Explosionsschutz Anforderungen an Armaturen und Antriebe Ex-Schutz Antriebe.pptx 26. Oktober 2013 Themenübersicht 1. Elektrostatik Beispiele, Triboelektrizität, Schutzmaßnahmen 2. Elektrischer Explosionsschutz Neues zur Kennzeichnung 3. Nicht-elektrischer Explosionsschutz Konstruktive Sicherheit c 4. Prüfung und Instandhaltung Befähigte Person, Beispiele 5. Anhang Literaturverweise, Informationsquellen 2 1
1 Elektrostatik Beispiele, Triboelektrizität, Schutzmaßnahmen Alltagserfahrung Elektrostatische Effekte treten z.b. auf bei: Ablegen von Woll- oder Fleece-Bekleidung Gehen und Anfassen einer Türklinke Benutzung von Pkw Wie kommt Elektrostatik zustande? Wie gefährlich sind Entladungen im Ex-Bereich? Welche Schutzmaßnahmen sind möglich? istockphoto 4 2
Beispiel: Aufladung von Personen Elektrostatische Entladung einer Person: Fühlbarkeitsgrenze der Funkenentladung 2 kv Kapazität Mensch - Erde 200 pf Gespeicherte Energie W = ½ CU 2 = 0,4 mj! BG RCI 5 Beispiele: Zündenergien Trichlorethan 1,2-Dichlorethan Cyclohexan Benzol Diethylether cis-2-penten Acrylnitril 1-Propin Ethin Schwefelkohlenstoff 9.300 mj 510 mj 4,1 mj 1,0 mj 0,55 mj 0,22mJ 0,21 mj 0,20 mj 0,20 mj 0,19 mj 0,18 mj 0,18 mj 0,17 mj 0,16 mj 0,13 mj 0,11 mj 0,061 mj 0,019 mj 0,016 mj 0,009 mj Werte: TRBS 2153 (Juli 2013) Dichlormethan Tetrafluorethen Aceton 2-Methylbutan Methanol trans-2-penten Cyclopropan 1,3-Butadien Ethylenoxid Wasserstoff 6 3
Beispiele zu Aufladeprozessen BG RCI BG RCI Palettenwickler: Rasches Abrollen isolierender Folien mit starker Aufladung Befüllen von FIBC: Schnelles Strömen von (isolierenden) Schüttgütern durch Rohr- oder Schlauchleitungen 7 Beispiele zu Aufladeprozessen BG RCI istockphoto Abfüllen von Flüssigkeiten: Strömen (isolierender) Flüssigkeiten beim Umfüllen oder der Probenahme Handhabung isolierender Gegenstände: Berühren, Abwischen etc. isolierender Oberflächen bei Reinigungsarbeiten o.ä. 8 4
Aufladung durch Triboelektrizität Grundmechanismus der Triboelektrizität: Annäherung zweier ungeladener Objekte (Abstand < 10 nm) Elektronenübertritt von einem Objekt zum anderen Bildung einer Doppelschicht an den Oberflächen Nach der Trennung verbleibt ein Ladungsüberschuß bzw. defizit an den Oberflächen BG RCI 9 Unterscheidung der Aufladeprozesse istockphoto BG RCI Manuelle Prozesse: Reiben mit einem Tuch Berühren mit dem Ärmel Gehen von Personen Etc. Stark ladungserzeugende Prozesse: pneumatischer Transport von Schüttgütern Strömung von Mehrphasengemischen Riemenantriebe Etc. 10 5
Einteilung nach Leitfähigkeit Leitfähig: Z.B. Kupfer, Stahl, Aluminium Betriebsmittel, Rohrleitungen, Kabeltrassen etc. istockphoto Ableitfähig: Z.B. Kunststoffe mit Rußbeigabe oder anderen Antistatika Betriebsmittel, Schlauchleitungen etc. Isolierend: Z.B. Teflon, Polyethylen Kunststoffbehälter, Installationsrohre, Abdeckfolien etc. istockphoto 11 Isolierende Gegenstände Verhindern zündwirksamer Entladungen isolierender Objekte u.a. durch: Flächenbegrenzung Durchmesserbegrenzung Dickenbegrenzung Verhinderung von Büschelentladungen (zwischen geerdetem Leiter und isolierendem, aufgeladenem Objekt) 12 6
