Zündschutzart Eigensicherheit

Grundlagen
Grundlagen Ex-Schutz
Zündschutzart Eigensicherheit
PePPerl+FuchS
ein zuverlässiger Partner
lebenslanges lernen
Pepperl+Fuchs ist ein führender Entwickler und Hersteller
elektronischer Sensoren und Komponenten für den
weltweiten Automatisierungsmarkt. Unser Geschäftsbereich Prozessautomation gehört zu den Marktführern
im Bereich des eigensicheren Explosionsschutzes. Seit
mehr als 60 Jahren sind wir durch unsere kontinuierlichen
Innovationen, qualitativ hochwertige Produkte und
ständiges Wachstum Ihr zuverlässiger Partner in der
Prozessindustrie.
Wer in der Automation tätig ist, wird ständig mit neuen
Technologien und Entwicklungen konfrontiert. Nur durch
regelmäßige Weiterbildung und lebenslanges Lernen
können wir mit diesen Entwicklungen Schritt halten.
Unsere Schulungen vermitteln nicht nur theoretische
Grundlagen, sondern zeigen auch anschaulich die
praktische Anwendung des Erlernten. Die vorliegende
Broschüre „Grundlagen Ex-Schutz“ soll den Betreibern
die Übersicht erleichtern.
2
Inhaltsverzeichnis
ZÜNDSCHUTZART EIGENSICHERHEIT
S. 04
FUNKTIONSPRINZIP S. 05
NACHWEIS DER EIGENSICHERHEIT S. 12
zusammenschaltung MEHRERER betriebsmittel S. 19
INSTALLATIONSANFORDERUNGEN
S. 29
EINFACHE ELEKTRISCHE BETRIEBSMITTEL
S. 33
quellen und referenzen
S. 35
ihr trainerteam
S. 36
Grundlagenbroschüren von Pepperl+fuchs
S. 37
Einführung
Mindestzündenergie
Grundprinzip der Eigensicherheit
Grundstruktur einfacher Stromkreise
Begriffe
Schutzniveaus ia, ib und ic
Zusammenhang zwischen Schutzniveau, Kategorie und Zone
Einführung
Grundverfahren zum Nachweis
Problematik gemischter Stromkreise
Beispiel 1: Stromkreis mit verteilten Reaktanzen
Beispiel 2: Stromkreis mit konzentrierten Reaktanzen
Beispiel 3: Stromkreis mit konzentrierten Reaktanzen
Zusammenschaltung linearer Quellen
Zündgrenzkurven der DIN EN 60079-11
Zusammenschaltung nicht-linearer Quellen
Anforderungen an die Installation in Zone 1 und 2
Anforderungen an Betriebsmittel
Anforderungen an Kabel und Leitungen
Anschluss eigensicherer Stromkreise
Erdung eigensicherer Stromkreise
Erdung leitender Schirme
Anforderungen an die Installation in Zone 0
Definition
Beispiele
Bewertung der Funkenzündung
Bewertung der thermischen Zündung
3
ZÜNDSCHUTZART Eigensicherheit
Einführung
Betrachtet man die Zündschutzart Eigensicherheit im direkten Vergleich zu
anderen Zündschutzarten, so zeigt sich eine grundsätzlich andere Antwort auf
die Frage, wie die Entzündung einer umgebenden explosionsfähigen Atmosphäre
zu verhindern ist: Liegt bei Zündschutzarten wie beispielsweise der erhöhten
Sicherheit der Fokus auf dem sicheren Einschließen der in aller Regel zündfähigen
Energie im betreffenden Stromkreis, so ist die Energie im eigensicheren Strom bereits so gering, dass im Falle einer Funkenbildung keine Zündung möglich ist. Dieses Funktionsprinzip führt allerdings zu einigen besonderen Überlegungen, sowohl bei der Gestaltung entsprechender Betriebsmittel, als auch der Planung und
Ausführung eigensicherer Stromkreise.
Besonderheiten bei der
Planung und Errichtung
eigensicherer Stromkreise
Die vorliegende Broschüre richtet sich in erster Linie an Anwender aus den
Bereichen Planung und Errichtung eigensicherer Stromkreise und soll die Besonderheiten – vor allem den Nachweis der Eigensicherheit – und die bei der Installation zu beachtenden Grundsätze erläutern. Es deckt darüber hinaus auch die
wichtigsten Anforderungen an die sogenannten einfachen elektrischen Betriebsmittel ab und klärt damit weitestgehend die für die meisten Anwender relevanten
Fragen.
Besonders dann, wenn sich mehrere zugehörige Betriebsmittel im Stromkreis
befinden und/oder diese eine nicht-lineare Ausgangskennlinie aufweisen, sind
die besonderen Anforderungen im Abschnitt „Zusammenschaltung mehrerer zugehöriger Betriebsmittel“ zu beachten. In diesem Fall reichen die in der Installationsnorm DIN EN 60079-14 (vgl. dazu [6] )aufgeführten Verfahren oft nicht aus, um
einen entsprechenden Nachweis zu erbringen. Auch im Hinblick auf die Bewertung
einfacher elektrischer Betriebsmittel gibt diese Broschüre einen Überblick.
4
FUNKTIONSPRINZIP
Mindestzündenergie
Im Rahmen der Gefährdungsbeurteilung einer Anlage mit oder in explosionsgefährdeten Bereichen stößt man unweigerlich auf die Frage, welche Zündquellen
dort vorhanden sind. Die einschlägigen Regelwerke führen in diesem
Zusammenhang 13 sogenannte potenzielle Zündquellen auf, die Ursache sein
können, eine möglicherweise vorhandene explosionsfähige Atmosphäre zu
entzünden (vgl. dazu [1], [2])
Die wichtigsten Zündquellen sind unter anderem:
n heiße Oberflächen
Potenzielle Zündquellen
können eine explosionsfähige
Atmosphäre entzünden
n Flammen und heiße Gase
n mechanisch erzeugte Funken
n ektrostatische Entladungen
n elektrische Anlagen
Da also von elektrischen Anlagen eine Zündgefahr ausgehen kann, sind geeignete
Maßnahmen zu treffen, um das Risiko einer Entzündung auf ein akzeptables Maß
zu reduzieren. Über die bei elektrischen Betriebsmitteln angewandten Zündschutzarten bietet die „Zündschutzarten für elektrische Betriebsmittel“ Broschüre
(vgl. dazu [3]) eine entsprechende Übersicht.
Stoff
Zündenergie [mJ]
Aceton
0,55
Acetaldehyd
0,38
Methan
0,28
Butan
0,25
Propan
0,25
Diethylether
0,19
Ethen
0,082
Wasserstoff
0,016
Kohlenstoffdisulfid
0,009
Zündenergie
Beispiele von Mindestzündenergien unterschiedlicher Stoffe
Die Grundidee der Eigensicherheit, dass zur Entzündung eines Gemisches aus
einem brennbaren Stoff und Luft ein Mindestmaß an Energie erforderlich ist, wurde
bereits im letzten Drittel des 19. Jahrhunderts diskutiert. Der hierfür erforderliche
Nachweis konnte damals noch nicht erbracht werden, so dass alle elektrische
Funken als zündfähig galten.
Als man in den folgenden Jahren und Jahrzehnten weitergehende Forschungen zu
brennbare Stoffen anstellte, führte dies zur Ermittlung einer Reihe von Merkmalen,
die auch heute noch für den Explosionsschutz von grundlegender Bedeutung sind.
5
FUNKTIONSPRINZIP
Neben Eigenschaften wie beispielsweise der Zündtemperatur, der unteren und
oberen Explosionsgrenze und dem Flammpunkt brennbarer Flüssigkeiten (vgl.
dazu [4] ) entdeckte man letztendlich doch eine Kenngröße, die im Zusammenhang mit der Eigensicherheit ein wichtige Rolle spielt: die sogenannte Mindestzündenergie.
Brennbare Gase und Dämpfe
werden in Abhängigkeit von
der experimentell ermittelten
Mindestzündenergie in so
genannte Explosions- oder
Gasgruppen eingeteilt
„Die Mindestzündenergie ist die unter vorgeschriebenen Versuchsbedingungen
ermittelte, kleinste in einem Kondensator gespeicherte elektrische Energie, die bei
einer Entladung ausreicht, das zündwilligste Gemisch einer explosionsfähigen
Atmosphäre zu entzünden.“ (vgl. dazu [5])
Abhängig von der Höhe dieser experimentell ermittelten Mindestzündenergie
(genauer: des sog. Mindestzündstromverhältnisses, wobei diese Unterscheidung
für die anschauliche Deutung unerheblich ist) werden brennbare Stoffe in sogenannten Explosions- oder Gasgruppen eingeteilt. Hierbei erfolgt mit abnehmender
Zündenergie die Einteilung in die Gruppen IIA, IIB und IIC.
Beispiele von Zündenergien unterschiedlicher Explosionsgruppen in Verbindung mit Temperaturklassen
Temperaturklasse
Explosionsgruppe
IIA
T1
> 450 °C
T3
> 200 °C
Ottokraftstoff
Hexan
T4
> 135 °C
T5
> 100 °C
T6
> 85 °C
Aceton
Essigsäure
Zündenergie
T2
> 300 °C
Methan
Propan
Ammoniak
Benzol
Methanol
Dieselkraftstoff
Butan
Heizöl
Ethanol
Schwefelwasserstoff
Acetaldehyd
Toluol
IIB
IIC
Cyan­
wasserstoff
Ethen
Wasserstoff
Kohlendisulfid
Grundprinzip der Eigensicherheit
Aus dem oben erläuterten Begriff der Mindestzündenergie sowie einem Vergleich
mit in der Realität vorkommenden Betriebsmitteln wird schnell klar, dass sich die
Eigensicherheit grundlegend von anderen Zündschutzarten unterscheidet: Führt
ein Stromkreis oder Betriebsmittel zündfähige Energie, so ist eine Funkenbildung
zu vermeiden. Die Zündschutzart erhöhte Sicherheit ist ein klassisches Beispiel
für dieses Schutzprinzip. Da im Gegensatz hierzu eigensichere Stromkreise die
zur Entzündung erforderliche Energie nicht führen, ist in diesem Fall eine Funkenbildung in explosionsgefährdeten Bereichen zulässig. Ein Vorteil ist die deutlich
vereinfachte Durchführung von Wartungs- und Instandsetzungsarbeiten an
Ex i-Kreisen, die in aller Regel ohne ein aufwändiges Arbeitsfreigabeverfahren
ausgeführt werden können. An dieser Stelle ist es sinnvoll und erforderlich, die
exakte Definition eines eigensicheren Stromkreises zu zitieren:
6
„Stromkreis, in dem weder ein Funke noch ein thermischer Effekt, der unter den in
dieser Norm festgelegten Bedingungen auftritt, die den ungestörten Betrieb und
bestimmte Fehlerbedingungen umfassen, eine Zündung einer bestimmten explosionsfähigen Gasatmosphäre verursachen kann.“ (vgl. dazu [6])
In dieser Definition werden zwei Aspekte der Eigensicherheit deutlich: zum
einen die Vermeidung des Wirksamwerdens der beiden Zündquellen „Funke“
und „heiße Oberfläche“, zum anderen die Sicherstellung, dass dies nicht nur
im Normal­betrieb zutrifft sondern auch unter Berücksichtigung möglicher Fehler
in den Betriebsmitteln beziehungsweise im gesamten Stromkreis selbst.
