Explosionsgefährdete Bereiche

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1 Magnetventile für Explosionsgefährdete Bereiche Entstehungsgeschichte Die Einteilung von explosionsgefährdeten Bereichen in Zonen bezieht sich auf den Schutzgrad für elektrische Betriebsmittel, die in Bereichen installiert werden, die durch brennbare Gase oder Dämpfe explosionsfähig sind (IEC ). Da sich dieses Konzept als erfolgreich erwies, wurde es ebenfalls auf den Staubbereich angewendet. (IEC-EN ). Die neue Ausgabe der Norm IEC (2009) [EN (2009)] ersetzt IEC-EN und IEC-EN durch die folgenden Normen: IEC-EN : Einteilung der Bereiche, gasexplosionsgefährdete Bereiche IEC-EN : Einteilung der Bereiche, staubexplosionsgefährdete Bereiche (Staubgruppen/EPL) Die Norm EN legt die Projektierung, Auswahl und Errichtung elektrischer Anlagen fest. Definition der Bereiche, in denen vorhanden sein können Mit der Einteilung einer Anlage in verschiedene Zonen ist folgendes beabsichtigt (gemäß ATEX 1999/92/EG): Die Festlegung der Kategorien von Geräten zur Verwendung in den jeweiligen Zonen, sofern sie für Gase, Dämpfe, Nebel oder Stäube geeignet sind. Die Einteilung von explosionsgefährdeten Bereichen in Zonen zur Vermeidung potentieller Zündquellen und Festlegung der elektrischen bzw. nichtelektrischen Geräte, die in den jeweiligen Zonen benutzt werden sollen. Die Zonen sind in Abhängigkeit der Wahrscheinlichkeit einer Explosionsgefahr durch Gase oder Stäube festgelegt. 14 Gasgruppen Gruppe I: Elektrische Geräte zur Verwendung in Bergwerken, die durch Grubengas gefährdet sind. Gruppe II: Elektrische Geräte zur Verwendung in den übrigen Bereichen, die durch eine explosionsfähige gashaltige Atmosphäre gefährdet sind. Gruppe II Gruppe I (Bergbau) Zone Kategorie (2014/34/EU) Auftreten von explosionsfähiger Atmosphäre Zone 0 1 G (1) Ständig, häufig oder über lange Zeiträume Zone 1 2 G Gelegentlich bei Normalbetrieb Zone 2 3 G Selten und nur kurzzeitig (nicht bei Normalbetrieb) M1 (1) Vorhanden (Methan, Staub) M2 Mit hoher Wahrscheinlichkeit (Methan, Staub) Staubgruppen (entsprechend der 5. Ausgabe, IEC , 2007 (EN , 2009) (2) ) Gruppe III : Elektrische Betriebsmittel für Bereiche mit einer explosionsfähigen Staubatmosphäre. Gruppe III Zone Kategorie (2014/34/EU) Auftreten von explosionsfähiger Atmosphäre Zone 20 1 D (1) Ständig, häufig oder über lange Zeiträume (Luft/Wolke brennbaren Staubs) Zone 21 2 D Gelegentlich bei Normalbetrieb Zone 22 3 D Selten und nur kurzzeitig Die Einteilung der Anlage in Zonen liegt in der Verantwortung des Betreibers. Er muss die einzelnen Bereiche einer Anlage prüfen, um zu bestimmen, in welche Zone sie jeweils einzuteilen sind. Bereiche mit einer explosionsfähigen Atmosphäre aus Gasen oder Dämpfen und Bereiche mit einer explosionsfähigen Atmosphäre aus Staub müssen getrennt festgesetzt werden. Geräteschutzniveaus (Equipment Protection Levels - EPL) Unter normalen Bedingungen wird die Beziehung zwischen Zone und Geräteschutz durch die Geräteschutzniveaus (EPL) aufrecht erhalten. Wird jedoch ein Risiko als besonders hoch eingestuft, kann das erforderliche Geräteschutzniveau erhöht werden. In gleicher Weise wird bei einem besonders niedrigen oder vernachlässigbaren Risiko das Geräteschutzniveau nach unten von der Norm abweichen. Die folgende Tabelle stellt die übliche Beziehung zwischen Geräteschutzniveau (EPL) und Zone / Kategorie dar, ohne zusätzliche Risikobewertung. Equipment Protection Level (EPL) Normal anwendbare Zone(n) Kategorie (2014/34/EU) Ga 0 (sowie 1 und 2) 1G Gb 1 (und 2) 2G Gc 2 3G Da 20 (sowie 21 und 22) 1D Db 21 (und 22) 2D Dc 22 3D Ma / Mb Bergbau M1 / M2 (1) G = Gas ; D = Staub; M = Bergbau (2) Einschl. IEC (Stäube)