Flächenbegrenzung Maximaler Oberflächenbereich [mm 2 ] Zone Gruppe IIA Gruppe IIB Gruppe IIC 0 5.000 2.500 400 1 10.000 10.000 2.000 2 10.000 10.000 2.000 Angaben aus Entwurf DIN EN 60079-14 (VDE 0165-1):2012-12 TRBS 2153: Maßnahmen bei Zone 2 nur im Falle erfahrungsgemäß zündwirksamer Entladungen erforderlich Vorsicht bei stark ladungserzeugenden Prozessen! 13 Durchmesserbegrenzung Maximale Breite oder Durchmesser [mm] Zone Gruppe IIA Gruppe IIB Gruppe IIC 0 3 3 1 1 30 30 20 2 30 30 20 Angaben aus Entwurf DIN EN 60079-14 (VDE 0165-1):2012-12 TRBS 2153: Maßnahmen bei Zone 2 nur im Falle erfahrungsgemäß zündwirksamer Entladungen erforderlich Vorsicht bei stark ladungserzeugenden Prozessen! 14 7
Dickenbegrenzung Maximaler Dicke [mm] Zone Gruppe IIA Gruppe IIB Gruppe IIC 0 2 2 0,2 1 2 2 0,2 2 2 2 0,2 Angaben aus Entwurf DIN EN 60079-14 (VDE 0165-1):2012-12 Vorsicht bei stark ladungserzeugenden Prozessen! 15 2 Elektrischer Explosionsschutz Neues zur Kennzeichnung 8
Eigensicherheit EEx i Funktionsprinzip der Eigensicherheit: Stromkreise mit begrenzten Strömen und Spannungen Energiespeicher (Spulen, Kondensatoren) werden begrenzt Verhinderung des Wirksamwerdens von Zündquellen 17 Schutzmaßnahmen EEx i Angewandte Schutzmaßnahmen: Speisegerät begrenzt Strom, Spannung, Leistung Feldgerät hat definierte Energiespeicher (L, C) 18 9
Bisherige Kennzeichnung EEx i Beispiel: eigensicherer Endlagensensor Bisherige technische Kennzeichnung: EEx ib IIC T6 Geeignet für Zone 1 Unterteilung in Gruppe A, B oder C abhängig von der Zündenergie 19 Bisherige Kennzeichnung EEx i Beispiel: eigensicherer Temperaturfühler Bisherige technische Kennzeichnung: EEx ia IIC T6 Geeignet für Zone 0 20 10
Bisher: Zündschutzarten und Zonen Zone Zündschutzart Zeichen 0 Eigensicherheit ia 1 Eigensicherheit Druckfeste Kapselung Erhöhte Sicherheit Überdruckkapselung Vergußkapselung Sandkapselung Ölkapselung ib d e p m q o 2?? 21 Zündschutzarten für Zone 2 Europanorm für Zone-2-Betriebsmittel seit 1999: EEx na: nichtfunkend EEx nc: gekapselt, umschlossen, dicht EEx nl: energiebegrenzt EEx nr: schwadensicher EEx np/nz: überdruckgekapselt 22 11
Aktueller Stand der Zone 2-Normung Aktuelle Ausgabe der EN 60079-15 (2010) enthält noch folgende Zündschutzarten: Ausführung nc Ausführung na Ausführung nr np/nz wurde in pz überführt nl wurde in ic überführt 23 Ausweitung der Einsatzbereiche Aktuelle Situation: Die Zündschutzarten werden für verschiedene Zonen mit unterschiedlichem Maß an Sicherheit spezifiziert Die Kennzeichnung muß eine entsprechende Unterscheidung ermöglichen 24 12
Erweiterte Kennzeichnung Lösung der Kennzeichnungsproblematik: Einführung des Equipment Protection Levels EPL (dt.: Geräteschutzniveau) Beschreibt das Maß an Sicherheit des Betriebsmittels Unterteilung der Betriebsmittel in Ga, Gb, Gc 25 Zonen und Kategorien Gase und Dämpfe istockphoto Zone Gruppe Kategorie EPL GAS 0 1G Ga 1 II 1G oder 2G Ga oder Gb 2 1G, 2G oder 3G Ga, Gb oder Gc 26 13
Neue Kennzeichnung EEx m mit EPL Beispiel: vergußgekapseltes Magnetventil Ex ma II T4 Ga geeignet für Zone 0 Ex mb II T4 Gb geeignet für Zone 1 Ex mc II T4 Gc geeignet für Zone 2 27 Unterteilung Gruppe II istockphoto Bisherige Unterteilung in IIA, B oder C abhängig von: Spaltweite (Ex d, ggf. Ex nc) Zündenergie (Ex i, Ex nl) Neu: Unterteilung aus elektrostatischen Gründen (für alle Zündschutzarten) 28 14