Wartungs- und Instand­
setzungs­arbeiten an Ex iKreisen können meist ohne
aufwändiges Arbeits­freigabe­
verfahren ausgeführt werden
Das Ziel der Eigensicherheit kann erreicht werden, indem Strom, Spannung und
Leistung eines entsprechenden Speisegerätes begrenzt werden. Da die im Stromkreis vorhandenen Energiespeicher wie Induktivität und Kapazität die Energie
eines eventuell entstehenden Funkens und damit die Gefahr einer Zündung
erhöhen können, sind diese Energiespeicher ebenfalls zu berücksichtigen. Damit
besteht der physikalische Aspekt der Eigensicherheit in der Begrenzung von
n Spannung U
n Strom I
n Leistung P
n Induktivität L
n Kapazität C
Der funktionale Aspekt beschreibt die Einteilung von Betriebsmitteln und Stromkreisen in die Schutzniveaus
n ia
n ib
n ic (bzw. früher nL)
Diese Schutzniveaus beschreiben die Fehlertoleranz innerhalb derer ein Stromkreis immer noch eigensicher bleibt; eine nähere Erläuterung folgt.
Eigensicherheit – Ex i
Ziel: Vermeidung von Funken
und heißen Oberflächen…
… im Normalbetrieb und unter
Fehlerbedingungen
Physikalischer Aspekt:
Begrenzung von Spannung,
Strom, Leistung/Energie
Funktionaler Aspekt:
Zuverlässigkeit der
Begrenzung
Maßnahmen:
∙U
∙I
∙P
∙L
∙C
Physikalischer und funktionaler
Aspekt der Eigensicherheit Ex i
Maßnahmen:
∙ ia
∙ ib
∙ ic / nL
7
FUNKTIONSPRINZIP
Grundstruktur einfacher Stromkreise
Im einfachsten Fall besteht ein eigensicherer Stromkreis aus einem Speisegerät
(Quelle), einem Feldgerät (Verbraucher) und einer Verbindungsleitung (Kabel).
Aus dem physikalischen Aspekt der Eigensicherheit lässt sich leicht erkennen,
dass die Werte Spannung U, Strom I und Leistung P durch das Speisegerät
bestimmt werden; Induktivität L und Kapazität C jedoch hauptsächlich durch das
Feldgerät und die Leitung.
Unzulässig hohe Energieeinträge in Ex i-Kreise sind nicht
erlaubt
Aus dem Funktionsprinzip wird auch klar, dass nicht nur bei der Zusammenstellung der Bestandteile eines Ex i-Kreises einige Besonderheiten zu beachten sind,
sondern darüber hinaus auch dafür zu sorgen ist, dass es nicht zu einem unzulässig hohen Energieeintrag in solche Stromkreise kommt. Ursachen hierfür können
sein:
n elektromagnetische Einkopplung von außen
n Verbindung mit anderen Stromkreisen z.B. durch Beschädigung
n Bauteilefehler in den eigensicheren Betriebsmitteln selbst
Grundstruktur einfacher Stromkreise
Verbraucher
(Feldgerät)
Quelle
(Speisegerät)
Verbindung
(Kabel)
8
Begriffe
Einer der zentralen Begriffe ist der des zugehörigen Betriebsmittels:
„Elektrisches Betriebsmittel, das sowohl eigensichere als auch nicht eigensichere
Stromkreise enthält, und so aufgebaut ist, dass die nicht eigensicheren Stromkreise keine eigensicheren Stromkreise nachteilig beeinflussen können.“ (vgl. dazu
[6] )
Bei diesem zugehörigen Betriebsmittel handelt es sich in aller Regel um das
Speisegerät im Schaltschrank.
An dieses Speisegerät wird ein Feldgerät anschlossen, das sich in der Mehrzahl
der Fälle im explosionsgefährdeten Bereich befindet. Damit handelt es sich um ein
eigensicheres Betriebsmittel im Sinne der Norm:
„Elektrisches Betriebsmittel, in dem alle Stromkreise eigensicher sind.“ (vgl. dazu
[6] )
Dies sind häufig Sensoren zur Temperatur-, Druck- oder Füllstandsmessung oder
auch Näherungsschalter zur Positionserfassung.
Zur Kennzeichnung beider Betriebsmittelarten s. Broschüre (vgl. dazu [3]).
Beispiele eigensicherer Komponenten
Binärer
Trennschaltverstärker
Trennverstärker mit eigensicherem Steuerstromkreis:
∙Maximale Ausgangsspannung Uo = 12,7 V
∙Maximaler Ausgang strom Io = 17,3 mA
∙Maximale Ausgangsleistung Po = 55 mW
Näherungsschalter
Eigensicherer induktiver
Näherungsschalter
∙Innere Induktivität
Li = 100 µH
∙Innere Kapazität
Ci = 100 nF
Kabelführung
Verlegung eigensicherer
und anderer Kabel
∙Gefahr elektromagne tischer Einkopplung
∙Gefahr mechanischer
Beschädigung und
galvanischer Kopplung
9
FUNKTIONSPRINZIP
Schutzniveaus ia, ib und ic
Besonders am Beispiel eines einfachen zugehörigen Betriebsmittels – der so
genannten Zenerbarriere – lässt sich der Unterschied zwischen den einzelnen
Schutzniveaus anschaulich darstellen.
Die Definition des eigen­
sicheren Stromkreises
beinhaltet die Forderung,
dass auch unter bestimmten
Fehlerbedingungen kein
zündfähiger Funke entstehen
darf
Die Definition des eigensicheren Stromkreises beinhaltet die Forderung, dass
auch unter bestimmten Fehlerbedingungen kein zündfähiger Funke entstehen darf.
Wenn in einer Zenerbarriere nun Widerstände und Zenerdioden zum Einsatz kommen, so kann durch deren (gefährliche) Ausfälle diese Forderung verletzt werden.
Setzt man hingegen mehrere strom- und/oder spannungsbegrenzende Bauteile
ein, können diese Fehler beherrscht werden.
Die Definition des Schutzniveaus „ia“ lautet:
„Bei angelegten Spannungen Um und Ui dürfen die eigensicheren Stromkreise in
elektrischen Betriebsmitteln des Schutzniveaus „ia“ in keinem der folgenden Fälle
in der Lage sein, eine Zündung zu verursachen:
a) im ungestörten Betrieb […];
b) im ungestörten Betrieb und bei Vorhandensein eines […] Fehlers […];
c) im ungestörten Betrieb und bei […] zwei […] Fehlern.“ (vgl. dazu [6])
Da auch bei Ausfall beispielsweise zweier spannungsbegrenzender Dioden das
Aus­gangssignal immer noch eigensicher sein muss, kann man sich eine „ia-Barriere“
im einfachsten Fall wie folgt vorstellen:
Beispiel einer Zenerbarriere für Zone 0
Nicht-Ex-Versorgung
Eigensichere Barriere
Feldgerät
R
II 1 G
Zone 0
Ex ia IIC T6
2-Fehler-sicher à Schutzniveau ia à Kategorie (1) G à Zone 0
Versagen zwei Zenerdioden in gefährlicher Weise, indem sie unterbrechen, bleibt
immer noch eine dritte wirksam. Aus Gründen, die für das Verständnis des Grundprinzips unerheblich sind, kann der Strom jedoch mit einem einzigen Widerstand
begrenzt werden.
Da die Definition des Schutzniveaus ib eine 1-Fehler-Sicherheit bzw. im Falle von
ic die 0-Fehler-Sicherheit fordert, kann man sich entsprechende Barrieren wie in
den folgenden Abbildungen vorstellen.
10
Beispiel einer Zenerbarriere für Zone 1
Nicht-Ex-Versorgung
Eigensichere Barriere
Feldgerät
R
II 2 G
Zone 1
Ex ib IIC T6
1-Fehler-sicher à Schutzniveau ib à Kategorie (2) G à Zone 1
Beispiel einer Zenerbarriere für Zone 2
Nicht-Ex-Versorgung
Eigensichere Barriere
Feldgerät
R
II 3 G
Zone 2
Ex ic IIC T6
0-Fehler-sicher à Schutzniveau ic à Kategorie (3) G à Zone 2
Zusammenhang zwischen Schutzniveau, Kategorie und Zone
Die typische Zuordnung von Schutzniveaus und Zonen gemäß der Installationsnorm DIN EN 60079-14 kann um die entsprechenden Gerätekategorien nach
Richtlinie 94/9/EG ergänzt werden und sieht wie folgt aus:
Zusammenhang zwischen Schutzniveau, Kategorie und Zone
Zone
Kategorie
Schutzniveau Ex i
0
1 G
ia
1
1 oder 2 G
ia oder ib
2
1,2 oder 3 G
ia, ib oder ic
Diese Zuordnung ist für die Auswahl entsprechender Betriebsmittel für eigensichere
Stromkreise in der jeweiligen Zone erforderlich.
