Explosionsschutz nach ATEX. Grundlagen und Begriffe

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1 Explosionsschutz nach ATEX Grundlagen und Begriffe

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3 Inhalt 1 Einleitung und Zweck Begriffsbestimmungen Wie entstehen Explosionen? Das Explosionsdreieck Explosionsbereich und Explosionsgrenzen Zündquellen EG-Richtlinien zum Explosionsschutz und deren nationale Umsetzungen Wie funktioniert Explosionsschutz? Gerätegruppen Gerätekategorien Zoneneinteilung von explosionsgefährdeten Bereichen Zoneneinteilung nach ATEX Alte Zoneneinteilung bei Stäuben (Stand ) Bestandsschutz Übergang von zwei auf drei Zonen bei Staubexplosionsschutz Zündschutzarten Zündschutzarten für elektrische Betriebsmittel in gasexplosionsgefährdeten Bereichen Zündschutzarten für elektrische Betriebsmittel in Bereichen mit brennbarem Staub Zündschutzarten für nicht-elektrische Betriebsmittel in gasexplosionsgefährdeten Bereichen und in Bereichen mit brennbarem Staub Nachweis der Eigensicherheit Besonderheiten der Zündschutzart Eigensicherheit Mindestzündenergie und Explosionsgruppen Zündtemperatur und Temperaturklassen Kriterien für die Auswahl von Geräten und Schutzsystemen Auswahlkriterien Gerätekategorisierung GD Dokumentation für Hersteller und Betreiber EG-Baumusterprüfbescheinigung und Zertifizierung EG-Konformitätserklärung Ex-Bedienungsanleitung (Sicherheitshinweise) Kennzeichnung nach ATEX Inhalte der ATEX-Kennzeichnung Kennzeichnung explosionsgeschützter elektrischer Betriebsmittel Kennzeichnungsbeispiele für explosionsgeschützte Betriebsmittel Kennzeichnungsbeispiele für gasexplosionsgeschützte Betriebsmittel Kennzeichnungsbeispiele für staubexplosionsgeschützte Betriebsmittel Kennzeichnungsbeispiele für Betriebsmittel mit Kombizulassung GD Kennzeichnungsbeispiele für nicht-elektrische Betriebsmittel X-Kennzeichnung Installationsbeispiele Neue IEC-Normung zum Explosionsschutz und deren Auswirkungen auf die ATEX-Welt Richtlinien, Regelwerke und Literatur zum Explosionsschutz

4 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

5 2 Begriffsbestimmungen Explosion ist eine plötzliche Oxidations- oder Zerfallsreaktion mit Anstieg der Temperatur, des Druckes oder beider gleichzeitig (gemäß EN ). 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 ). 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/ 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 ). 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 ). 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 ). 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. 5

6 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 Zündquelle Das Explosionsdreieck 6

7 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 keine Verbrennung Gemisch zu fett teilweise Verbrennung, keine Explosion untere Explosionsgrenze (UEG) obere Explosionsgrenze (OEG) 0 Vol. % 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

8 5 Zündquellen Eine Zündung explosionsfähiger Atmosphäre kann durch verschiedene Zündquellen erfolgen (vgl. EN ): 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 10 4 Hz bis Hz (Hochfrequenz) Elektromagnetische Wellen im Bereich der Frequenzen von Hz bis 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

9 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 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 Nationale Umsetzung in Österreich Nationale Umsetzung in der Schweiz Explosionsschutzverordnung (ExSV 1996) Verordnung über Geräte und Schutzsysteme zur Verwendung in explosionsgefährdeten Bereichen (VGSEB), CH Verordnung SR Gefahrstoffverordnung (GefStoffV) Verordnung explosionsfähige Atmosphären (VEXAT), in Kraft seit Verordnung über die Verhütung von Unfällen und Berufskrankheiten (VUV), CH Verordnung SR 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

10 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. Es werden zwei Gruppen von Betriebsmitteln unterschieden: Gerätegruppe I II Betriebsmittel Elektrische Betriebsmittel für schlagwettergefährdete Grubenbaue Elektrische Betriebsmittel für alle übrigen explosionsgefährdeten Bereiche 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). 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. 10

11 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). I M2 Bereiche, die durch Grubengas gefährdet werden können (Stäube werden mit berücksichtigt). Sehr hohes Maß an Sicherheit. Sicher auch beim Auftreten von zwei unabhängigen Fehlern. Zwei redundante Schutzmaßnahmen. Weiterbetrieb muss gewährleistet sein. Hohes Maß an Sicherheit. Abschalten der Geräte beim Auftreten von explosionsfähiger Atmosphäre muss möglich sein. 11

12 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 1 G brennbare Gase, Dämpfe oder Nebel Sehr hohes Maß an Sicherheit. II 1 D brennbare Stäube Sicher auch beim Auftreten von zwei unabhängigen Fehlern. II 2 G brennbare Gase, Dämpfe oder Nebel Hohes Maß an Sicherheit. II 2 D brennbare Stäube Sicher auch beim Auftreten von einem Fehler. II 3 G brennbare Gase, Dämpfe oder Nebel Normales Maß an Sicherheit. II 3 D brennbare Stäube Sicher im normalen Betrieb. 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 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. 12

13 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. 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 1 Bereich, in dem sich bei Normalbetrieb gelegentlich eine explosionsfähige Atmosphäre als Gemisch aus Luft und brennbaren Gasen, Dämpfen oder Nebeln 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 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 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 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. Brennbare Stoffe als Gemisch mit Luft Dauer des Vorhandenseins gefährlicher explosionsfähiger Atmosphäre ständig, über lange Zeiträume oder häufig (> h/jahr)* gelegentlich ( h/jahr)* nicht oder kurzzeitig (< 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