2 ASCO Fluidautimation für Entstaubungsanlagen Beispiele für eine Einteilung in unterschiedliche Zonen Abbildung A für eine explosionsfähige Atmosphäre aus Gasen: Zone 0 Zone 1 Zone 2 Zone 2 Zone 0 Zone 1 Zone 2 Zone 0 Zone 1 Abb. A Abbildung B für eine explosionsfähige Atmosphäre aus Stäuben: Zone 20 Zone 21 Zone 22 Zone 22 Zone 21 Neben stehende Abbildungen A und B dienen lediglich als Beispiel und auf keinen Fall als Modell oder Anleitung für eine entsprechende Anlage, bei der unter allen Umständen die Verantwortung dem Errichter und Betreiber obliegt. Staubabscheider Zone 20 Filtersack Abb. B 15

3 Magnetventile für Kennzeichnung Wie werden Geräte zur Verwendung in explosionsfähigen Atmosphären nach ATEX, EN 50014, EN oder EN gekennzeichnet? CE-Kennzeichnung zur Anzeige der Übereinstimmung mit den Europäischen Richtlinien. Kennnummer der benannten Stelle, die die EG-Baumusterprüfbescheinigung erteilt hat (z.b.: 0081 = LCIE). Sechseck-Symbol für die spezifische Kennzeichnung der elektrischen und nichtelektrischen Geräte für den Explosionsschutz. Spezifisches Symbol für explosionsgeschützte - elektrische Geräte [EN 50014] zur Anzeige der Zündschutzart gemäß den Europäischen Normen EN bis EN nicht-elektrische Geräte (EN ) und Zündschutzarten gemäß EN , 3, 4, 6 und 7, EN , EN d : Druckfeste Kapselung EN e : Erhöhte Sicherheit EN i : Eigensicherheit ia oder ib EN m : Vergusskapselung EN n : Nicht zündfähig EN o : Ölkapselung EN p : Überdruckkapselung EN q : Sandkapselung EN c : Konstruktive Sicherheit EN : Brennbarer Staub EN ZÜNDSCHUTZ- ARTEN GERÄTE- GRUPPEN TEMPERATUR- KLASSEN 0081 q II 2 G 0081 q II 2 GD EEx ia IIC T6 c T 85 C T q II 2 D IP65 T 135 C I: Untertagebergbau sowie dessen Übertageanlagen II: Alle übrigen Bereiche (siehe Seite 14) Gerätekategorie (G = Gas; D = Staub) M1 M2 1 G oder 1 D 2 G oder 2 D 3 G oder 3 D Schutzgrad der Gehäuse entsprechend der spezifizierten Temperaturklasse (EN 60529). Staubhaltige Atmosphären Maximale Oberflächentemperatur (Begrenzung aufgrund des Vorhandenseins einer Wolke aus in der Luft enthaltenem brennbaren Staub). Kennzeichnung nach ATEX-Richtlinie 2014/34/EU Zusätzliche Kennzeichnung von elektrischen Geräten nach EN Zusätzliche Kennzeichnung von nicht-elektrischen Geräten nach EN

4 ASCO Fluidautimation für Entstaubungsanlagen Wie werden Geräte zur Verwendung in explosionsfähigen Atmosphären nach ATEX, EN , EN oder EN gekennzeichnet? CE-Kennzeichnung zur Anzeige der Übereinstimmung mit den Europäischen Richtlinien. Kennnummer der benannten Stelle, die die EG-Baumusterprüfbescheinigung erteilt hat (z.b.: 0081 = LCIE). Sechseck-Symbol für die spezifische Kennzeichnung der elektrischen und nicht-elektrischen Geräte für den Explosionsschutz. I: Untertagebergbau, II: Alle übrigen Bereiche (siehe S. 14). Kategorien: 1 (Zone 0) - 2 (Zone 1) - 3 (Zone 2) Untertagebergbau sowie dessen Übertageanlagen: M1 M2 Gas : G Staub : D Spezifisches Symbol für explosionsgeschützte Geräte nach EN / IEC SCHUTZARTEN Elektrische Geräte für gashaltige Atmosphären: d : Druckfeste Kapselung EN e : Erhöhte Sicherheit EN i : Eigensicherheit EN (ia/ib/ic) m : Vergusskapselung EN (ma/mb/mc) n : Nicht zündfähig EN (na/..) Elektrische Geräte für staubhaltige Atmosphären: td : Schutz durch Gehäuse EN md : Schutz durch Vergusskapselung EN (mad/mbd) id : Schutz durch Eigensicherheit EN Nicht-elektrische Geräte: c : Schutz durch konstruktive Sicherheit EN q II 2 G Ex d IIC T q II 2 D Ex td A21 IP67 T135 C 0081 q II 2 D c T85 C T6 Ex d IIB Gb T6 Ex t