und C - Hima

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und C - Hima

TÜV SÜD
Höchster Sicherheit 2015
Zündschutzart „i“ – neue Anforderungen?
Eigensicherheit.pptx
06. Oktober 2015
www.pepperl-fuchs.com
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Themenübersicht
1. Schutzniveaus und Zonen
ia, ib, ic vs. Zone 0, 1 und 2
2. Nachweis der Eigensicherheit
Gemischte Stromkreise, 50 %-Regel, Stand der Technik
3. Installation
Klemmenkästen
4. Anhang
Weiterführende Information
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TÜV SÜD
1. Schutzniveaus und Zonen
ia, ib, ic vs. Zone 0, 1 und 2
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Schutzniveau ia und ib
Pepperl+Fuchs
Klassische Zuordnung von Zone zu Schutzniveau:
„ia“ ist geeignet für Zone 0
„ib“ ist geeignet für Zone 1
„ic“ ist geeignet für Zone 2
?
t Bezog sich bisher nur auf die Eigenschaften des Stromkreises!
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Zugehörige Betriebsmittel: Nicht-Ex-Bereich
Rechtliche Kennzeichnung nach
Richtlinie 94/9/EG
II (1) G
Technische Kennzeichnung nach
Normen IEC/EN 60079-0 bzw. -11
[ EEx ia ]
II (1) G
IIC
[ Ex ia Ga ] IIC
[ ]: zugehöriges Betriebsmittel
Explosionsgeschützt
Zündschutzart ia (geeignet für Zone 0)
Geräteschutzniveau (geeignet für Zone 0)
Gerätegruppe (über Tage, geeignet für
Gase/Dämpfe mit geringster Zündenergie)
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Eigensichere Betriebsmittel: Ex-Bereich
Rechtliche Kennzeichnung nach
Richtlinie 94/9/EG
II 1 G
Technische Kennzeichnung nach
Normen IEC/EN 60079-0 bzw. -11
EEx ia
IIC T6
II 1 G
Ex
ia
IIC T6 Ga
II 2 G
Ex
ia
IIC T6 Gb
Explosionsgeschützt
Zündschutzart ia (Stromkreis: elektr. Funken)
Gerätegruppe (über Tage, Gas)
Temperaturklasse
Geräteschutzniveau (???)
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Elektrostatik: Gas-Ex-Bereiche (Gruppe II)
Pepperl+Fuchs
Anforderungen für Gas-Ex-Bereiche (Gruppe II):
Nichtmetallische Teile sind so auszulegen, daß gefährliche Aufladung vermieden wird
(Betrieb, Wartung, Reinigung)
t Werkstoffauswahl
t Begrenzung von Oberfläche, Durchmesser oder Schichtdicke isolierender Materialien
t Warnhinweis
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Elektrostatik: Gruppe II
Oberflächenbereich [mm2]
EPL
Gruppe IIA
Gruppe IIB
Gruppe IIC
Ga
5.000
2.500
400
Gb
10.000
10.000
2.000
Gc
10.000
10.000
2.000
Begrenzung der Oberflächen nichtmetallischer Schichten:
Der Stromkreis „ia“ ist 2-Fehler-sicher für den Einsatz in Zone 0, die isolierende
Oberfläche des Gehäuses könnte jedoch zu den zulässigen Grenzwert überschreiten…
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TÜV SÜD
2. Nachweis der Eigensicherheit
Gemischte Stromkreise, 50 %-Regel, Stand der Technik
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Nachweis der Eigensicherheit
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Wesentlichen Aspekte beim Nachweis der Eigensicherheit:
Sind zündfähige Funken zuverlässig vermieden?