11
NACHWEIS DER EIGENSICHERHEIT
Einführung
Vor Inbetriebnahme eines eigensicheren Stromkreises ist gemäß DIN EN 60079-14
der sogenannte Nachweis der Eigensicherheit zu führen. Da zu diesem Zeitpunkt
die Inbetriebnahme der Gesamtanlage bevorsteht und evtl. zu korrigierende Fehler
oft nicht mehr zeitnah zu beheben sind, sollte diese Berechnung sinnvollerweise
bereits in der Planungsphase geführt werden. Zum einen kann so ein kostspieliger
Zeitverlust vermieden werden, zum anderen ist damit sichergestellt, dass auch die
erforderliche Dokumentation (EG-Konformitätserklärung, Betriebsanleitung, ggf.
EG-Baumusterprüfbescheinigung) zur Verfügung steht.
Die DIN EN 60079-14 stellt in der Einführung zu Abschnitt 12 zusätzliche Anforderungen für die Zündschutzart Eigensicherheit:
Der gesamte eigensichere
Stromkreis muss gegen das
Eindringen von Energie aus
anderen elektrischen Quellen
geschützt werden
„Bei der Installation von eigensicheren Stromkreisen muss eine grundsätzlich
andere Installationsphilosophie beachtet werden. Im Vergleich zu allen anderen
Installationsarten, bei denen Vorsorge getroffen ist, elektrische Energie in das
installierte System wie ausgelegt so einzuschließen, dass eine explosionsgefährdete Umgebung nicht entzündet werden kann, muss der gesamte eigensichere
Stromkreis gegen das Eindringen von Energie aus anderen elektrischen Quellen
geschützt werden. Dies muss so ausgelegt sein, dass die sicher begrenzten Energiewerte in dem Stromkreis nicht überschritten werden, selbst wenn eine Unterbrechung, ein Kurzschließen oder Erden des Stromkreises erfolgt.
Das Ziel der Installationsregeln eigensicherer Stromkreise besteht also darin,
die Trennung von anderen Stromkreisen aufrechtzuerhalten. Sofern nicht anders
angegeben, gelten die Anforderungen an eigensichere Stromkreise für alle
Kategorien (,,ia“,„ib“ und ,,ic).“ (vgl. dazu [7])
„Sicher begrenzte Energiewerte“ müssen über den
Nachweis der Eigensicherheit
festgestellt werden
Die „sicher begrenzten Energiewerte“ sind durch den Nachweis der Eigensicherheit festzustellen. Dieser Nachweis ist Bestandteil des Explosionsschutzdokumentes, das gemäß § 6 der BetrSichV vor Aufnahme der Installationsarbeiten zu erstellen ist und auf dem letzten Stand gehalten werden muss. Nach Feststellung der
Eigensicherheit ist es dann die Aufgabe des Errichters, gemäß den „zusätzlichen
Anforderungen“ der DIN EN 60079-14 zu installieren. Das gilt speziell für die
Kennzeichnung der Stromkreise sowie die Einhaltung vorgegebener Abstände und
Trennung der unterschiedlichen Stromkreise voneinander.
Das im Folgenden beschriebene Grundverfahren wird zunächst auf Basis der
Annahme beschrieben, dass sich im Stromkreis nur ein zugehöriges Betriebsmittel
– also eine Quelle – befindet. Dieses Verfahren reicht zur Betrachtung der überwiegenden Mehrzahl aller Stromkreise aus. Die Zusammenschaltung mehrerer
Quellen – z.B. eines Signaltrenners mit einem fremdgespeisten Feldgerät, das
zumindest im Fehlerfall ebenfalls speist – wird im Abschnitt „Zusammenschaltung
mehrerer Betriebsmittel behandelt“.
Grundverfahren zum Nachweis
Der Nachweis der Eigensicherheit soll hauptsächlich zwei Fragen beantworten:
n Können zündfähige Funken entstehen?
n Können unzulässig heiße Oberflächen entstehen?
12
Während der erste Punkt jedem einleuchtet, der das Prinzip der Eigensicherheit
kennt, wird der zweite Punkt vor allem bei der Bewertung der einfachen elektrischen Betriebsmittel häufig vernachlässigt.
DIN EN 60079-14 beschreibt ein rechnerisches Nachweisverfahren, das auf den
beschriebenen Kennwerten Spannung U, Strom I, Leistung P, Induktivität L und
Kapazität C beruht. Hierbei werden die Werte, die das zugehörige Betriebsmittel
beschreiben, mit dem Index „o“ für „out“ versehen; wohingegen die Werte des
eigensicheren Betriebsmittel mit „i“ für „in“ indiziert werden. So bedeutet beispielsweise die Angabe „Uo = 24 V“, dass auch unter Berücksichtigung möglicher
Bauteilefehler (s. Schutzniveaus ia, ib und ic) die Spannung an den Ausgangsklemmen eines zugehörigen Betriebsmittels maximal 24 V beträgt. „Pi = 360 mW“
bei einem eigensicheren Betriebsmittel besagt hingegen, dass ein maximaler
Leistungsumsatz von 360 mW zulässig ist, um beispielsweise die Einhaltung der
angegebenen Temperaturklasse sicherzustellen.
DIN EN 60079-14 beschreibt
ein rechnerisches Nachweisverfahren, das auf den Kennwerten Spannung , Strom,
Leistung, Induktivität und
Kapazität beruht
Von besonderer Bedeutung sind die Angaben Lo und Co bei einem zugehörigen
Betriebsmittel: Während Uo, Io und Po aussagen, dass auch unter Fehlerbedingungen an den Ausgangsklemmen keine zündfähigen Funken entstehen, weisen
Lo und Co darauf hin, welche zusätzlichen Energiespeicher angeschlossen werden
dürfen, damit der Stromkreis eigensicher bleibt. Da sich die Energiespeicher in
aller Regel im Feldgerät sowie in der Leitung befinden, sind die jeweiligen
Größen beim Nachweis zu berücksichtigen.
Damit ergibt sich das Grundverfahren der Berechnung wie folgt:
Zugehöriges
Betriebsmittel
Kabel
Eigensicheres
Betriebsmittel
Uo ≤
Ui
Io ≤
Ii
Po ≤
Pi
Lo ≥
Lc + Li
Co ≥
Cc + Ci
Spezielle Bedingungen, wie sie in den Betriebsanleitungen der eingesetzten
Betriebsmittel in vielen Fällen zu finden sind, müssen ebenfalls berücksichtigt
werden. Dazu zählen beispielsweise Angaben zu maximal zulässigen Umgebungstemperaturen, Hinweise zum Schutz vor elektrostatischer Aufladung etc. Auf diese
Betrachtung wird im Folgenden aufgrund besserer Übersicht verzichtet.
Vor allem die Angabe der maximal anschließbaren Induktivität Lo und Kapazität Co
verdient in diesem Zusammenhang besondere Beachtung. Sie ist der Grund eines
seit vielen Jahren währenden Missverständnisses, das erst durch die aktuelle Ausgabe der Installationsnorm IEC bzw. EN 60079-14 ausreichend gewürdigt wird.
Diese Grenzwerte wurden nämlich experimentell ermittelt und sind in graphischer
und zum Teil in tabellarischer Form noch heute Bestandteil der DIN EN 60079-11.(vgl.
dazu [7] )
13
NACHWEIS DER EIGENSICHERHEIT
Die kapazitive Zündgrenzkurve
beschreibt den Zusammenhang zwischen dem Uo des zugehörigen Betriebsmittels und
der maximal anschließbaren
(isolierten) Kapazität Co – ohne
nennenswerte Induktivitäten
im Stromkreis und umgekehrt
Beide Grenzwerte wurden traditionell unabhängig voneinander ermittelt. Das
heißt, die sogenannte induktive Zündgrenzkurve beschreibt, welche (isolierte)
Induktivität Lo an ein zugehöriges Betriebsmittel mit gegebenem Io maximal angeschlossen werden darf, ohne dass die Eigensicherheit nachteilig beeinflusst wird.
Diese experimentelle Ermittlung geschah im Rahmen von Labormessungen auf
Basis des sogenannten Funkenprüfgerätes - ohne nennenswerte Kapazitäten im
Stromkreis. Die sogenannte kapazitive Zündgrenzkurve hingegen beschreibt den
Zusammenhang zwischen dem Uo des zugehörigen Betriebsmittels und der
maximal anschließbaren (isolierten) Kapazität Co, ohne dass sich nennenswerte
Induktivitäten im Stromkreis befinden. Zusätzlich gilt die Einschränkung, dass
das zugehörige Betriebsmittel eine lineare Ausgangskennlinie aufweisen muss.
Problematik gemischter Stromkreise
Die oben beschriebene Ermittlung von Lo und Co, die getrennt voneinander
erfolgte, deckt sich nun nicht mit der Tatsache, dass es sich bei realen Stromkreise um solche mit einer gemischten Beschaltung handelt: Jeder Stromkreis
enthält L und C gleichzeitig, und sei es nur durch die Kabelreaktanzen. Im Rahmen
der Eigensicherheit unterscheidet man aber abhängig von der Erscheinungsform
dieser Energiespeicher zwischen
n verteilten Reaktanzen
n konzentrierten Reaktanzen
Nimmt man diese genannten Begriffe wörtlich, so wird klar, dass es sich bei
ersteren um die Leitungsreaktanzen handelt (L und C verteilen sich über die
Leitungslänge), während sich letztere als tatsächlich vorhandene Bauteile in
den Betriebsmitteln konzentrieren.
Reale Stromkreise können deshalb einem der folgenden 4 Stromkreise zugeordnet
werden:
n Stromkreis 1 mit verteilten Reaktanzen ohne konzentriertes Li oder Ci
n Stromkreis 2 mit verteilten Reaktanzen und konzentriertem Li ohne Ci
n Stromkreis 3 mit verteilten Reaktanzen und konzentriertem Ci ohne Li
n Stromkreis 4 mit verteilten Reaktanzen und konzentriertem Li und Ci
14
Nach verschiedenen Zwischenstufen bei der Berücksichtigung dieser Energiespeicher gilt aktuell, dass das auf Seite 13 gezeigte Grundverfahren zum Nachweis der
Eigensicherheit nur dann uneingeschränkt zutrifft, wenn einer der genannten
Stromkreise 1, 2 oder 3 vorliegt. Enthält der Stromkreis hingegen gleichzeitig kon­
zen­trierte Li und Ci, unterliegt die Berechnung unter Umständen gewissen Einschränkungen. Die erforderliche Betrachtung bei dieser Struktur wird im Rahmen
der sogenannten „50 %- Regel“ erläutert.
