechend Explosionsgruppe IIB, maximale Oberflächentemperatur entsprechend Temperaturklasse T4.
II 3 G Ex nA II T6
Nicht funkendes Betriebsmittel der Gerätegruppe II einsetzbar in Zone 2. Sehr geringe bereitgestellte Energie (auch im Fehlerfall), maximale Oberflächentemperatur entsprechend Temperaturklasse T6.
17.2 Kennzeichnungsbeispiele für staubexplosionsgeschützte Betriebsmittel
II 2 D Ex tD A21 IP 65 T 80 °C
Betriebsmittel einsetzbar in Bereichen mit brennbaren Stäuben (bis Zone 21). Zündschutzart
„Schutz durch Gehäuse“. Nachweis der Staubdichtheit durch Methode A (IP-Schutzart IP 6x).
Bei maximaler Umgebungstemperatur kann die Oberflächentemperatur am Gehäuse maximal
80 °C annehmen.
II 1 D Ex iaD 20 T 96 °C
Betriebsmittel einsetzbar in Bereichen mit brennbaren Stäuben (bis Zone 20). Zündschutzart
„Eigensicherheit“. Bei maximaler Umgebungstemperatur kann die Oberflächentemperatur am
Gehäuse maximal 96 °C annehmen.
II 2 D Ex t IIIC T225 °C Db IP65 Kennzeichnung nach IEC 60079-31:
oder
Betriebsmittel einsetzbar in Bereichen mit brennbaren Stäuben (bis Zone 21). Zündschutzart tD
II 2 D Ex tbD IIIC T225 °C IP65 „Schutz durch Gehäuse“, Geräteschutzniveau (EPL) tbD. Einsetzbar für Stäube der Staubgruppe
IIIC (leitfähige Stäube). Bei maximaler Umgebungstemperatur kann die Oberflächentemperatur
am Gehäuse 225 °C annehmen. Gehäuseschutzart IP65.
17.3 Kennzeichnungsbeispiele für Betriebsmittel mit Kombizulassung GD
II 1/2 GD T 55°C Ex ia IIC T6
Das Betriebsmittel ist für Bereiche mit brennbarem Gas oder brennbarem Staub einsetzbar.
Möglichkeiten für Sensor/Gehäuse: 1G/2G, 1D/2D, 1G/2D oder 1D/2G. Bei maximaler Umgebungstemperatur kann die Oberflächentemperatur am Gehäuse maximal 55 °C annehmen.
Zündschutzart Eigensicherheit, Schutzniveau ia (Zweifehlersicherheit). Sehr geringe bereitgestellte Energie (auch im Fehlerfall), maximale Oberflächentemperatur entsprechend Temperaturklasse T6.
II (1) GD [Ex ia] IIC
Zugehöriges elektrische Betriebsmittel, das nicht im Ex-Bereich einsetzbar ist. Nur ein Teil des
Gerätes erfüllt die Kategorieanforderungen und verfügt über eigensichere Stromkreise, die in die
Zone 0 oder Zone 20 geführt werden dürfen.
32
17 Kennzeichnungsbeispiele für explosionsgeschützte Betriebsmittel
17.4 Kennzeichnungsbeispiele für nicht-elektrische Betriebsmittel
II 1 G c/k T4
Beispiel für ein nicht-elektrisches Gerät der Gruppe II: Das Gerät ist für den Dauereinsatz in explosionsfähigen Atmosphären aus Gas geeignet, weil es zwei unabhängige Zündschutzarten besitzt,
von denen eine selbst im Falle von selten auftretenden Störungen wirksam bleibt. Die beiden
Zündschutzarten sind konstruktive Sicherheit „c“ mit einer maximalen Oberflächentemperatur
von 135 °C (T4) und Flüssigkeitskapselung „k“. Anmerkung: Zu beachten ist der Schrägstrich „/“
zwischen den beiden unabhängigen Zündschutzarten.
II 2 G c k T4
Beispiel für ein Gerät der Gruppe II, Gerätekategorie 2: Dieses Gerät ist für die Verwendung in
explosionsfähigen Atmosphären aus Gas geeignet und verwendet zwei Zündschutzarten an unterschiedlichen Teilen des Gerätes.
II 2 G d IIB T4
Beispiel für ein Gerät der Gruppe II, Gerätekategorie 2 mit druckfester Kapselung für explosionsgefährdete Bereiche, für Gase der Gruppe IIB, mit einer maximalen Oberflächentemperaturklasse T4.
II 3 G T4
Beispiel für ein Gerät der Gruppe II, Gerätekategorie 3, für explosionsfähige Gasatmosphären, mit
einer maximalen Oberflächentemperaturklasse T4, ohne jede Zündschutzart.