14 10 Zoneneinteilung von explosionsgefährdeten Bereichen 10.2 Alte Zoneneinteilung bei Stäuben (Stand ) 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 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 ATEX- Richtlinie 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 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 ( Altanlagen ) bis zum ab dem ( Neuanlagen ) vor Inbetriebnahme Österreich vor dem ( Altanlagen ) bis zum ab dem ( Neuanlagen ) vor Inbetriebnahme Schweiz vor dem ( Altanlagen ) bis zum ab dem ( Neuanlagen ) vor Inbetriebnahme Spätestens zu diesen Zeitpunkten muss auch für Anlagen in staubexplosionsgefährdeten Bereichen das neue Drei-Zonen- Konzept eingeführt werden. 14

15 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 geltenden ElexV in Verkehr gebracht wurden, ist aus Sicht des Explosionsschutzes unbedenklich, wenn diese mindestens den dort geregelten Anforderungen für den Einsatz in den Zonen 0, 1 bzw. 2 genügen. In den Zonen 20 und 21 können neben den Geräten der entsprechenden Kategorien auch Geräte eingesetzt werden, die für den Einsatz in Zone 10 zugelassen wurden. In den Zonen 22 können neben den Geräten der entsprechenden Kategorien auch Geräte eingesetzt werden, die den Anforderungen der ElexV (alt) für den Einsatz in Zone 10 oder 11 genügen. Anmerkungen: Es ist hierbei zu beachten, dass in Zone 22 erhöhte Anforderungen gestellt werden, wenn leitfähige Stäube vorhanden sind (z. B. IP6X statt IP5X). Weiterhin wurde beispielsweise nach alter Zonendefinition die Zündschutzart Ex ib für Zone 10 als ausreichend betrachtet. Für die neue Zone 20 ist aber die Zündschutzart Ex iad gefordert. Österreich Verordnung explosionsfähige Atmosphären (VEXAT), 21 (4): Vor In-Kraft-Treten dieser Verordnung [ ] erlassene Bescheide werden durch diese Verordnung mit folgender Maßgabe nicht berührt: Wenn durch Bescheid eine Einstufung von explosionsgefährdeten Bereichen in Zone 10 oder in Zone 11 vorgenommen wurde, ist bis zum 1. Juli 2006 im Rahmen der Ermittlung und Beurteilung der Explosionsgefahren eine Einstufung dieser Bereiche gemäß 12 vorzunehmen und im Explosionsschutzdokument zu dokumentieren. Dabei sind einzustufen bescheidmäßig in Zone 10 eingestufte Bereiche in Zone 20, außer es handelt sich um einen Bereich, in dem betriebsmäßig nur gelegentlich mit dem Auftreten von explosionsfähigen Staubatmosphären zu rechnen ist und der daher in Zone 21 eingestuft werden kann; bescheidmäßig in Zone 11 eingestufte Bereiche a. in Zone 21, wenn im Normalbetrieb gelegentlich mit dem Auftreten von explosionsfähigen Staubatmosphären zu rechnen ist oder b. in Zone 22, wenn im Normalbetrieb nicht oder aber nur kurzzeitig mit dem Auftreten von explosionsfähigen Staubatmosphären zu rechnen ist. 15

16 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 (in Europa EN ) für Gase und Dämpfe IEC (in Europa EN ) für Stäube und EN 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. 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 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 ff, die die Anforderungen an die Betriebsmittel für gasexplosionsgefährdete Bereiche festlegt, wird in Schritten durch die Reihe EN ersetzt. In Deutschland sind diese Normen als VDE 0170 erschienen. 16

17 11 Zündschutzarten 11.1 Zündschutzarten für elektrische Betriebsmittel in gasexplosionsgefährdeten Bereichen Zündschutzart Bezeichnung Beschreibung/Anmerkungen Norm NEU (IEC / EN) Norm ALT Allgemeine Bestimmungen IEC , EN EN 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 , EN EN 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 , EN EN 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. 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. 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 , EN IEC , EN IEC , EN EN EN EN

18 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. 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 ) [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 = nichtfunkende Betriebsmittel Ex nc = 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 behandelt. IEC , EN IEC , EN EN EN 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). IEC , EN EN Ex ma = Einsatz in Zone 0, 1, 2 Ex mb = Einsatz in Zone 1, 2 Eigensichere Systeme SYST Eigensichere Systeme: Beurteilung der Eigensicherheit für definierte Systeme (Geräte und Kabel) IEC , EN

19 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 , EN EN 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 , EN 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). IEC , EN Es gibt drei verschiedene Methoden: Ex op is = eigensichere optische Strahlung Ex op pr = geschützte optische Strahlung Ex op sh = Sperrung optischer Strahlung 19

20 11 Zündschutzarten 11.2 Zündschutzarten für elektrische Betriebsmittel in Bereichen mit brennbarem Staub Zündschutzart Bezeichnung Beschreibung/Anmerkungen IEC EN Allgemeine Bestimmungen IEC EN 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 , IEC EN (bis ), EN Es gibt zwei unterschiedliche gleichwertige Verfahren, A und B, um den Schutz sicherzustellen: - Verfahren A: Bestimmung der Staubdichtheit nach IEC (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 EN 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 EN 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. IEC EN Ex mad = Einsatz in Zone 20, 21, 22 Ex mbd = Einsatz in Zone 21, 22 20

21 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 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 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 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 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 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 Flüssigkeitskapselung k Durch Eintauchen in eine Schutzflüssigkeit oder durch ständiges Benetzen mit einem Flüssigkeitsfilm einer Schutzflüssigkeit werden Zündquellen unwirksam gemacht. EN