Eigensichere Betriebsmittel: Ex-Bereich Rechtliche Kennzeichnung nach Richtlinie 94/9/EG II 1 G II 1 G II 2 G Technische Kennzeichnung nach Normen IEC/EN 60079-0 bzw. -11 EEx ia IIC T6 Ex ia IIC T6 Ga Ex ia IIC T6 Gb Explosionsgeschützt Zündschutzart ia (Stromkreis: elektr. Funken) Gerätegruppe (über Tage, Gas) Temperaturklasse Geräteschutzniveau (Gehäuse: Elektrostatik) 29 Einfache Betriebsmittel und RL 94/9/EG Für einfache elektrische Betriebsmittel gilt: Ohne eigene potentielle Zündquelle unterliegen sie nicht der RL 94/9/EG, d.h. es ist keine Konformitätsbewertung, Kennzeichnung, EG-Baumusterprüfung erforderlich Voraussetzung: sie werden in einem eigensicheren Stromkreis betrieben Einfluß auf die thermische Zündung oder Funkenzündung ist dennoch zu bewerten 30 15
Ausblick zu Klemmenkästen Aktueller Entwurf der Installationsnorm DIN EN 60079-14 (VDE 0165-1): Bei mehr als einem eigensicheren Stromkreis gelten künftig Zusatzanforderungen im Hinblick auf die Schlagfestigkeit, Lichtbeständigkeit, Leichtmetalle, Elektrostatik etc. Zu erfüllen z.b. durch Einsatz zertifizierter Ex-e-Klemmenkästen 31 3 Nicht-elektrischer Explosionsschutz Konstruktive Sicherheit c 16
Normengrundlage: EN 13463- istockphoto Die Normenreihe EN 13463 ist anwendbar bei: Konstruktion, Bau, Prüfung und Kennzeichnung nicht-elektrischer Betriebsmittel Ex-Bereichen durch Gas, Dampf, Nebel, Staub Gerätegruppen I und II aller Kategorien Herstellernorm 33 Übersicht: Normenreihe EN 13463- Normenreihe Nicht-elektrische Geräte für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen besteht aus: Teil 1: Grundlagen und Anforderungen Teil 2: Schutz durch schwadenhemmende Kapselung fr Teil 3: Schutz durch druckfeste Kapselung d Teil 5: Schutz durch konstruktive Sicherheit c Teil 6: Schutz durch Zündquellenüberwachung b Teil 8: Schutz durch Flüssigkeitskapselung k Anwendernormen zu Installation, Prüfung und Instandhaltung, Reparatur etc. (vgl. zu EN 60079-14, -17 und -19) existieren derzeit noch nicht 34 17
Besonderheit nicht-elektrischer Geräte istockphoto Zündgefahren durch Betriebsmittel: bei elektrischen Betriebsmitteln häufig bereits im Normalbetrieb gegeben bei nicht-elektrischen Betriebsmitteln bei Normalbetrieb in der Regel nicht gegeben Zündgefahrenbewertung als Grundlage 35 Konstruktive Sicherheit c Funktionsprinzip: bei Normalbetrieb sind keine Zündquellen enthalten Risiko von mechanischen Fehlern wird reduziert Eindringen von Fremdkörpern Lagerbelastung Lebensdauer 36 18
28.10.13 Kennzeichnung c Beispiel: Einsatz in der Zone 1, Temperaturklasse T4 II 2 G c T4 37 4 Prüfung und Instandhaltung Befähigte Person, Beispiele 19
Prüfungen im Ex-Bereich Prüfung von Arbeitsplätzen in Ex-Bereichen sowie Ex-Anlagen bzw. Betriebsmitteln: Vor erstmaliger Nutzung bzw. Inbetriebnahme Nach Änderung bzw. wesentlicher Veränderung Nach Instandsetzung (von Betriebsmitteln) Wiederkehrend Erfolgt durch zugelassene Überwachungsstelle (ZÜS) oder befähigte Person TÜV SÜD 39 Konkretisierung durch TRBS 1203 TRBS 1203 beinhaltet Konkretisierungen für befähigte Personen: allgemeine Anforderungen für alle befähigten Personen (Abschnitt 2) Zusätzliche Anforderungen für bestimmte Gefährdungen (Abschnitt 3) Explosionsgefährdung Gefährdung durch Druck elektrische Gefährdung istockphoto 40 20
Instandhaltungsbegleitende Prüfung istockphoto Besonderheit instandhaltungsbegleitender Prüfungen: Werden im Rahmen üblicher Instandhaltungen durchgeführt Befähigte Person kann sich die Ergebnisse zu eigen machen Gelten selbst nicht als wiederkehrende Prüfung nach 15 BetrSichV! 41 Prüfung vor Inbetriebnahme Prüfung von Ex-Anlagen bzw. Betriebsmitteln i.d.r. als Detailprüfung: Betriebsmittel nach RL 94/9/EG: Zustand, Zusammenschaltung, Installation, Montage Verbindungselemente: Zustand, Zusammenschaltung, Installation/Montage Wechselwirkungen: Potentialausgleich, Blitz- und Überspannungsschutz etc. istockphoto 42 21