Sind unzulässig heiße Oberflächen zuverlässig vermieden?
t Nachweis der Eigensicherheit der Zusammenschaltung erfolgt meist rechnerisch
t Verantwortlich für die Erstellung ist der Planer des Systems
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Erforderliche Dokumentation
Folgende Informationen müssen mindestens vorliegen:
Anlage
t Vorliegende Zone, Temperaturklasse bzw. Zündtemperatur(en) sowie Gruppe
t Umgebungstemperatur, ggf. sonstige Umwelteinflüsse
Zugehöriges Betriebsmittel
t Hersteller, Typenbezeichnung, Artikel- oder Bestellnummer
t Betriebsanleitung, ggf. Bescheinigung und Nachtrag mit Werten Uo, Io, Po, Lo und Co
t Sicherheitstechnische Maximalspannung Um
Eigensicheres Betriebsmittel
t Hersteller, Typenbezeichnung, Artikel- oder Bestellnummer
t Betriebsanleitung, ggf. Bescheinigung und Nachtrag Werten Ui, Ii, Pi, Li und Ci
Leitung
t Induktivitäts- und Kapazitätsbelag, Länge
t Isolationsfestigkeit, Adernquerschnitte
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Grundverfahren: Vergleich von U, I, P, L, C
Zugehöriges
Betriebsmittel
Leitung
Eigensicheres
Betriebsmittel
Uo
≤
Ui
Io
≤
Ii
Po
≤
Pi
Lo
≥
Lc
+
Li
Co
≥
Cc
+
Ci
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Fragen zum Nachweis der Eigensicherheit
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Die wichtigsten Fragen zum Nachweis der Eigensicherheit sind:
Wurde der Nachweis jemals erbracht?
Falls ja: wurde er nach dem Stand der Technik erbracht?
Ist eine entsprechende Dokumentation vorhanden?
t Unterschied zwischen „anerkannte Regel der Technik“ (z.B. IEC/EN/DIN-Normen)
und „Stand der Technik“ (z.B. PTB-Berichte) beachten!
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Herkunft der Werte Lo und Co
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Wichtige Fragestellung beim Nachweis der Eigensicherheit:
Woher stammen die Angaben Lo und Co?
Sind beide Grenzwerte tatsächlich gleichzeitig ausnutzbar?
t Grenzen der Anwendbarkeit der Zündgrenzkurven nach EN 60079-11 beachten!
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Kapazitive Zündgrenzkurve: U und C
Kapazität C
Ri
Funkenprüfgerät
Uo
Quelle
Kapazität
Gegenüberstellung von U und C führt zur kapazitiven
Zündgrenzkurve (schematische Darstellung):
Spannung U
Gruppe IIA
Gruppe IIB
Gruppe IIC
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Induktive Zündgrenzkurve: I und L
Induktivität L
Ri
Funkenprüfgerät
Uo
Quelle
Induktivität
Gegenüberstellung von I und L führt zur induktiven
Zündgrenzkurve (schematische Darstellung):
Strom I
Gruppe IIA
Gruppe IIB
Gruppe IIC
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Kennlinien zugehöriger Betriebsmittel
Lineare Kennlinie

Uo
Po = ¼ Uo Io
t Zündgrenzkurven der EN 60079-11 sind anwendbar
Io
Trapezförmige Kennlinie

Uo
In der Regel gilt: ¼ Uo Io < Po < Uo Io
t Zündgrenzkurven der EN 60079-11 sind nicht anwendbar
t Ermittlung von Lo und Co experimentell, mit ThEx-10 bzw.
EN 60079-25 Anhang C oder Software „ispark“ (PTB)
Rechteckförmige Kennlinie

Io
Uo
Po = Uo Io
t Zündgrenzkurven der EN 60079-11 sind nicht anwendbar
t Ermittlung von Lo und Co experimentell, mit ThEx-10 bzw.
EN 60079-25 Anhang C oder Software „ispark“ (PTB)
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Io
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Anwendbarkeit der Zündgrenzkurven
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Aufgrund der Ermittlung der Kurven sind diese nur eingeschränkt anwendbar:
Die Zündgrenzkurven gelten nur für lineare Quellen
Die Grenzwerte Lo und Co wurden im Experiment getrennt ermittelt
t wie ist bei gemischter Beschaltung zu verfahren, d.h. bei gleichzeitigem Anschluß von
Induktivität und Kapazität in einem realen Stromkreis?