IIIC Db IP67 T85 C Kennzeichnung nach EN (Elektrische Geräte für gasexplosionsgefährdete Bereiche) Kennzeichnung nach EN (Elektrische Geräte zur Verwendung in Bereichen mit brennbarem Staub) Kennzeichnung nach EN (Nicht-elektrische Geräte) Kennzeichnung nach EN-IEC (2007), einschl. EN ; EN-IEC /EN-IEC ma oder ia = Einsatz in Zone 0, Gas (D = Staub) mb oder ib = Einsatz in Zone 1, Gas (D = Staub) A = Nach Verfahren A für den Einsatz in einer bestimmten Zone (z.b. 21) geschützt (staubdichtes Gehäuse IP6X) Gerätegruppen (IIA, IIB, IIC, IIIA, IIIB, IIIC) Maximale Oberflächentemperatur Temperaturklasse Schutzarten (IP- Code) durch Gehäuse (EN 60529) Equipment Protection Level (EPL - Geräteschutzniveaus) 17

5 Magnetventile für Zündschutzarten Zündschutzarten für den Einsatz von elektrischen Geräten in gashaltigen Atmosphären Bei den Zündschutzarten handelt sich um die Anwendung von Schutzmaßnahmen bei elektrischen Betriebsmitteln, um eine Entzündung der sie umgebenden Atmosphäre zu verhindern. Schutzart Zonen "d" "e" Beschreibung Die Teile, die eine explosionsfähige Atmosphäre zünden können, werden 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 explosionsfähige Atmosphäre verhindert. Es sind Maßnahmen getroffen worden, um mit einem erhöhten Grad an Sicherheit die Möglichkeit unzulässig hoher Temperaturen und des Entstehens von Funken oder Lichtbögen im Innern oder an äußeren Teilen elektrischer Betriebsmittel, bei denen diese im normalen Betrieb nicht auftreten, zu verhindern. Darstellung "i" "ia" "ib" Es sind Maßnahmen getroffen worden, um mit einem erhöhten Grad an Sicherheit die Möglichkeit unzulässig hoher Temperaturen und des Entstehens von Funken oder Lichtbögen im Innern oder an äußeren Teilen elektrischer Betriebsmittel, bei denen diese im normalen Betrieb nicht auftreten, zu verhindern. U R L C "m" Zündschutzart, bei der die Teile, die eine explosionsfähige Atmosphäre durch Funken oder Erhitzung entzünden könnten, in einer Vergussmasse derart eingebettet sind, dass diese explosionsfähige Atmosphäre nicht entzündet werden kann. "n" Zündschutzart, bei der die Teile derart ausgeführt sind, dass eine umgebende explosionsfähige Atmosphäre bei Normalbetrieb und unter bestimmten, in der Norm festgelegten Bedingungen nicht entzündet werden kann. Es handelt sich um die folgenden fünf Gerätekategorien: na (nicht funkendes Material), nc (hermetisch dichte Einrichtung), nr (schwadensichere Gehäuse), nl (energiebegrenzte Betriebsmittel und Stromkreise) sowie np (vereinfachte Überdruckkapselung). "o" In Öl eingeschlossenes elektrisches Betriebsmittel. "p" Das Zündschutzgas im Innern wird unter einem Überdruck gegenüber der umgebenden Atmosphäre gehalten. "q" Füllung des Gehäuses mit feinkörnigem Füllgut. ASCO bietet Produkte in den folgenden Zündschutzarten an: - Nach Zündschutzart "d", "m", "em", "n" oder "i" zugelassene Magnetventile; - Nach Schutzart "c" zugelassene pneumatisch betätigte Ventile, fremdbetätigte Ventile, Zylinder und Geräte für die Luftaufbereitung. 18

6 ASCO Fluidautimation für Entstaubungsanlagen Zündschutzarten für den Einsatz von elektrischen Geräten in Bereichen mit brennbarem Staub (EN ) Die Zündschutzarten gelten für elektrische Geräte für die Verwendung in Bereichen, in welchen brennbarer Staub in solcher Menge vorhanden sein kann, dass er zu einer Gefahr durch Feuer oder Explosion führen könnte. EN = td ; EN = md ; EN = id Schutzart Zonen Beschreibung Darstellung Elektrische Betriebsmittel mit Schutz durch Gehäuse und Begrenzung der maximalen Oberflächentemperatur zur Verwendung in Bereichen, in welchen brennbarer Staub in