Wiederkehrende Prüfung Prüfung von Ex-Anlagen bzw. Betriebsmitteln i.d.r. als Sicht- bzw. Nahprüfung: Ermittlung der Prüffristen sind für den jeweiligen Einzelfall zu ermitteln Herstellerangaben, Betriebserfahrung, Umgebungsbedingungen etc. berücksichtigen Maximalfrist für allgemeine Ex-Anlagen nach BetrSichV 1 (2) 3: 3 Jahre Maximalfrist für Anlagen nach BetrSichV 1 (2) 4: 5 Jahre (Prüfung durch ZÜS) istockphoto 43 Nach Änderung, wesentlicher Veränderung Nach Änderung oder wesentlicher Veränderung von Ex-Anlagen ist u.a. zu prüfen: Hat sich das Schutzkonzept im Ex-Schutz-Dokument geändert? Ist das Explosionsschutzdokument zu ändern? Ist ein späteres Bereitstellen auf dem Markt vorgesehen? istockphoto 44 22
Instandsetzung von Betriebsmitteln istockphoto Instandsetzung von Betriebsmitteln: Relevanz für den Explosionsschutz bewerten; falls erforderlich Prüfung durchführen Konkretisierung durch TRBS 1201 Teil 3 45 Erstellung von Prüfplänen Stellenwert der DIN EN 60079-17 (VDE 0165-10-1):2008-05: Prüfung und Instandhaltung elektrischer Anlagen enthält im Anhang Beispielprüfpläne Keine Hinweise auf nicht-elektrische Betriebsmittel Achtung: Anforderungen der BetrSichV und TRBS beachten Bild: TÜV SÜD 46 23
Beispiel: Austausch Schwenkantrieb c Austausch eines defekten Schwenkantriebes Ein Antrieb (Hersteller Müller, Typ X123) mit gegebenen Daten wie z.b. Kategorie, Temperaturklasse etc. fällt aus Austausch erfolgt gegen ein baugleiches Modell Müller X123 Ist eine Prüfung nach BetrSichV notwendig? Falls ja, durch wen? 47 Anforderung der BetrSichV TÜV SÜD Prüfung von Ex-Anlagen bzw. Betriebsmitteln: Vor erstmaliger Inbetriebnahme gem. 14 (1) Erfolgt durch zugelassene Überwachungsstelle (ZÜS) oder befähigte Person Im vorliegenden Beispiel erforderlich? 48 24
Anforderung TRBS 1123 "Nach einem Austausch von Geräten [ ] ist [ ] gemäß 14 Abs. 1 in Verbindung mit Abs. 3 BetrSichV zu prüfen. Dies gilt auch für die Erweiterung der Ex-Anlage durch Hinzufügen von Geräten [ ]. Satz 1 gilt nicht, wenn es sich um einen Austausch gegen baugleiche Geräte [ ] handelt, bei dem die Montage-, Installations- und Aufstellbedingungen und die sichere Funktion unverändert bleiben und aus der bestehenden Gefährdungsbeurteilung nichts Gegenteiliges hervorgeht. TRBS 1123 Abschnitt 4.2 (1) Begriff Zitat Literatur 49 Beispiel: Gerätetausch Stellungsregler Ex d Austausch eines Ex-d-Stellungsregler Regler (Hersteller Huber, Typ AB 123) mit gegebenen Daten wie z.b. Kategorie, Temperaturklasse, Gruppe und Spaltweite, Betriebsspannungsbereich etc. fällt aus Originalgerät Huber AB123 ist nicht verfügbar Austausch erfolgt gegen ein Modell Schmidt 4711 Ist eine Prüfung nach BetrSichV notwendig? Falls ja, durch wen? Pepperl*Fuchs 50 25
Begriff: baugleich Als baugleich werden solche Geräte [ ] bezeichnet, die sowohl hinsichtlich ihrer verfahrenstechnischen Funktion als auch hinsichtlich ihrer sicherheitstechnischen Kennwerte den zu ersetzenden Geräten [...] entsprechen. TRBS 1123, Abschnitt 2 (5) Begriff Zitat Literatur 51 Konsequenzen aus der TRBS 1123 Eine Prüfung vor Inbetriebnahme nach 14 (1) ist nicht zwingend erforderlich: Wenn gem. TRBS 1123 Abschnitt 2 (5) ein blaugleiches Gerät verwendet wird Baugleich bedeutet nicht zwingend 1:1-Austausch Instandhaltungspersonal muß die Baugleichheit bewerten können Sicherheitstechnische Kennwerte umfassen auch Umgebungstemperatur, Elektrostatik, ggf. besondere Bedingungen ( X ) etc. 52 26