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Beispiel: einfacher Stromkreis
Zugehöriges
Betriebsmittel
Uo
=
Io
=
Po
25,5 V
Leitung
ℓ
=
117 mA
L'
=
=
746 mW
C'
=
Lo
=
2,6 mH
Lc
Co
=
104 nF
Cc
200 m
Eigensicheres
Betriebsmittel
Ui
=
26 V
Ii
=
120 mA
200 nF/km
Pi
=
800 mW
=
0,2 mH
Li
=
0,9 mH
=
40 nF
Ci
=
60 nF
1 mH/km
Ergebnis: der Stromkreis ist eigensicher…?!?
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Beispiel: Aufzug
Pepperl+Fuchs
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Installationsnorm IEC/EN 60079-14
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Hinweise auf die Problematik gemischter Stromkreise in der Installationsnorm:
Anschluß von entweder nur Li oder nur Ci ist zulässig
Anschluß reiner Leitungsreaktanzen Lc und Cc ist unkritisch
Im Falle gemischter Beschaltung Anwendung des PTB-Berichtes ThEx-10
t Früher enthielt nur das nationale Vorwort der DIN EN 60079-14 (VDE 0165-1),
Ausgabe 1998 bzw. 2004, einen entsprechenden Hinweis
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Graphisches Verfahren ThEx-10
Vorgehensweise bei der Ermittlung von Lo und Co:
Erfordert Kenntnis der Kennlinienform des
zugehörigen Betriebsmittels
Erfordert u.U. die Anwendung unterschiedlicher
Diagramme bis zur gelungenen Ermittlung von
Lo und Co
Problem insbesondere bei wenig Übung:
Schwierig anzuwenden
Zeitaufwendig
Nicht automatisierbar
DIN EN 60079-25 (VDE 0170-10-1)
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IEC 60079-14, Edition 4.0, 2007
istockphoto
IEC 60079-14, Edition 4.0, 2007 enthält ein alternatives Verfahren zum ThEx-10:
Anwendung der „50 %-Regel“ zur rechnerischen Ermittlung reduzierter Werte
Aktuell im Abschnitt 16 der Norm (zusätzliche Anforderungen „i“) beschrieben
Seit 2008/2009 in allen nationalen Ausgaben (DIN, ÖVE/ÖNORM, SN etc.) enthalten
t Wurden frühere Berechnungen diesbezüglich überprüft?
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Ablaufdiagramm 50 %-Regel
IEC/EN 60079-14
IEC/EN 60079-25
50 % der
Werte Lo und
Co anwendbar
START
ja
Uo, Io, Po,
Lo, Co
ermitteln
Kennlinie
linear?
ja
Σ Li >
1% Lo?
ja
Σ Ci >
1% Co?
IIC?
ja
nein
nein
Volle Werte Lo und Co anwendbar
nein
nein
Begrenzung
von Co auf
600 nF
Begrenzung
von Co auf
1 µF
Vorsicht: Hinweis auf (sinnvolle) Anwendung der 50 %-Regel nur im Falle linearer
Quellen fehlt in der aktuellen Ausgabe der DIN EN 60079-14 (VDE-0165-1):2014-10!