solcher Menge vorhanden sein kann, dass er zu einer Gefahr durch Feuer oder Explosion führen könnte. "td" Die Zündschutzart basiert auf der Begrenzung der maximalen Oberflächentemperatur des äußeren Gehäuses und der anderen Oberflächen, auf denen sich Staub ansammeln kann, und auf der Einschränkung des Staubeintrittes durch die Verwendung von staubdichten oder staubgeschützten Gehäusen. "md" mad mbd Die Norm gilt nicht für elektrische Betriebsmittel für den Einsatz in Untertagebetrieben von Bergwerken und deren Übertageanlagen, die durch Grubengas und/oder brennbare Stäube gefährdet werden können, und ebenfalls nicht für aus dem Staub entstehende giftige Gase. Die Zündschutzart md bezeichnet elektrische Betriebsmittel mit Schutz durch Vergusskapselung und Begrenzung der maximalen Oberflächentemperatur zur Verwendung in Bereichen, in welchen brennbarer Staub in solcher Menge vorhanden sein kann, dass er zu einer Gefahr durch Feuer oder Explosion führen könnte. Zündschutzart, bei der Teile, die eine explosionsfähige Atmosphäre entweder durch Funken oder durch Erwärmung zünden können, in eine Vergussmasse so eingebettet sind, dass weder eine Staubwolke noch eine Staubablagerung unter Betriebs oder Installationsbedingungen gezündet werden kann. "id" Zündschutzart für eigensichere Betriebsmittel für den Einsatz in potentiell explosionsgefährdeten Staubatmosphären sowie zugehörige Betriebsmittel für den Anschluss an eigensichere, für den Einsatz in derartigen Atmosphären bestimmte Stromkreise. Gilt für elektrische Betriebsmittel mit Stromkreisen, in denen kein Funke oder kein thermischer Effekt die Zündung einer umgebenden brennbaren Staubatmosphäre verursachen kann. U R L C Zündschutzart für nicht-elektrische Geräte (EN = c) "c" Zündschutzart für eigensichere Betriebsmittel für den Einsatz in potentiell explosionsgefährdeten Staubatmosphären sowie zugehörige Betriebsmittel für den Anschluss an eigensichere, für den Einsatz in derartigen Atmosphären bestimmte Stromkreise. Gilt für elektrische Betriebsmittel mit Stromkreisen, in denen kein Funke oder kein thermischer Effekt die Zündung einer umgebenden brennbaren Staubatmosphäre verursachen kann. 19

7 Magnetventile für Gerätegruppen und Temperaturklassen Einteilung der Gase in Explosionsgruppen Gruppe I: Geräte zur Verwendung in Untertagebetrieben von Bergwerken und deren Übertageanlagen, die durch Grubengas und/oder brennbare Stäube gefährdet werden können. Gruppe II: Geräte zur Verwendung in den übrigen Bereichen, die durch eine explosionsfähige Atmosphäre gefährdet werden können (Industrie). Bei den Zündschutzarten d und i ist die Gruppe II in IIA, IIB und IIC unterteilt. Ein mit IIB gekennzeichnetes elektrisches Betriebsmittel kann für Anwendungen in der Explosionsgruppe IIA eingesetzt werden. Ein mit IIC gekennzeichnetes elektrisches Betriebsmittel kann für Anwendungen in den Explosionsgruppen IIA und IIB eingesetzt werden. Für die Zündschutzart d wird nach der Grenzspaltweite (MESG Maximum Experimental Safe Gap) und bei der Zündschutzart i nach dem der Mindestgrenzstrom (MIC Minimum Igniting Current) beurteilt. Ein mit IIB gekennzeichnetes elektrisches Betriebsmittel kann für den Einsatz mit einem Gas der Gruppe IIC zugelassen sein. In diesem Fall wird die Kennzeichnung durch die chemische Formel und den Namen des Gases ergänzt (z.b.: Ex d IIB + H 2 gemäß EN und EN ). Nachstehende Tabelle zeigt die Zugehörigkeit einiger gasförmiger Gemische zu den Gruppen: Gruppe Gas Zündtemperatur (1) ( C) Temperaturklasse T1 T2 T3 T4 T5 T6 I Methan (Grubengas) Aceton 540 Ammoniak 630 Essigsäure 485 Ethan 515 