Explosionsschutz nach ATEX - netinform

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Explosionsschutz nach ATEX Grundlagen und Begriffe 2 Inhalt 1 Einleitung und Zweck ...

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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 gas- und 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.

4

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

brennbare Gase, Dämpfe oder Nebel

II

2D

brennbare Stäube

II

3G

brennbare Gase, Dämpfe oder Nebel

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 Zoneneinteilung von explosionsgefährdeten Bereichen

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

vor dem 01.08.2004 („Altanlagen”)

bis zum 30.06.2006

ab dem 01.08.2004 („Neuanlagen”)

vor Inbetriebnahme

vor dem 01.07.2003 („Altanlagen”)

bis zum 30.06.2006

ab dem 01.07.2003 („Neuanlagen”)

vor Inbetriebnahme

Österreich

Schweiz

Spätestens zu diesen Zeitpunkten muss auch für Anlagen in staubexplosionsgefährdeten Bereichen das neue Drei-ZonenKonzept eingeführt werden.

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10 Zoneneinteilung von explosionsgefährdeten Bereichen

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.“

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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.

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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

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11 Zündschutzarten

Zündschutzart

Bezeichnung

Beschreibung/Anmerkungen

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

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SYST

Eigensichere Systeme: Beurteilung der Eigensicherheit für definierte Systeme (Geräte und Kabel)

11 Zündschutzarten

Zündschutzart

Bezeichnung

Beschreibung/Anmerkungen

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

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11 Zündschutzarten

11.2 Zündschutzarten für elektrische Betriebsmittel in Bereichen mit brennbarem Staub

Zündschutzart

Bezeichnung

Beschreibung/Anmerkungen

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

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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

Beschreibung/Anmerkungen

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

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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

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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.

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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.

13 Zündtemperatur und Temperaturklassen

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)

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13 Zündtemperatur und Temperaturklassen

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

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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.“

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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.

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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.

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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

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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

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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.

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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

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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 1/2 G Ex ia IIC T6

II 1/2 G Ex ia IIC T6

II (1) G [Ex ia] IIC Zugehöriges Betriebsmittel (enthält eigensicheren Stromkreis)

II 2 G Ex ia IIC T6

Lagerung brennbarer Flüssigkeiten

II 1/2 G Ex ia IIC T6 Prozessanschluss als 1/2 G Schnittstelle

Installationsbeispiele für elektrische Betriebsmittel in Zündschutzart „Eigensicherheit“

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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.

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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

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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

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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

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