Beispiel 1: Stromkreis mit verteilten Reaktanzen
Zur Verdeutlichung stelle man sich einen Stromkreis vor, bei dem an einen binären
Trennschaltverstärker (zugehöriges Betriebsmittel) ein Grenzfüllstandschalter
(eigensicheres Betriebsmittel) angeschlossen wird, um beispielsweise bei Erreichen
eines maximalen Füllstandes in einem Behälter eine automatische Abschaltung
herbeizuführen. Der Dokumentation der ausgewählten Betriebsmittel entnimmt
man die erforderlichen Kennwerte, woraus sich folgende Tabelle ergibt:
Zugehöriges
Betriebsmittel
Kabel
Eigensicheres
Betriebsmittel
10,5 V ≤
16 V
13 mA ≤
25 mA
34 mW ≤
169 mW
210 mH ≥
Lc + 0 mH
2,41 µF ≥
Cc + 0 µF
Beispiel eines realen Stromkreises mit einem binären
Trennschaltverstärker als
zugehöriges Betriebsmittel
und einem Grenzfüllstandschalter als eigensicheres
Betriebsmittel
In diesem Beispiel wird davon ausgegangen, dass das zugehörige Betriebsmittel
selbst keinerlei konzentrierte Induktivitäten oder Kapazitäten enthält und der
Stromkreis damit von der Struktur her einem Stromkreis mit verteilten Reaktanzen
ohne konzentriertes Li oder Ci entspricht. In diesem Falle gelten keinerlei Einschränkungen hinsichtlich dem Anschluss von L und C und können, sofern dies
technisch möglich ist und der Stromkreis dann noch funktioniert, bis hin zu den
maximal zulässigen Grenzwerten für den Anschluss der Leitung ausgenutzt werden. An dieser Stelle sind zwei Berechnungsmethoden möglich und zulässig:
n die Berechnung auf Basis der tatsächlich vorhandenen Leitungsreaktanzen
Lc und Cc
n die Berechnung einer maximal zulässigen Leitungslänge, bei der keiner der
beiden Grenzwerte Lo und Co überschritten wird
Da im vorliegenden Beispiel die maximal anschließbaren Werte Lo und Co sehr groß
sind, führt die Anwendung der letztgenannten Methode in aller Regel zu
Leitungslängen im Kilometerbereich, bei der die Funktion nicht mehr gewährleistet
ist. Deswegen soll für dieses Beispiel eine geforderte Leitungslänge von 200 m
unterstellt und die sich daraus ergebende Leitungsinduktivität und -kapazität
berechnet werden.
Dazu benötigt man jedoch Informationen über die jeweiligen Leitungsbeläge.
Die DIN EN 60079-14 beschreibt drei Möglichkeiten zu deren Ermittlung:
15
NACHWEIS DER EIGENSICHERHEIT
n Bezug auf Angaben des Leitungshersteller
n Messungen an einer Probe
n Zugrundelegung von Standardwerten C = 200nF/km und L = 1 mH/km
Zur Ermittlung der Leitungskennwerte können nach DIN EN
60079-14 drei Möglichkeiten
herangezogen werden
Rechnet man der Einfachheit halber mit den letztgenannten Grenzwerten, so
ergeben sich bei einer Leitungslänge von 200 m folgende Leitungsreaktanzen:
n Lc = 1 mH/km ∙ 0,2 km = 0,2 mH
n Cc = 200 nF/km ∙ 0,2 km = 40 nF = 0,04 µF
Eigensicheres
Zugehöriges
Lc =
1 mH/km * 0,2 km Kabel
= 0,2 mH Betriebsmittel
Betriebsmittel
V ≤nF/km * 0,2 km = 40 nF = 0,04
16 V µF
n Cc10,5
= 200
13 mA ≤
52 mA
34 mW ≤
169 mW
Damit verändert sich die Tabelle wie folgt:
210 mH ≥
0,2 mH + 0 mH
2,41 µF ≥
0,04 µF + 0 µF
In diesem Beispiel sind alle Bedingungen zum Nachweis der Eigensicherheit
erfüllt. Es werden weder beim eigensicheren Betriebsmittel die Werte Ui, Ii oder Pi
überschritten, noch liegen die im Stromkreis enthaltenen Induktivitäten und
Kapazitäten über den zulässigen Grenzwerten. Das heißt, die Zusammenschaltung
kann als eigensicher betrachtet werden.
Beispiel 2: Stromkreis mit konzentrierten Reaktanzen
Gesetzt den Fall, der Füllstandsensor aus obigem Beispiel hätte eine wirksame
innere Kapazität von beispielsweise Ci = 0,2 µF, dann würde der rechnerische
Nachweis jetzt wie folgt aussehen:
Zugehöriges
Betriebsmittel
Kabel
Eigensicheres
Betriebsmittel
10,5 V ≤
16 V
13 mA ≤
52 mA
34 mW ≤
169 mW
210 mH ≥
0,2 mH + 0 mH
2,41 µF ≥
0,04 µF + 0,2 µF
Wie im Abschnitt „Problematik gemischter Stromkreise“ beschrieben, ist diese Art
der Zusammenschaltung unkritisch; und da noch immer keiner der beiden
16
Grenzwerte Lo und Co überschritten wird, ist der Stromkreis nach wie vor eigensicher. Dies gilt auch für den umgekehrten Fall, in dem z.B. der Sensor ein
Li = 3 mH aufweist und dafür Ci = 0 F beträgt.
Beispiel 3: Stromkreis mit konzentrierten Reaktanzen
Erweitert man obiges Beispiel, indem man als Feldgerät ein Betriebsmittel betrachtet, das sowohl eine konzentrierte Induktivität als auch eine konzentrierte
Kapazität enthält, so könnte der Nachweis jetzt wie folgt aussehen:
Zugehöriges
Betriebsmittel
Kabel
Eigensicheres
Betriebsmittel
10,5 V ≤
16 V
13 mA ≤
52 mA
34 mW ≤
169 mW
210 mH ≥
0,2 mH + 5 mH
2,41 µF ≥
0,04 µF + 0,3 µF
Für diesen Fall, d.h. der gleichzeitigen Beschaltung eines zugehörigen Betriebsmittels mit konzentrierten Induktivitäten und Kapazitäten weist die aktuelle Ausgabe der DIN EN 60079-11 eine Besonderheit aus: Erinnert man sich daran, dass
Lo und Co bisher getrennt voneinander ermittelt wurden, besteht bei Ausnutzung in
Form konzentrierter L und C unter Umständen die Gefahr, dass die Funkenenergie,
die der Stromkreis bereitstellt, zündfähig sein kann. In diesem Fall greift die
„50 %-Regel“:
Bei einem Stromkreis mit
konzentrierten Induktivitäten
und Kapazitäten greift die
50%-Regel
Sie besagt, dass die bisherigen Nachweisverfahren nur dann anwendbar sind,
solange der Stromkreistyp den ersten 3 Stromkreisen auf Seite 14 entspricht. Da
im letzten Beispiel aber Li und Ci gleichzeitig vorhanden sind, ist jetzt zu prüfen,
wie groß diese Werte im Vergleich zu Lo und Co sind. Die Forderung lautet:
n Ist die Summe aller Li und Ci im Stromkreis jeweils größer als 1 % von Lo und Co,
so liegt ein gemischter Stromkreis mit erhöhter Zündgefahr vor. In diesem Fall
sind die Ausgangswerte Lo und Co auf jeweils die Hälfte zu reduzieren.
n In allen anderen Fällen kann mit den ursprünglichen Werten für Lo und Co
gerechnet werden.
Das bedeutet, dass die Summe aller konzentrierten Induktivitäten Li und die
Summe aller konzentrierten Kapazitäten Ci sozusagen eine imaginäre „1 %-Hürde“
überspringen muss, um einen gemischten Stromkreis zu bilden. Bei der Reduzierung dieser Werte ist allerdings Vorsicht geboten: Erhält man nach Halbierung der
Kapazität Co einen Wert größer 600 nF für Explosionsgruppe IIC beziehungsweise
größer 1 µF für Explosionsgruppe IIB, so besteht wiederum eine erhöhte Zündgefahr. Die DIN EN 60079-25 fordert in diesem Falle eine Begrenzung auf diese
Höchstwerte; eine vergleichbare Obergrenze für die Induktivitäten existiert nicht.
Diese Begrenzung ist allerdings in der aktuellen Ausgabe der DIN EN 60079-14
nicht beschrieben!
17
NACHWEIS DER EIGENSICHERHEIT
Wendet man diese Erkenntnisse auf das obige Beispiel an, so ergibt sich die
„1 %-Hürde“ zu
n 0,01 ∙ Lo = 0,01 ∙ 210 mH = 2,1 mH
n 0,01 ∙ Co = 0,01∙ 2,41 µF = 24,1 nF
Vergleicht man diese Werte mit der Summe der jeweiligen konzentrierten Li und
Ci, so gilt:
n 5 mH > 2,1 mH, d.h. Li > 0,01 ∙ Lo
n 300 nF > 24,1 nF, d.h. Ci > 0,01 ∙ Co
Damit liegt ein gemischter Stromkreis vor und die ursprünglichen Ausgangswerte
Lo = 210 mH sowie Co = 2,41 µF sind zu reduzieren. Die Anwendung der 50 %Regel ergibt
n Lo (red.) = 0,5 ∙ Lo = 0,5 ∙ 210 mH = 105 mH
n Co (red.) = 0,5 ∙ Co = 0,5 ∙ 2,41µF = 1,205 µF
Unter der Annahme, dass Explosionsgruppe IIC gefordert ist, wäre der neue
reduzierte Wert für Co unzulässig hoch und müßte auf Co = 600 nF begrenzt
werden. Somit ergibt sich folgender Nachweis:
Zugehöriges
Betriebsmittel
Kabel
Eigensicheres
Betriebsmittel
10,5 V ≤
16 V
13 mA ≤
52 mA
34 mW ≤
169 mW
105 mH ≥
0,2 mH + 5 mH
0,6 µF ≥
0,04 µF + 0,3 µF
Man erkennt, dass auch mit den reduzierten Werten der Nachweis gelingt und
der Stromkreis somit als eigensicher betrachtet werden kann.