Kohlenmonoxid 605 Methan (CH 4 ) 595 A Methylenchlorid 556 Propan 470 n-butan 365 II n-butyl 370 n-hexan 240 Acetaldehyd 140 Ethylether 170 Ethylnitrit 90 Ethylen 425 B Ethyloxid Schwefelwasserstoff 270 Acetylen (C 2 H 2 ) 305 C Schwefelkohlenstoff (CS 2 ) 102 Wasserstoff (H 2 ) 560 (1) Temperatur einer heißen Oberfläche, die die Entzündung eines gasförmigen Gemisches hervorrufen kann. Die Zündtemperatur des gasförmigen Gemisches muss immer höher sein als die höchstzulässige Oberflächentemperatur. Es wird in der Praxis ein Sicherheitsfaktor von 10 bis 20 % zwischen der Zündtemperatur und der Umgebungstemperatur eingehalten. Die Zündtemperatur einer Wolke aus in der Luft enthaltenem Staub liegt zwischen 300 und 700 C. Bei 150 bi 350 C ist die Zündtemperatur einer Staubschicht weit niedriger als die einer Wolke aus in der Luft enthaltenem Staub. Da brennende Staubablagerungen eine Staubexplosion auslösen können, wenn der Brand auf eine Wolke aus in der Luft enthaltenem brennbaren Staub übergreift, müssen diese Werte zur Risikominderung berücksichtigt werden. 20

8 ASCO Fluidautimation für Entstaubungsanlagen Temperaturklassen Die Einteilung in Temperaturklassen basiert auf die maximale Oberflächentemperatur der Geräte. Es handelt sich dabei um die höchste unter den ungünstigsten Betriebsbedingungen auf einem Teil oder der gesamten Oberfläche eines elektrischen Betriebsmittels erreichte Temperatur, die in der Lage ist, eine umgebende explosionsfähige Atmosphäre zu zünden. Gruppe I: Gruppe II: Temperatur 150 C oder 450 C je nach Menge des Kohlenstaubs auf dem Gerät. Die Geräte sind folgendermaßen einzuteilen und zu kennzeichnen: vorzugsweise anhand der Temperaturklasse, die über die Oberflächentemperatur definiert wird oder ihre Verwendung ist gegebenenfalls auf die spezifischen brennbaren Gase oder Stäube zu beschränken, für die die Geräte zugelassen sind (und sie sind entsprechend zu kennzeichnen). Temperaturklasse Maximale Oberflächentemperatur ( C) Zündtemperatur (1) ( C) T1 450 > 450 T2 300 > 300 T3 200 > 200 T4 135 > 135 T5 100 > 100 T6 85 > 85 Einteilung der Stäube in Explosionsgruppen (entsprechend der 5. Ausgabe, IEC ) Gruppe III: Elektrische Betriebsmittel für Bereiche mit einer explosionsfähigen Staubatmosphäre. Die Gruppe III ist in IIIA (zündfähige Fasern und Flusen), IIIB (nicht-leitfähiger Staub) und IIIC (leitfähiger Staub) unterteilt. Zündfähige Fasern und Flusen: Kleine Feststoffteilchen, mit einer Größe bis zu 500 µm, die in der Atmosphäre einige Zeit suspendiert sein können, sich aber unter ihrem eigenen Gewicht absetzen, und sich dadurch auszeichnen, dass sie in Luft brennen oder glimmen können und dass sie bei atmosphärischem Druck und bei normalen Temperaturen zusammen mit Luft explosionsfähige Gemische bilden. Nicht-leitfähiger Staub: Stäube mit einem spezifischen elektrischen Widerstand größer als 10 3 Ωm Leitfähiger Staub: Stäube mit einem spezifischen elektrischen Widerstand bis zu 10 3 Ωm Brennbarer Staub Zündtemperatur (1) ( C) Selbstentzündungstemperatur von Staubschichten (1) ( C) Aluminium Baumwolle Getreide Magnesium Soyabohnen Schwefel Stärke Tabak (1) Die maximale Oberflächentemperatur ist zu bestimmen und auf die spezifische Art des vorhandenen Staubs abzustimmen (Geräte mit Kennzeichnung für Zone 21). Um die Selbstentzündung einer staubhaltigen Atmosphäre zu vermeiden, muss die maximale Oberflächentemperatur begrenzt werden. Sie darf folgende Werte nicht übersteigen: - 2/3 der Selbstentzündungstemperatur der spezifizierten Wolke aus Staub, - die Selbstentzündungstemperatur einer 5-mm-Staubschicht abzüglich 75 C. 21