II 2 D c 110 °C
Beispiel für ein Gerät der Gruppe II, Gerätekategorie 2 für explosionsfähige Staubatmosphären mit
Zündschutzart „konstruktive Sicherheit“ und einer maximalen Oberflächentemperatur von 110 °C.
II 2 GD c 230 °C
Beispiel für die Kennzeichnung für Gas- und Staubatmosphären
II 2 G d T3 / 1 G c T2
Beispiel für die Kennzeichnung eines Gerätes mit zwei Kategorien für z. B. unterschiedliche Teile
des Gerätes
17.5 X-Kennzeichnung
Das Symbol „X“ wird als Ergänzung hinter
der Bescheinigungsnummer benutzt, um
auf besondere Installationsbedingungen
für die sichere Anwendung explosionsgeschützter Betriebsmittel hinzuweisen.
Beispiel: PTB 98 ATEX 2215 X
Die Ex-Bedienungsanleitung muss in diesem Fall genügend Information enthalten,
damit der Anwender die Eignung des
Betriebsmittels für seine spezielle Anwendung beurteilen kann.
Anmerkung: In einigen Normen zum
Explosionsschutz wird für bestimmte
Sicherheitseigenschaften ein „X“ hinter der
Nummer der EG-Baumusterprüfbescheinigung gefordert, obwohl andere Sicherheitseigenschaften, für die kein „X“ gefordert
ist, nicht weniger wichtig sind.
Auswahl einiger Kriterien für die Vergabe eines „X“:
• Elektrostatische Aufladung der Isolation ist zu vermeiden (Zone 0)
• Elektrostatische Aufladung des Gehäuses ist zu vermeiden (Zone 1)
• Beständigkeit der mediumsberührenden Dichtungen ist sicherzustellen
• Beständigkeit der verwendeten Werkstoffe ist sicherzustellen (z. B. Kunststoffe)
• Schlag- und Reibfunken vermeiden
• Umgebungstemperaturbereich beachten
33
18 Installationsbeispiele
Die Abbildung unten zeigt am Beispiel „Lagerung brennbarer Flüssigkeiten“ eine
mögliche Zoneneinteilung und die sich hieraus ergebende Auswahl elektrischer
Betriebsmittel (hier in Zündschutzart Eigensicherheit).
Nicht-ExBereich
Ex-Bereich
Zone 1
II (1) G [Ex ia] IIC
Zugehöriges
Betriebsmittel
(enthält eigensicheren
Stromkreis)
II 2 G Ex ia IIC T6
Lagerung
brennbarer
Flüssigkeiten
Prozessanschluss
als 1/2 G
Schnittstelle
Installationsbeispiele für elektrische Betriebsmittel in Zündschutzart „Eigensicherheit“
34
Zone 2
18 Installationsbeispiele
Beispiele für die Zoneneinteilung
Zone 0
Zur Zone 0 gehören hauptsächlich die
Bereiche innerhalb geschlossener Behälter,
Rohrleitungen und Apparaturen, in denen
sich brennbare Flüssigkeiten befinden. Der
explosionsgefährdete Bereich liegt dabei
oberhalb des Flüssigkeitsspiegels, nicht innerhalb der Flüssigkeit. Die meisten Gase
brennbarer Flüssigkeiten sind schwerer als
Luft und breiten sich ähnlich wie Flüssigkeiten aus. Vertiefungen wie Gruben oder
ein Pumpensumpf können diese explosionsfähigen Gase über längere Zeiträume
beherbergen, so dass auch hier mit einer
Zone 0 gerechnet werden muss.
Zone 1
In Zone 1 werden brennbare oder explosionsfähige Stoffe hergestellt, verarbeitet
oder gelagert. Dazu zählen die Umgebung
von Beschickungsöffnungen und der
nähere Bereich von Füll- und Entleerungseinrichtungen, der nähere Bereich um
zerbrechliche Apparaturen, Leitungen
und um nicht ausreichend dichtende
Stopfbuchsen an Pumpen und Schiebern.
Es ist wahrscheinlich, dass während
des normalen Betriebes eine zündfähige
Konzentration auftritt. Zündquellen, die
bei normalem, störungsfreiem Betrieb
auftreten und solche, die üblicherweise
bei Betriebsstörungen auftreten, müssen
explosionssicher ausgeführt sein.
Zone 2
Zur Zone 2 zählen weitere Bereiche um
die Zonen 0 und 1, sowie Bereiche um
Flanschverbindungen bei Rohrleitungen in
geschlossenen Räumen. Außerdem kommen die Bereiche in Frage, in denen durch
natürliche oder technische Lüftung die
untere Explosionsgrenze nur in Ausnahmefällen erreicht wird, wie in der
Umgebung von Anlagen im Freien. In
Zone 2 werden brennbare oder explosionsfähige Stoffe hergestellt oder gelagert. Die
Wahrscheinlichkeit, dass eine zündfähige
Konzentration auftritt, ist selten und dann
auch nur für kurze Zeit gegeben.