18
ZUSAMMENSCHALTUNG MEHRERER Betriebsmittel
Nicht selten sieht sich der Planer einer Situation gegenüber, in der der vorgese­he­ne Stromkreis mehr als ein zugehöriges Betriebsmittel beinhaltet. Für
die Eigen­sicher­heit bedeutet das, dass jetzt – zumindest im Fehlerfall – zwei
Quellen gleichzeitig den Stromkreis speisen und damit offenbar höhere Werte
für Span­­nung U, Strom I und Leistung P bereitstehen können als im Falle einer
einzelnen Quelle. Diesem Umstand muss beim Nachweis entsprechend
Rechnung getragen werden.
Grundsätzlich ändert sich an der Anwendbarkeit des zuvor beschriebenen
rech­nerischen Verfahrens nichts. Es ist zunächst allerdings erforderlich, die
vorhan­denen Quellen sozusagen zu einer einzigen zusammenzuführen, in
dem die resultierenden Werte für U, I und P ermittelt werden. Grundsätzlich
stehen hierzu drei Möglichkeiten zu Verfügung:
Wird ein Stromkreis von zwei
Quellen gleichzeitig gespeist,
müssen die resultierenden Werte
für U, I und P neu ermittelt werden
Handelt es sich bei den zugehörigen Betriebsmitteln um Quellen mit linearer
Ausgangskennlinie, so kann alternativ eines der beiden Verfahren nach
n DIN EN 60079-14, Anhang A und B
n DIN EN 60079-25, Anhang B
herangezogen werden. Beide Verfahren liefern geringfügig unterschiedliche
Werte, wie anhand eines Beispiels gezeigt wird.
Weist hingegen eine der Quellen eine nicht-lineare Kennlinie auf, so ist das
Verfahren nach
n DIN EN 60079-25, Anhang C (auch bekannt als PTB-Bericht ThEx-10)
hilfreich.
Ex
Zugehöriges Betriebsmittel:
Uo1, Io1, Po1
Zugehöriges Betriebsmittel:
Uo2, Io2, Po2
Ex
Zugehöriges Betriebsmittel:
Uo1, Io1, Po1
Eigensicheres Betriebsmittel:
Zone 1
Zugehöriges Betriebsmittel:
Uo2, Io2, Po2
Ex
Zugehöriges Betriebsmittel:
Uo1, Io1, Po1
Eigensicheres Betriebsmittel:
Zone 1
Zugehöriges Betriebsmittel:
Uo2, Io2, Po2
Eigensicheres Betriebsmittel:
Zone 1
19
zusammenschaltung Mehrerer betriebsmittel
Zusammenschaltung linearer Quellen
Steht man beispielsweise vor der Situation, zwei Quellen mit den Ausgangswerten
Uo1 = 10 V
Uo2 = 20V
Io1= 10 mA
Io2 = 20 mA
Po1 = 25 mW
Po2 = 100 mW
zusammen zu schalten, so ist im ersten Schritt zu klären, ob es sich tatsächlich
um lineare Quellen handelt. Da die Bedingung Po = ¼ x Uo x Io in beiden Fällen
erfüllt ist, ist dies hier offenbar der Fall.
Werden zwei Quellen zusammengeschaltet, muss geprüft werden,
ob es sich um eine Parallel- oder
eine Reihenschaltung handelt
Danach stellt sich die Frage, in welcher Weise beide Quellen miteinander verschaltet sind, d.h. ob es sich um eine Reihen- oder Parallelschaltung handelt oder ob
bei ungenügender Kenntnis der Situation beide Fälle unterstellt werden müssen
(siehe Abb. S.19).
Bei einer Reihenschaltung addieren sich die Spannungen. Die DIN EN 60079-14
beschreibt in Anhang B, dass in diesem Fall die resultierende Spannung als Summe beider Einzelspannungen zu ermitteln, während als resultierender Strom der
größere der beiden zugrunde zu legen ist. Bei obigem Beispiel ergibt sich damit
folgende „Ersatzquelle“:
Uo = 30V
Io = 20 mA
Po = ¼ x Uo x Io = 150 mW
Bei einer Parallelschaltung hingegen addieren sich die Ströme, wohingegen nach
demselben Verfahren als resultierende Spannung die jeweils größere der beiden
betrachtet wird. Beispiel:
Uo = 20 V
Io = 30 mA
Po = ¼ x Uo x Io = 150 mW
Diese Betrachtung ist rein schaltungstechnisch gesehen nicht ganz richtig. Das ist
aber unproblematisch, da diese Vereinfachung höhere Werte für Uo, Io und Po liefert als tatsächlich auftreten können. Sehr gut ist dies am Wert für die berechnete
Ausgangsleistung Po zu erkennen: im resultierenden Stromkreis liegt diese bei
150 mW, wohingegen die Summe der beiden Einzelleistungen lediglich 125 mW
erreicht.
Eine schaltungstechnisch realistischere Betrachtung liefert die DIN EN 60079-25
im Anhang B. Als tatsächliche Überlagerung zweier linearer Quellen liefert dieses
Verfahren geringfügig andere Werte als die eben beschriebenen.
20
Im Falle einer Reihenschaltung ergibt sich die Spannung der resultierenden
„Ersatzquelle“ wiederum als Summe der beiden Einzelspannungen. Der Strom
hingegen wird ermittelt nach der Formel:
(U1 + U2)
Io =
(R1 + R2)
Der jeweilige Innenwiderstand der Quelle kann aus Uo/Io berechnet werden;
im obigen Beispiel liegt er in beiden Fällen bei 1 kΩ.
Wendet man dieses Verfahren an, so ergeben sich folgende Werte:
Uo = 30 V
Io = 30 V / 2 kΩ = 15 mA
Po = ¼ x Uo x Io = 112,5 mW
Eine entsprechende Betrachtung bei einer Parallelschaltung führt zu dem Ergebnis,
dass der Ausgangsstrom als Summe beider Einzelströme zu berechnen ist,
die resultierende Ausgangsspannung jedoch nach der Formel
Uo =
(Uo1 x Ri2 + Uo2 x Ri1)
(Ri1 + Ri2)
bestimmt wird.
Damit ergäbe sich die resultierende Quelle zu:
Uo = 15 V
Io = 30 mA
Po = ¼ x Uo x Io = 112,5 mW
Egal, ob man das Verfahren nach DIN EN 60079-14 oder DIN EN 60079-25 anwendet: Als Resultat erhält man einen neuen Wertesatz für Uo, Io und Po. Diese Werte
können nun in derselben Weise für den Nachweis der Eigensicherheit herangezogen werden, wie in den vorangegangenen Beispielen mit nur einer Quelle. Die Frage
ist aber, welche Lo- und Co-Werte zugrunde zu legen sind.
Durch das Zusammenschaltung
mehrerer Quellen müssen die Lound Co-Werte über die Zündgrenzkurve neu ermittelt werden
Jedes der beteiligten zugehörigen Betriebsmittel weist in seiner Dokumentation
Angaben über die maximal anschließbaren Energiespeicher auf – diese gelten
allerdings auch nur für die jeweiligen Angaben von Uo und Io der einzelnen Quelle.
Durch die Zusammenschaltung mehrerer Quellen haben sich jedoch Uo und Io im
resultierenden Stromkreis geändert, sodass offenbar neue Lo- und Co-Werte ermittelt werden müssen. Da über die sogenannte Zündgrenzkurven der DIN EN 60079-11
sowohl Spannung U mit Kapazität C als auch Strom I mit der Induktivität L in Beziehung gesetzt werden, sind eben diese Zündgrenzkurven jetzt anwendbar.
21
zusammenschaltung MEHRERER betriebsMITTEL
ZÜNDGRENZKURVEN DER DIN EN 60079-11
Bei der Ermittlung der Lo- und CoWerte aus der Zündgrenzkurve
sind bestimmte Sicherheitsfaktoren zu berücksichtigen
In Anhang A der DIN EN 60079-11 („Explosionsgefährdete Bereiche – Teil 11:
Geräteschutz durch Eigensicherheit“) sind Kurven und Tabellen zu finden, die für
die jeweiligen Werte Uo und Io die hierzu maximalen anschließbaren Werte Co und
Lo liefern. Bei der Ermittlung dieser Werte ist – abhängig vom Schutzniveau des
Stromkreises – ein Sicherheitsfaktor zu berücksichtigen. Dieser Sicherheitsfaktor
wird auf die Werte Uo und Io angewendet, die damit sozusagen „künstlich erhöht“
werden, um gegenüber den experimentell ermittelten Referenzdaten für Lo und Co
ein ausreichende Maß an Sicherheit zu gewährleisten. Diese Faktoren sind:
n Schutzniveau ia und ib: Faktor 1,5
n Schutzniveau ic: Faktor 1,0
Das Verfahren wird anhand des obigen Beispiels mit folgenden Ausgangswerten
verdeutlich:
Uo = 30 V
Io = 20 mA
Induktive Zündgrenzkurve: I und L
Induktive Stromkreise
der Gruppe II
1) Induktivität / (H)
Ri
Uo
Strom I +
Funkenprüfgerät
Induktivität L
2) Mindestzündstrom / (A)
Anmerkung 1
Die Spannung für den
Stromkreis beträgt 24 V.
Anmerkung 2
Die angegebenen Energiewerte beziehen sich
auf den Kurventeil mit
konstanter Energie.
Kapazitive Zündgrenzkurve:
Kapazität
Ri
Uo
Quelle mit
veränderlichem Uo
22
Funkenprüfgerät
Hinweis auf das Urheberrecht siehe Quellen und Referenzen S. 36
Die kapazitive Zündgrenzkurve beschreibt – abhängig von der jeweiligen
Gruppe IIA, IIB und IIC – die zulässigen Kombinationen von Uo und Co. Wie
man sieht, wird die maximal anschließbare Kapazität Co umso geringer, je
höher die zu erwartenden Ausgangsspannung Uo ist.
Angenommen, es handelt sich bei der obengenannten Zusammenschaltung um
eine Anwendung in Zone 1 mit dem erforderlichen Schutzniveau ib, so ist
der Sicherheitsfaktor 1,5 anzuwenden. Das heißt, man ermittelt Co nicht für die
Spannung Uo = 30 V sondern für 45 V. Wird darüber hinaus gefordert, daß es sich
um eine Wasserstoff-Anwendung handelt, das heißt ein IIC-Gas, so kann aus der
entsprechenden Kurve eine maximale Kapazität von ca. 60 nF abgelesen werden.