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Beispiel: Li und Ci mit Reduzierung
Zugehöriges
Betriebsmittel
Leitung
Eigensicheres
Betriebsmittel
Uo
=
28 V
ℓ
=
? m
Ui
=
30 V
Io
=
120 mA
L'
=
1 mH/km
Ii
=
150 mA
Po
=
840 mW
C'
=
200 nF/km
Pi
=
1000 mW
Lo
=
2,4 mH
Lc
=
? mH
Li
=
0,5 mH
Co
=
83 nF
Cc
=
? nF
Ci
=
30 nF
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Beispiel: Li und Ci mit Reduzierung
0,024 mH
0,5 mH
L‘ = 1 mH/km
2,4 mH
30 nF
C‘ = 200 nF/km
83 nF
0,83 nF
Berechnung der maximal zulässigen Leitungslänge:
Sowohl Li als auch Ci sind größer als 1 % von Lo bzw. Co
t Reduzierung von Lo und Co auf jeweils 50 % der Ausgangswerte erforderlich
ℓinduktiv = (1,2 mH - 0,5 mH) ÷ 1 mH/km = 700 m
ℓkapazitiv = (41,5 nF - 30 nF) ÷ 200 nF/km = 57,5 m
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Beispiel: 2 Quellen im Stromkreis
Zugehöriges
Betriebsmittel 1
Leitung
Uo
=
3,5 V
ℓ
=
Io
=
74 mA
L'
=
Po
=
64 mW
C'
=
Lo
=
6,4 mH
Lc
Co
=
100 µF
Cc
200 m
Zugehöriges
Betriebsmittel 2
Uo =
14 V
Io
=
70 mA
200 nF/km
Po =
300 mW
=
0,2 mH
Lo
=
40 nF
Co =
1 mH/km
06. Oktober 2015
=
2 mH
0,43 µF
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Problematik der Zusammenschaltung
Pepperl+Fuchs
Auswirkungen mehrerer zugehöriger Betriebsmittel auf die Funkenzündung:
Spannungs- bzw. Stromaddition kann zu Funken höherer Energie führen
t Aufgrund jetzt höherer Uo bzw. Io müssen neue Lo- und Co-Werte ermittelt werden
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Zitat: Eigensicherheit „ib“
zugehörigen Betriebsmittel dem Schutzniveau „ia“ entsprechen.
Begriff
„Das Schutzniveau muß als „ib“ betrachtet werden, selbst wenn alle
ANMERKUNG: Diese Reduzierung trägt der Tatsache Rechnung, daß die
erfolgt.“
Zitat
Beurteilung ohne jede experimentelle Prüfung, nur durch Berechnung
EN 60079-14:2008; Anhang A.2
Literatur
06. Oktober 2015
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Hinweis auf Bewertungsverfahren
IEC/EN 60079-14 (12.2.5.3) + Anhang A und B
t anwendbar für lineare Quellen
t konservative Betrachtung der Strom- bzw. Spannungsaddition, d.h.
Verdrahtungsfehler i.d.R. unkritisch
IEC/EN 60079-25 (11) + Anhang B
t anwendbar für lineare Quellen
t schaltungstechnisch „richtige“ Betrachtung der Strom- bzw. Spannungsaddition, d.h.
erfordert gesicherte Verdrahtung der einzelnen Quellen
IEC/EN 60079-25, Anhang C
t anwendbar bei nicht-linearen Quellen
t berücksichtigt konzentrierte (diskrete) Li und Ci
PTB-Software ispark
t wie IEC/EN 60079-25, Anhang C, jedoch mit kontinuierlichen Li-Werten
t erweiterte Möglichkeiten bei der Berücksichtigung der Leitung
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TÜV SÜD
3. Installation
Klemmenkästen
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Neu: DIN EN 60079-14 (VDE 1065-1):2014-10
Pepperl+Fuchs
Zusatzanforderungen an Verteiler mit mehr als einem Ex-i-Kreis:
Schlagfestigkeit, Lichtbeständigkeit, Leichtmetalle, Elektrostatik etc. sind zu prüfen
t Zu erfüllen z.B. durch Einsatz zertifizierter Ex-e-Klemmenkästen
t Alternativ: der Ex-i-Nachweis belegt, daß auch die Zusammenschaltung der
Stromkreise noch eigensicher ist
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TÜV SÜD
4. Anhang
Weiterführende Information
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Weitere Informationen
t Explosionsgefährdete Bereiche - Teil 11: Geräteschutz durch Eigensicherheit
Begriff
DIN EN 60079-11 (VDE 0170-7):2012-06
"i“
DIN EN 60079-14 (VDE 0165-1):2014-10
Errichtung elektrischer Anlagen
Zitat
t Explosionsfähige Atmosphäre - Teil 14: Projektierung, Auswahl und
DIN EN 60079-25 (VDE 0170-10-1):2011-06
t Explosionsfähige Atmosphäre - Teil 25: Eigensichere Systeme
VDE-Schriftenreihe – Band 65
Grundlagen Ex-Schutz – Zündschutzart Eigensicherheit
t Pepperl+Fuchs GmbH, Mannheim
06. Oktober 2015
Literatur
t Klaus Wettingfeld – Explosionsschutz nach VDE und BetrSichV
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