Zone 20
Zone 20 ist im Allgemeinen nur im
Inneren von Behältern, Rohrleitungen,
Apparaturen usw. festzulegen. Typische
Beispiele sind Fülltrichter, Silos, Zyklone
(Fliehkraftabscheider) und Filter, Staubtransportsysteme, Mischer, Mühlen,
Trockner, Absackeinrichtungen.
Zone 21
In Zone 21 werden unter Anderem folgende Bereiche eingeteilt: Bereiche in der
unmittelbaren Umgebung von Staubentnahme- und Füllstationen, Innenbereich
inertisierter Apparaturen und Anlagen,
sowie Bereiche, in denen Staubablagerungen auftreten und die bei Normalbetrieb
eine explosionsfähige Konzentration von
brennbarem Staub im Gemisch mit Luft
bilden können.
Zone 22
In Zone 22 können unter Anderem Bereiche eingeteilt werden in der Umgebung
von Staub enthaltenden Anlagen, wenn
Staub aus Undichtheiten austreten kann
und sich Staubablagerungen in gefahrdrohender Menge bilden können.
35
19 Neue IEC-Normung zum Explosionsschutz und
die Auswirkungen auf die „ATEX-Welt“
Die umfassende Umgestaltung der Grundnorm zum Explosionsschutz IEC 60079-0
ist in vollem Gange. Sie soll künftig für
alle explosionsgeschützten Betriebsmittel
(Gasexplosionsschutz, Staubexplosionsschutz, Bergbau, alle Zonen) gelten und
beinhaltet die weitestgehende Vereinheitlichung von allgemeingültigen Festlegungen
(z. B. Anforderungen an Gehäuse).
Bereits im Titel der neuen Normenausgabe wird der erweiterte Geltungsbereich
ersichtlich. Aus dem alten Titel: „Electrical Apparatus for explosive atmospheres“
verschwand das Wort „Gas“, was auf den
allgemeinen Geltungsbereich, der jetzt
auch den Staubexplosionsschutz umfasst,
hinweist. Mit dieser Normenausgabe soll
die über die Jahre entstandene Uneinheitlichkeit der Begriffswelt des Explosionsschutzes elektrischer Betriebsmittel
beseitigt werden.
Neu in die Begriffsdefinitionen aufgenommen wurden die Beschreibungen der
Equipment Protection Levels (EPL).
Die Einführung der Equipment Protection
Levels (deutsch: Geräteschutzniveaus)
ist angelehnt an die in den ATEX-Richtlinien definierten Gerätekategorien 1, 2
und 3 als Gegenstück zu den drei Zonen.
Unter einem EPL wird das Schutzniveau
eines Gerätes verstanden, das von dem
festgestellten Risiko der Bildung von
Zündquellen und den unterschiedlichen
Bedingungen unter explosionsfähigen Gasund Staubatmosphären über Tage sowie in
untertägigen Bergwerken abhängt.
Gegenüberstellung Kategorien nach ATEX und EPL nach IEC 60079-0
Explosionsgefährdeter Bereich
Gerätegruppe/Kategorie nach
Richtlinie 94/9/EG (ATEX 95)
Gerätegruppe und EPL nach
IEC 60079-0
Zone 0
II 1 G
II Ga
Zone 1
II 2 G
II Gb
Zone 2
II 3 G
II Gc
Zone 20
II 1 D
III Da
Zone 21
II 2 D
III Db
Zone 22
II 3 D
III Dc
Bergbau (sehr hohe Sicherheit)
IM1
I Ma
Bergbau (hohe Sicherheit)
IM2
I Mb
36
19 Neue IEC-Normung zum Explosionsschutz und
die Auswirkungen auf die „ATEX-Welt“
Alle allgemeingültigen, d. h. nicht zündschutzartspezifischen Anforderungen des
Staubexplosionsschutzes aus IEC 61241-0
wurden in die neue Ausgabe der Norm
IEC 60079-0 aufgenommen. Die bisherige
Einteilung in die Gruppen I: Elektrische
Betriebsmittel für schlagwettergefährdete
Grubenbaue und Gruppe II: Elektrische
Betriebsmittel für alle explosionsgefährdeten Bereiche außer schlagwettergefährdeten Grubenbauen wurde verändert
(Gruppe II nur noch Gasexplosionsschutz)
und ergänzt (neue Gruppe III für Staubexplosionsschutz).