Die kapazitive Zündgrenzkurve
beschreibt die zulässigen Kombinationen von Uo und Co in Abhängigkeit von der jeweiligen Gruppe
IIA, IIB und IIC
Da das Ablesen des exakten Wertes aus dem Diagramm nicht immer einfach ist,
liefert Anhang A der DIN EN 60079-11 als Alternative eine tabellarische Darstellung
von Uo und Co. Dieser Tabelle kann der exakte Wert von Co = 66 nF entnommen
werden.
Ein ähnliches Vorgehen ergibt sich für die Ermittlung der Induktivität Lo: Auch hier
ist der Sicherheitsfaktor 1,5 anzuwenden. Das heißt, Lo wird für den Strom von 30
mA ermittelt. Der abgelesene Wert beträgt in diesem Fall ca. 90 mH, wobei auch
hier das exakte Ablesen schwierig ist. Leider findet sich an dieser Stelle keine
tabellarische Darstellung wie bei der kapazitiven Kurve. Allerdings kann durch
einen kleinen „Trick“ das exakte Ergebnis in vielen Fällen ermittelt werden:
Neben den Grenzkurven der drei Gruppen IIA, IIB und IIC findet sich jeweils eine
Energieangabe (320, 160 und 40 µJ). Bei dieser handelt es sich um die im Magnetfeld gespeicherte Energie, die im Rahmen der experimentellen Ermittlung der
Zündgrenzkurven bestimmt wurde. Da diese über die Formel
W = ½ x L x I2
bestimmt werden kann, lässt sich auf diese Weise L exakt berechnen. Löst
man die Gleichung nach L auf und setzt die obigen Werte ein, so ergibt sich Lo zu
88,9 mH, was dem abgelesenen Wert sehr nahe kommt.
23
zusammenschaltung MEHRERER betriebsmittel
Hat man auch diese Aufgabe erfolgreich bewältigt, steht dem Nachweis der
Eigensicherheit nach dem zuvor beschriebenen Verfahren nichts mehr im Weg.
Die neuen ermittelten Werte
Uo = 30 V
Io = 20 mA
Po = 150 mW
Lo = 89 mH
Co = 60 nF
sind nun so zu behandeln, als wäre es eine einzelne Quelle mit genau diesen
Werten. Der rechnerische Nachweis kann nun z.B. tabellarisch erfolgen wie zuvor
gezeigt.
Allerdings ist hier noch die ein oder andere Einschränkung zu machen:
n Auch wenn das Verfahren zunächst einfach klingt, es erfordert doch einiges an
Übung sowie eine ausführlichere Beschäftigung mit den vollständigen Anforderungen der entsprechenden Normen.
n Eine Zusammenschaltung mehrerer Quellen gilt maximal als ib, auch wenn
die Schutzniveaus aller einzelnen Quellen ia sind! Besondere Vorsicht ist also
geboten, wenn es sich um eine Anwendung in Zone 0 handelt.
n Es stellt sich auch hier unter Umständen das Problem der gemischten Stromkreise. Genau wie im Fall einer einzelnen Quelle kann die gleichzeitige Beschaltung mit konzentrierten L und C zu einer erhöhten Zündgefahr führen.
Solange die Summe aller Li und Ci im Stromkreis kleiner als 1 % der neu ermittelten Lo- und Co-Werte sind, liegt definitionsgemäß kein gemischter Stromkreis
vor. Sollten diese Grenzen jedoch überschritten werden, ist eine Reduzierung
gemäß der 50 %-Regel unzulässig, da diese nach DIN EN 60079-14 nur auf ein​
lineares zugehöriges Betriebsmittel anwendbar ist!
24
Zusammenschaltung nicht-linearer Quellen
Etwas aufwändiger wird der Nachweis, wenn bei der Zusammenschaltung
mehrerer zugehöriger Betriebsmittel eine davon eine nicht-lineare Kennlinie
(trapezförmig oder rechteckförmig) aufweist. In diesem Falle können die zuvor
beschriebenen Verfahren zur Ermittlung der Werte der resultierenden Quelle
nicht angewendet werden.
Die Lösung hierfür findet sich in Anhang C der DIN EN 60079-25, die zur Ermittlung von Lo –und Co-Werten in obigem Fall eine graphische Methode beschreibt.
Diese Methode gliedert sich grob in folgende Schritte:
n Ermittlung der Kennlinien der einzelnen beteiligten Quellen (weitere Hinweise
und Hilfestellungen s. Abschnitt C.1 der DIN EN 60079-25 „Grundtypen nichtlinearer Stromkreise“)
Weist ein Betriebsmittel eine
nicht-lineare Kennlinie auf, muss
zur Ermittlung der Lo- und Co-Werte
eine graphische Methode angewendet werden
n Ermittlung der resultierenden Kennlinie in Abhängigkeit von Reihen- und/oder
Parallelschaltung
n Wahl eines geeigneten Diagramms in Abhängigkeit von vorhandener Induktivität Lc und Li
n Ermittlung des zugehörigen Co aus der Grafik
Diagramm für IIc, 2 mH
1) Induktive Grenze der
Rechteck-Quelle
2) Induktive Grenze der
linearen Quelle
25
zusammenschaltung MEHRERER betriebsmittel
Im folgenden Beispiel soll der besseren Übersichtlichkeit wegen eine einzige, lineare Quelle betrachtet werden. Angenommen, diese habe eine Ausgangsspannung
Uo = 22 V und einen Ausgangsstrom Io = 97 mA, so ergibt sich der Kennlinienverlauf (rote durchgehende Linie) wie abgebildet:
Diagramm für IIc, 2 mH
Höhere Uo-, Io-Werte im
Vergleich zum Diagramm
Seite 25
1) Induktive Grenze der
Rechteck-Quelle
2) Induktive Grenze der
linearen Quelle
Nun ist im ersten Schritt zu prüfen, ob diese Kennlinie die oberste durchgezogene
Grenzkurve (1) an irgendeiner Stelle schneidet. Das ist in diesem Beispiel offenbar
nicht der Fall. Im zweiten Schritt muss sichergestellt werden, dass sich der aus der
Kennlinie resultierende Punkt (Uo, Io) unterhalb der obersten gestrichelten Grenzkurve (2) befindet, was ebenfalls erfüllt ist.
26
Bis zu diesem Punkt wurde bisher Folgendes nachgewiesen:
n die Quelle mit Uo = 10,5 und Io = 27 mA ist an den Ausgangsklemmen
eigensicher
n die maximale Gerätegruppe ist IIC, weil das Diagramm darauf basiert (entsprechende Diagramme für Gruppe IIB stehen in der Norm ebenfalls zur Verfügung)
n die maximal anschließbare Induktivität beträgt 2 mH, weil das Diagramm
darauf basiert (entsprechende Diagramme für 0,15; 0,5; 1 und 5 mH stehen
in der Norm ebenfalls zur Verfügung)
Diese Vorgehensweise ist unabhängig davon, ob es sich bei der Kennlinie um die
einer einzelnen Quelle oder aber um eine Zusammenschaltung mehrerer Quellen
handelt. Auch die folgende Ermittlung des noch fehlenden Co-Wertes ist identisch:
Auf der Ordinatenachse befindet sich neben der Skalierung in [V] auch eine in [µF]
bzw. [nF], auf die jetzt neben den sogenannten Grenzkurvenscharen Bezug genommen wird. Diese sind die durchgezogenen und gestrichelten Linienpaare, die
sich an der Ordinatenachse jeweils bei dem beschrifteten Kapazitätswert treffen.
Hierbei müssen zwei Bedingungen erfüllt sein:
n die (Summen-)Kennlinie der Quelle(n) darf die durchgezogene Grenzkurve
an keiner Stelle schneiden, was in diesem Beispiel bei 100 nF der Fall ist
n der Punkt (Uo; Io) muss unterhalb der zugehörigen gestrichelten Grenzkurve
liegen, was in diesem Beispiel nicht der Fall ist, da er oberhalb der gestrichelten 100 nF-Kurve liegt
In diesem Fall ist beim nächst niedrigeren Kapazitätswert – hier 70 nF – diese
Prüfung erneut durchzuführen. In diesem Fall sind die beiden zuvor genannten
Bedingungen erfüllt. Mit diesem Verfahren hat man zusätzlich zu den oben
beschriebenen Nachweisen die bisher fehlende Kapazität Co ermittelt.
An dieser Stelle könnte man einwenden, dass für eine einzelne Quelle mit Uo = 22 V
und Io = 97 mA in der Dokumentation Werte für Lo und Co bereits zu finden waren.
Allerdings basierten diese Werte in aller Regel auf den Zündgrenzkurven der
DIN EN 60079-11 und beinhalteten die Problematik der beschränkten Anwendbarkeit bei gemischt-konzentrierten Stromkreisen. Die mit den DIN EN 60079-25
ermittelten Werte hingegen decken diese gemischte Beschaltung ebenfalls ab.
Das heißt, die so ermittelten Lo- und Co-Wertepaare sind unabhängig von den im
Stromkreis vorhandenen Reaktanzen und müssen beim Nachweis der Eigensicherheit nicht reduziert werden, wenn konzentrierte Li und Ci gleichzeitig beschaltet werden.
Die über die DIN EN 60079-25
ermittelten Werte für Lo- und Co
decken auch eine gemischte
Beschaltung ab
Außerdem ist das beschriebene Verfahren in gleicher Weise für die Zusammenschaltung mehrerer Quellen anwendbar, selbst wenn eine davon nicht linear sein
sollte. Siehe hierzu auch das in Anhang C der DIN EN 60079-25 aufgeführte
Beispiel.
27
zusammenschaltung MEHRERER betriebsmittel
Jedoch sind auch hier gewisse Einschränkungen zu beachten:
n genau wie bei rein linearen Quellen gilt auch hier, dass der jeweilige Planer
Übung im Umgang mit der Methode und Kenntnis über den genauen Wortlaut
der entsprechenden Normen haben sollte
n es darf sich maximal eine Quelle mit nichtlinearer Charakteristik im Stromkreis
befinden
n auch hier gilt: die Zusammenschaltung gilt maximal als ib, auch wenn alle
beteiligten Quellen ia sind
n das Verfahren beschreibt nur den Aspekt der Funkenzündung; die Gefahr
möglicherweise rückspeisender Ströme oder Spannungen von einer Quelle
in eine andere wird hier nicht berücksichtigt!