Beispiel: Instandsetzung Endlagensensor Instandsetzung eines Ex-i-Endlagensensors: Kennzeichnung des Sensors II 2 G Ex ib IIC T6 Gb Geräteausfall durch defekten Widerstand auf der Leiterplatte Austausch erfolgt durch ein nicht-steckbares Originalersatzteil Prüfung notwendig? Falls ja, durch wen? 53 5 Anhang Literaturverweise, Informationsquellen 27
Weitere Informationen Technische Regeln für Betriebssicherheit (TRBS) 1111 Gefährdungsbeurteilung und sicherheitstechnische Bewertung Technische Regeln für Betriebssicherheit (TRBS) 1112 Instandhaltung Technische Regeln für Betriebssicherheit (TRBS) 1112 Teil 1 Explosionsgefährdung bei und durch Instandhaltungsarbeiten Beurteilung und Schutzmaßnahmen Technische Regeln für Betriebssicherheit (TRBS) 1123 Änderung und wesentliche Veränderung von Anlagen nach 1 Abs. 2 Satz 1 Nr. 3 BetrSichV Ermittlung der Prüfnotwendigkeit gem. 14 Abs. 1 und 2 BetrSichV Technische Regeln für Betriebssicherheit (TRBS) 1201 Prüfungen von Arbeitsmitteln und überwachungsbedürftigen Anlagen Begriff Zitat Literatur 55 Weitere Informationen Technische Regeln für Betriebssicherheit (TRBS) 1201 Teil 3 Instandsetzung von Geräten [...] im Sinne der RL 94/9/EG Ermittlung der Prüfnotwendigkeit gem. 14 Abs. 6 BetrSichV VDE-Schriftenreihe Band 65 Klaus Wettingfeld Explosionsschutz nach VDE und BetrSichV VDE-Schriftenreihe Band 125 Grapentin/Wettingfeld Prüfung elektrischer Anlagen, sicherheitstechnischer Einrichtungen und Prüfung des Explosionsschutzes Begriff Zitat Literatur 56 28
Weitere Informationen DIN EN 13463-1:2009-07 Nicht-elektrische Geräte für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen - Teil 1: Grundlagen und Anforderungen DIN EN 13463-2:2005-02 Nicht-elektrische Geräte für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen - Teil 2: Schutz durch schwadenhemmende Kapselung fr DIN EN 13463-3:2005-07 Nicht-elektrische Geräte für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen - Teil 3: Schutz durch druckfeste Kapselung d DIN EN 13463-5:2011-10 Nicht-elektrische Geräte für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen - Teil 5: Schutz durch konstruktive Sicherheit c Begriff Zitat Literatur 57 Weitere Informationen DIN EN 13463-6:2005-07 Nicht-elektrische Geräte für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen - Teil 6: Schutz durch Zündquellenüberwachung b DIN EN 13463-8:2004-01 Nicht-elektrische Geräte für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen - Teil 8: Schutz durch Flüssigkeitskapselung k DIN EN 14986-8:2007-05 Konstruktion von Ventilatoren für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen VDE-Schriftenreihe Band 65 Explosionsschutz nach VDE und BetrSichV, Klaus Wettingfeld Begriff Zitat Literatur 58 29
Weitere Informationen Technische Regeln für Betriebssicherheit (TRBS) 2153 Vermeidung von Zündgefahren infolge elektrostatischer Aufladungen BGR 132 Vermeidung von Zündgefahren infolge elektrostatischer Aufladungen VDE-Schriftenreihe Band 65 Klaus Wettingfeld Explosionsschutz nach VDE und BetrSichV Expert-Verlag Kontakt & Studium Band 44 Günter Lüttgens und 6 Mitautoren Statische Elektrizität: begreifen beherrschen - anwenden 59 30