Gruppeneinteilung nach IEC 60079-0 (Gruppe II geändert, Gruppe III neu)
• Gruppe I: Elektrische Betriebsmittel für grubengasgefährdete Bereiche
• Gruppe II: Elektrische Betriebsmittel für andere durch Gase explosionsgefährdete
Bereiche
• Gruppe III: Elektrische Betriebsmittel für andere durch Stäube explosionsgefährdete
Bereiche (IIIA: Flusen, IIIB: Nicht-leitfähiger Staub, IIIC: Leitfähiger Staub)
Weitere umfassende Änderungen betreffen die Kennzeichnung: In der folgenden Tabelle
sind einige Kennzeichnungsbeispiele für explosionsgeschützte Betriebsmittel angegeben.
Hier sind sowohl die Kennzeichnungsanforderungen nach ATEX-Richtlinie 94/9/EG als
auch nach IEC 60079 (Equipment Protection Levels – EPL) berücksichtigt.
Kennzeichnungsbeispiele ATEX + IEC
II 2 G Ex d [ib] IIC T4 Gb
Gerät für Zone 1 mit Ausgang Ex ib
II 2 (1) G Ex d [ia Ga] IIC T4 Gb
Gerät für Zone 1 mit Ausgang Ex ia
II (1) G [Ex ia Ga] IIC
Zugehöriges Betriebsmittel
II 1 D Ex maD 20 IIIC T120°C Da
Gerät für Zone 20
II 1/2 G Ex ia/d IIC T6 Ga/Gb
Gerät für Trennwand Zone 0/Zone 1
I M2 Ex e mb I Mb
Gerät für Steinkohlebergbau
37
38
20 Richtlinien, Regelwerke und Literatur zum Explosionsschutz
Richtlinien 94/9/EG (ATEX 95) und 1999/92/EG (ATEX 137):
• Richtlinie 94/9/EG des Europäischen Parlaments und des Rates vom 23. März
1994 zur Angleichung der Rechtsvorschriften der Mitgliedstaaten für Geräte
und Schutzsysteme zur bestimmungsgemäßen Verwendung in explosionsgefährdeten Bereichen
• Richtlinie 1999/92/EG des Europäischen Parlaments und des Rates vom 16.
Dezember 1999 über Mindestvorschriften zur Verbesserung des Gesundheitsschutzes und der Sicherheit der Arbeitnehmer, die durch explosionsfähige
Atmosphären gefährdet werden können
Leitlinien zu ATEX 95, Leitfaden zu ATEX 137:
• Leitlinien zur Anwendung der Richtlinie 94/9/EG des Rates vom 23. März
1994 zur Angleichung der Rechtsvorschriften der Mitgliedstaaten für Geräte
und Schutzsystemen zur bestimmungsgemäßen Verwendung in explosionsgefährdeten Bereichen
• Nicht verbindlicher Leitfaden für bewährte Verfahren im Hinblick auf die
Durchführung der Richtlinie 1999/92/EG über Mindestvorschriften zur Verbesserung des Gesundheitsschutzes und der Sicherheit der Arbeitnehmer, die
durch explosionsfähige Atmosphären gefährdet werden können
Berufsgenossenschaftliche Regeln (Deutschland):
• BGR 104: Explosionsschutz-Regeln – Regeln für das Vermeiden der Gefahren
durch explosionsfähige Atmosphäre mit Beispielsammlung (wird ständig aktualisiert), Herausgeber: Fachverband der gewerblichen Berufsgenossenschaften,
Fachausschuss „Chemie“ der BGZ
• BGR 132: Vermeidung von Zündgefahren infolge elektrostatischer Aufladungen,
Herausgeber: Fachverband der gewerblichen Berufsgenossenschaften, Fachausschuss „Chemie“ der BGZ
Als Grundlagenwerke für Theorie und Praxis des Explosionsschutzes können
beispielsweise empfohlen werden:
• Dyrba, Dr. Berthold: „Lexikon Explosionsschutz“, 2005
• Pester, Johannes: „Explosionsschutz elektrischer Anlagen – Fragen und Antworten“, 2. aktualisierte und erweiterte Auflage 2005
• Dyrba, Dr. Berthold: „Kompendium Explosionsschutz – Sammlung der relevanten Vorschriften zum Explosionsschutz mit 130 Fragen und Antworten für
die Praxis“, 2005
• Lüttgens, Günter u. a: „Statische Elektrizität – begreifen – beherrschen – anwenden“, 5. neu bearbeitete Auflage 2005
• Steen, Henrikus: „Handbuch des Explosionsschutzes“, 2000
39
12.06/SC-D
Deutschland
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Grundlagen und Begriffe

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