28
INSTALLATIONSANFORDERUNGEN
Anforderungen an die Installation in Zone 1 und 2
Die in der DIN EN 60079-14 für die Zonen 1 und 2 detailliert angegebenen Anforderungen können nachfolgend nur sinngemäß und auszugsweise erläutert werden.
Es ist zwingend notwendig, den genauen Wortlaut in der Norm nachzulesen.
Anforderungen an Betriebsmittel
n Eigensichere und zugehörige Betriebsmittel müssen für Zone 2 mindestens
Schutzniveau ic, entsprechen
n Eigensichere und zugehörige Betriebsmittel müssen für Zone 1 mindestens
Schutzniveau ib, entsprechen
n für einfache Betriebsmittel ist keine Prüfung oder Kennzeichnung erforderlich,
sie müssen aber den Anforderungen der DIN EN 60079-11 und ggf. weiterer
Normen entsprechen, sofern die Eigensicherheit davon abhängt
Für Anforderungen an Betriebsmittel in Bezug auf das Schutzniveau für Zone 1 und 2 ist es
zwingend notwendig, den genauen Wortlaut in der Norm nachzulesen
n zugehörige Betriebsmittel ohne zusätzliche Zündschutzart sind außerhalb des
explosionsgefährdeten Bereiches zu installieren
n maximale Speisespannung nicht größer als die sicherheitstechnische Maximalspannung Um zugehörigen Betriebsmittels
Anforderungen an Kabel und Leitungen
n nur isolierte Kabel und Leitungen (Prüfspannung ≥ 500 V AC oder 750 V DC)
n Mindestdurchmesser eines Einzelleiters im explosionsgefährdeten Bereich
0,1 mm
n die elektrischen Kennwerte (Cc und Lc) oder (Cc und Lc/Rc) müssen bestimmt
werden
n Schutz eigensicherer Stromkreise gegen äußere elektrische oder magnetische
Felder durch Einsatz von Schirmen und/oder verdrillten Adern oder durch Einhaltung eines ausreichenden Abstandes
n zusätzlich zu den Anforderungen zur Vermeidung von Beschädigungen sind
– Kabel und Leitungen mit eigensicheren Stromkreisen von allen Kabeln und
Leitungen mit nichteigensicheren Stromkreisen getrennt zu führen oder
– Kabel und Leitungen der eigensicheren oder der nichteigensicheren
Stromkreise sind bewehrt, metallummantelt oder geschirmt.
n Aderleitungen von eigensicheren und nichteigensicheren Stromkreisen dürfen
nicht in derselben Leitung geführt werden
n Trennung eigensicherer und nichteigensicherer Stromkreise in Kabelbündeln
oder -kanal durch Isolierstoffzwischenlage oder geerdete Metall-Zwischenlage
(nicht erforderlich bei Schirmung oder Mänteln für eigensichere oder nichteigensichere Stromkreise)
29
INSTALLATIONSANFORDERUNGEN
n unbenutzte Adern mehradriger Kabel sind zueinander und gegen Erde (wenn
im Kabel z. B. über ein zugehöriges Betriebsmittel bereits eine Erdverbindung
existiert) durch geeignete Abschlüsse zu isolieren
n Kabel und Leitungen eigensicherer Stromkreise müssen gekennzeichnet sein
– wenn Mäntel oder Umhüllungen durch eine Farbe gekennzeichnet sind, muss die verwendete Farbe hellblau sein
– in diesem Falle dürfen hellblau ummantelte Kabel und Leitungen nicht
für andere Zwecke verwendet werden
n bei Vorhandensein eines blauen Neutralleiters in MSR-Schränken, Schaltoder Verteilungsanlagen sind Maßnahmen gegen eine Verwechselung zu treffen, z. B. durch gemeinsame Verlegung der Adern in hellblauem Kabelbaum,
Beschriftung oder übersichtliche Anordnung und räumliche Trennung.
Anschluss eigensicherer Stromkreise
n Anschlussklemmen für eigensichere Stromkreise müssen als solche gekennzeichnet sein
n zuverlässige Trennung der Anschlussklemmen eigensicherer von nicht-eigensicheren Stromkreisen (z. B. durch Trennwand oder Fadenmaß ≥ 50 mm)
n Mindestluftstrecke 3 mm zwischen nichtisolierten leitenden Teilen und geerdeten oder anderen leitfähigen Teilen, zwischen nichtisolierten leitenden
Teilen und getrennten eigensicheren Stromkreisen 6 mm
Erdung eigensicherer Stromkreise
n die Stromkreise sind entweder erdfrei zu errichten oder an einer Stelle an das
Potenzialausgleichssystem anzuschließen
n Widerstände von 0,2 - 1 MΩ zur Ableitung elektrostatischer Ladungen gelten
nicht als Erdung
n eine aus Sicherheitsgründen erforderliche Erdung muss auf kürzest möglichem
Weg an das Potentialausgleichssystem angeschlossen werden
n eine Mehrfacherdung ist dann zulässig, wenn der Stromkreis in mehrere galvanisch getrennte Teilstromkreise aufgeteilt wurde, von denen jeder nur an einer
Stelle geerdet ist
n Erdverbindungsquerschnitt (Kupfer): 2 x mindestens 1,5 mm2 oder
1 x mindestens 4 mm2
30
Erdung leitender Schirme
n ein erforderlicher leitender Schirm darf nur an einer Stelle geerdet sein;
üblicherweise am Ende im nicht explosionsgefährdeten Bereich
n falls ein geerdeter eigensicherer Stromkreis in einem geschirmten Kabel verläuft,
sollte der Schirm an der gleichen Stelle wie der eigensichere Stromkreis geerdet
sein
n der Schirm sollte an einer Stelle des Potenzialausgleichssystemes geerdet
sein, falls im geschirmten Kabel ein erdfreier eigensicherer Stromkreis verläuft
n wenn in hohem Grade sichergestellt ist, dass zwischen jedem Ende des Stromkreises ein Potenzialausgleich besteht, dürfen Kabel- und Leitungsschirme an
beiden Enden des Kabels und der Leitung und, falls erforderlich, an Zwischenstellen an Erde angeschlossen sein
n bei einer Mehrfacherdung über kleine Kondensatoren (z. B. 1 nF, 1500 V,
Keramik) ist zulässig, vorausgesetzt, dass die Gesamtkapazität 10 nF nicht
überschreitet
In Sonderfällen (hoher Widerstand des Schirmes oder erforderliche Abschirmung
gegen induktive Störbeeinflussung) ist eine Mehrfacherdung entsprechend Bild 2
Abschnitt 12.2.2.4 der DIN EN 60079-14 zulässig, wenn:
n ein robuster isolierter Erdungsleiter vorliegt (mindestens 4 mm²)
n die Isolationsprüfung mit 500 V in verschiedenen Prüfungen bestanden wird
n der isolierter Erdungsleiter und Schirm nur an einem Punkt (normalerweise am
Ende des Kabels im nicht explosionsgefährdeten Bereich) mit der Erde verbunden sind
n der isolierte Erdungsleiter geschützt verlegt ist
n das L/R-Verhältnis des Kabels und der Leitung, das zusammen mit dem isolierten Erdungsleiter angebracht ist, der Eigensicherheit genügt
Anforderungen an die Installation in Zone 0
Zusätzlich zu den für die Zone 1 genannten Anforderungen 1 wird für Zone 0
gefordert:
n Betriebsmittel des Schutzniveaus ia gemäß DIN EN 60079-11 erforderlich
n Stromkreise mit mehr als einem zugehörigen Betriebsmittel sind in der Zone 0
nicht zulässig, da deren Schutzniveau als ib betrachtet werden muss, selbst
wenn alle zugehörigen Betriebsmittel für sich dem Schutzniveau ia entsprechen
n galvanische Trennung eigensicherer und nichteigensicherer Stromkreise in den
zugehörigen Betriebsmitteln bevorzugt
31
INSTALLATIONSANFORDERUNGEN
n bei Verwendung von zugehörigen Betriebsmitteln ohne galvanische Trennung
Impedanz von Anschlußpunkt bis Erdungspunkt des Starkstromnetzes
(TN-S-Netz) weniger als 1 Ω, zusätzlich Trenntrafo für netzgespeiste Betriebsmittel gefordert
n aus Funktionsgründen erforderliche Erdung außerhalb der Zone 0 (aber so nah
wie möglich am Betriebsmittel für Zone 0), vorzugsweise in einem Abstand bis
zu 1 m
n detaillierte Blitzschutzmaßnahmen für eigensichere Stromkreise außerhalb
von Bauwerken oder über Erdbodenniveau
Eigensichere Stromkreise weisen die Besonderheit auf, dass sie auch Betriebsmittel beinhalten dürfen, die weder über eine besondere Bescheinigung für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen verfügen noch eine entsprechende Kennzeichnung tragen müssen. Über die Besonderheiten dieser sogenannten
einfachen elektrischen Betriebsmitteln soll dieser Abschnitt grundlegende Informationen liefern, die für eine große Anzahl von Anwendungen ausreichend sein
sollte.
32
Einfache elektrische betriebsmittel
Definition
Bei einfachen elektrischen Betriebsmitteln handelt es sich gemäß [6] um ein
„Elektrisches Bauelement oder Kombination von Bauelementen einfacher Bauart
mit genau bekannten elektrischen Parametern, das die Eigensicherheit des Stromkreises, in dem es eingesetzt wird, nicht beeinträchtigt.“
Beispiele
Grundsätzlich fallen drei Gruppen von Bauteilen unter diese Definition:
n passive Bauelemente wie z.B. Widerstände, einfache Halbleiter, Stecker,
Klemmen etc.
n Energiespeicher, d.h. Induktivitäten und Kapazitäten
Bauelemente wie Klemmen,
Stecker und Schalter können
unter bestimmten Voraussetzungen der Temperaturklasse
T6 zugeordnet werden
n Energiequellen, sofern diese die Grenzwerte 1,5 V, 100 mA und 25 mW
nicht übersteigen, wie z.B. Thermoelemente
In der Praxis werden häufig Pt100 oder ähnliche Bauelemente auf Basis dieser
Definition betrieben oder auch Anschlusskästen eigensicherer Betriebsmittel.
Allerdings wird nicht allzu selten vergessen, dass – obwohl es sich um einfache
Betriebsmittel handelt – dennoch eine Bewertung von Seiten des Planers oder
Anwenders vorzunehmen ist.
Bewertung der Funkenzündung
Die in der DIN EN 60079-14 zitierte Definition des eigensicheren Stromkreises
hebt auf die Zündung durch Funken und heiße Oberflächen ab; in der Praxis fällt
die Bewertung der ersteren meist recht leicht. Bauteile wie Klemmen, Steckverbinder oder auch Widerstandthermometer enthalten in aller Regel keinerlei konzentrierte Induktivitäten oder Kapazitäten und haben damit keinen Einfluss auf die
Energie möglicherweise entstehender Funken. Selbst wenn Li oder Ci enthalten
sein sollte, können diese wie im Abschnitt „Nachweis der Eigensicherheit“
beschrieben berücksichtigt werden.
Bewertung der thermischen Zündung
Schwieriger ist meist die Frage zu beantworten, wie das Erwärmungsverhalten
eines einfachen Betriebsmittels zu bewerten sei. Die DIN EN 60079-14 gibt für
eine Reihe von Bauelementen Hilfestellung in Form von Voraussetzungen, damit
ein einfaches Betriebsmittel der Temperaturklasse T6, T5 oder T4 zugeordnet
werden kann. Klassifizierung als T6:
Bauelemente, in denen faktisch keine Leistung umgesetzt wird, wie z.B. Klemmen,
elektromechanische Schalter oder Steckverbinder, können unter zwei Voraussetzungen als T6 klassifiziert werden:
n sie werden innerhalb ihrer Bemessungswerte betrieben
n sie werden bis zu einer maximalen Umgebungstemperatur von 40 °C betrieben
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Einfache elektrische betriebsmittel
Da die Bemessungswerte dem jeweiligen Datenblatt entnommen werden können
und die Umgebungstemperatur dem Betreiber bzw. Planer der Anlage vorliegt,
kann dieser Fall recht einfach bewertet werden.
Auf die Klassifizierung als T5 wird an dieser Stelle verzichtet, da bisher kein Stoff
bekannt ist, der in diese Temperaturklasse fällt.
Klassifizierung als T4:
Am einfachsten läßt sich ein Bauelement unter Bezugnahme auf Tabelle 7 der
DIN EN 60079-14 bewerten.
Gesamtoberfläche
Bedingung (bei Tamb = 40 °C)
zur Klassifizierung als T4
< 20 mm2
TOberfläche ≤ 275 °C
≥ 20 mm2 … ≤ 1.000 mm2
TOberfläche ≤ 200 °C
≥ 20 mm2
Po ≤ 1,3 W
Po ≤ 1,2 W (60 °C)
Po ≤ 1,0 W (80 °C)
Tabelle: Klassifizierung als T4
Ohne größeren Messaufwand ist in diesem Fall die dritte Zeile der Tabelle heranzuziehen: Liegt die Oberfläche des einfachen Betriebsmittels (ohne Zuleitungen) bei
mindestens 20 mm2 und beträgt bei einer Betriebstemperatur an dessen Einbauort
von max. 80 °C die max. Ausgangsspannung Uo des zugehörigen Betriebsmittel
max. 1,0 W, so kann ohne weitere Rechnung oder Messung T4 zugrunde gelegt
werden.
Sobald jedoch eine höhere Betriebstemperatur vorliegt oder eine der Temperaturklassen T1 bis T3 erforderlich sein, liegen keine Bewertungsgrundlagen in Form
von Tabellen mehr vor. In diesem Fall muss eine Berechnung unter Berücksichtigung u.a. des thermischen Widerstandes des einfachen Betriebsmittels durchgeführt werden.
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Quellen und Referenzen
[1]DIN EN 1127-1
Explosionsfähige Atmosphären – Explosionsschutz
Teil 1: Grundlagen und Methodik
[2]TRBS 2152
Teil 3: Gefährliche Explosionsfähige Atmosphäre – Vermeidung der Entzündung
gefährlicher explosionsfähiger Atmosphäre
[3]GrunDlagen Ex-Schutz – Zündschutzarten für elektrische
Betriebsmittel“
Pepperl + Fuchs
[4]GrunDlagen Ex-Schutz – Physikalisch-technische Grund­
lagen
Pepperl + Fuchs
[5]NORM-ENTWURF DIN EN 13237 2011-02 –
Explosionsgefährdete Bereiche
Begriffe für Geräte und Schutzsysteme zur Verwendung in explosionsgefährdeten
Bereichen
[6]DIN EN 60079-11 (VDE 0170-7) 2012-06 –
Explosionsgefährdete Bereiche
Teil 11: Geräteschutz durch Eigensicherheit „i“
[7]DIN EN 60079-14 (VDE 0165-1) 2009-05 –
Explosionsfähige Atmosphäre
Teil 14: Projektierung, Auswahl und Errichtung elektrischer Anlagen
Hinweis auf das Urheberrecht:
„Auszüge aus DIN EN 60079-11 (VDE 0170-7):2007-08 und DIN EN 60079-25 (VDE
0170/0171-10-1):2004-09 sind für die angemeldete limitierte Auflage wiedergegeben
mit Genehmigung 082.009 des DIN Deutsches Institut für Normung e.V. und
des VDE Verband der Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik e.V.. Für weitere
Wiedergaben oder Auflagen ist eine gesonderte Genehmigung erforderlich.
Maßgebend für das Anwenden der Normen sind deren Fassungen mit dem neuesten
Ausgabedatum, die bei der VDE VERLAG GMBH, Bismarckstr. 33, 10625 Berlin und
der Beuth Verlag GmbH, Burggrafenstr. 6, 10787 Berlin erhältlich sind.“
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GrundlaGenbrOSchüren vOn PePPerl+FuchS
nicht-eleKtriScher exPlOSiOnSSchutz
Besonderheiten nicht-elektrischer Geräte, Zündgefahrbewertung, Zündschutzarten, Kennzeichnung
PhySiKaliSch-techniSche GrundlaGen
Begriffsbestimmungen, Explosionen, Beispiele, Voraussetzungen, brennbare
Stoffe und Kennwerte, Zündquellen
SchutzmaSSnahmen
Maßnahmen zum primären, sekundären und konstruktiven Explosionsschutz
richtlinie 1999/92/eG
Europäische Mindestvorschriften zum Arbeitnehmerschutz in explosionsgefährdeten Bereichen
richtlinie 94/9/eG
Europäische Vorschriften zum Inverkehrbringen von explosionsgeschützten Betriebsmitteln
zündSchutzarten Für eleKtriSche betriebSmittel
Zündschutzarten für Gas-Ex-Bereiche, Funktionsprinzip, Kennzeichnung,
Besonderheiten bei der Anwendung
PrüFunG und inStandhaltunG
Prüfung und Instandhaltung gemäß IEC/EN 60079-17
reParatur exPlOSiOnSGeSchützter betriebSmittel
Reparatur gemäß IEC/EN 60079-19
zündSchutzart eiGenSicherheit
Nachweis der Eigensicherheit und Installationsanforderungen
In Vorbereitung
betriebSSicherheitSverOrdnunG
Nationale Umsetzung der Richtlinie 1999/92/EG; Betrieb
überwachungsbedürftiger Anlagen
inStallatiOn in exPlOSiOnSGeFährdeten bereichen
DIN EN 60079-14 (VDE 0165-1): Errichtung elektrischer Anlage
StaubexPlOSiOnSSchutz
Zündschutzarten für Staub-Ex-Bereiche, Besonderheiten brennbarer Stäube,
Funktionsprinzip, Kennzeichnung, Besonderheiten bei der Anwendung
FeldbuSSe in exPlOSiOnSGeFährdeten bereichen
Nachweis der Eigensicherheit, FISCO
eleKtrOStatiK
Vermeidung von Zündgefahren infolge elektrostatischer Aufladung
verantWOrtunG Für den exPlOSiOnSSchutz
Der Inhalt der Handbücher wurde vom Herausgeber sorgfältig und
unter Beachtung der zum Herausgabezeitpunkt geltenden gesetzlichen Regelungen und bewährten technischen Maßnahmen
zusammengestellt. Dennoch können Lücken oder unrichtige oder
missverständliche Aussagen in den Handbüchern nicht ausgeschlossen werden. Die Handbücher sind Grundlagenbroschüren und enthalten allgemeine Informationen zum Explosionsschutz und die
darin enthaltenen Aussagen können nicht zur Beurteilung der Gefahrenlage einer spezifischen Anlage herangezogen werden.
Alle Maßnahmen des Explosionsschutzes sind in den nationalen Gesetzen unter anderem in Arbeitsschutzgesetzen und nationalen und
internationalen Normen und Standards verankert. Das Einhalten
dieser Regelungen und insbesondere der Arbeitsschutzgesetze sind
grundsätzliche Pflichten des jeweiligen Anlagenerstellers und
-betreibers sowie des Arbeitgebers. Die Regelungen zum Explosionsschutz unterliegen gesetzlichen Regelungen und können sich länderspezifisch unterscheiden. Zusätzlich unterscheiden sich industrielle
Anlagen in ihrem Design, den verwendeten Materialien und in ihren
Betriebsweisen stark untereinander.
Die Grundlagenbroschüren dieser Serie sollen den Betreibern einen
Überblick ermöglichen. Die technischen und organisatorischen Maßnahmen zum Explosionsschutz können in diesem Rahmen allerdings
nur allgemein und somit zwangsläufig nur unvollständig aufgeführt
werden. Jeder Betreiber muss seine speziellen Anforderungen und
Vorgehensweisen auf der Basis einer individuellen Gefährdungsbeurteilung konkret ermitteln und diese nachweisbar im Einklang mit
den nationalen Regelungen umsetzen und dokumentieren.
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Notizen
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Notizen
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ihre anWendunG. unSere herauSFOrderunG.
PrOzeSS-interFaceS
induStrielle SenSOren
Eigensichere Barrieren
Näherungsschalter
Signaltrenner
Optoelektronische Sensoren
Feldbusinfrastruktur
Bildverarbeitung
Remote-I/O-Systeme
Ultraschallsensoren
HART Interface Solutions
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Explosionsgeschützte Gehäuse und Geräte
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