TÜV SÜD Höchster Sicherheit 2015 Zündschutzart i neue Anforderungen? www.pepperl-fuchs.com 1
Themenübersicht 1. Schutzniveaus und Zonen ia, ib, ic vs. Zone 0, 1 und 2 2. Nachweis der Eigensicherheit Gemischte Stromkreise, 50 %-Regel, Stand der Technik 3. Installation Klemmenkästen 4. Anhang Weiterführende Information www.pepperl-fuchs.com 2
TÜV SÜD 1. Schutzniveaus und Zonen ia, ib, ic vs. Zone 0, 1 und 2 www.pepperl-fuchs.com 3
Schutzniveau ia und ib Pepperl+Fuchs Klassische Zuordnung von Zone zu Schutzniveau:? ia ist geeignet für Zone 0 ib ist geeignet für Zone 1 ic ist geeignet für Zone 2 Bezog sich bisher nur auf die Eigenschaften des Stromkreises! www.pepperl-fuchs.com 4
Zugehörige Betriebsmittel: Nicht-Ex-Bereich Rechtliche Kennzeichnung nach Richtlinie 94/9/EG II (1) G II (1) G Technische Kennzeichnung nach Normen IEC/EN 60079-0 bzw. -11 [ EEx ia ] IIC [ Ex ia Ga ] IIC [ ]: zugehöriges Betriebsmittel Explosionsgeschützt Zündschutzart ia (geeignet für Zone 0) Geräteschutzniveau (geeignet für Zone 0) Gerätegruppe (über Tage, geeignet für Gase/Dämpfe mit geringster Zündenergie) www.pepperl-fuchs.com 5
Eigensichere Betriebsmittel: Ex-Bereich Rechtliche Kennzeichnung nach Richtlinie 94/9/EG II 1 G II 1 G Technische Kennzeichnung nach Normen IEC/EN 60079-0 bzw. -11 EEx ia IIC T6 Ex ia IIC T6 Ga II 2 G Ex ia IIC T6 Gb Explosionsgeschützt Zündschutzart ia (Stromkreis: elektr. Funken) Gerätegruppe (über Tage, Gas) Temperaturklasse Geräteschutzniveau (???) www.pepperl-fuchs.com 6
Elektrostatik: Gas-Ex-Bereiche (Gruppe II) Pepperl+Fuchs Anforderungen für Gas-Ex-Bereiche (Gruppe II): Nichtmetallische Teile sind so auszulegen, daß gefährliche Aufladung vermieden wird (Betrieb, Wartung, Reinigung) Werkstoffauswahl Begrenzung von Oberfläche, Durchmesser oder Schichtdicke isolierender Materialien Warnhinweis www.pepperl-fuchs.com 7
Elektrostatik: Gruppe II Oberflächenbereich [mm 2 ] EPL Gruppe IIA Gruppe IIB Gruppe IIC Ga 5.000 2.500 400 Gb 10.000 10.000 2.000 Gc 10.000 10.000 2.000 Begrenzung der Oberflächen nichtmetallischer Schichten: Der Stromkreis ia ist 2-Fehler-sicher für den Einsatz in Zone 0, die isolierende Oberfläche des Gehäuses könnte jedoch zu den zulässigen Grenzwert überschreiten www.pepperl-fuchs.com 8
TÜV SÜD 2. Nachweis der Eigensicherheit Gemischte Stromkreise, 50 %-Regel, Stand der Technik www.pepperl-fuchs.com 9
Nachweis der Eigensicherheit istockphoto Wesentlichen Aspekte beim Nachweis der Eigensicherheit: Sind zündfähige Funken zuverlässig vermieden? Sind unzulässig heiße Oberflächen zuverlässig vermieden? Nachweis der Eigensicherheit der Zusammenschaltung erfolgt meist rechnerisch Verantwortlich für die Erstellung ist der Planer des Systems www.pepperl-fuchs.com 10
Erforderliche Dokumentation Folgende Informationen müssen mindestens vorliegen: Anlage Vorliegende Zone, Temperaturklasse bzw. Zündtemperatur(en) sowie Gruppe Umgebungstemperatur, ggf. sonstige Umwelteinflüsse Zugehöriges Betriebsmittel Hersteller, Typenbezeichnung, Artikel- oder Bestellnummer Betriebsanleitung, ggf. Bescheinigung und Nachtrag mit Werten U o, I o, P o, L o und C o Sicherheitstechnische Maximalspannung U m Eigensicheres Betriebsmittel Hersteller, Typenbezeichnung, Artikel- oder Bestellnummer Betriebsanleitung, ggf. Bescheinigung und Nachtrag Werten U i, I i, P i, L i und C i Leitung Induktivitäts- und Kapazitätsbelag, Länge Isolationsfestigkeit, Adernquerschnitte www.pepperl-fuchs.com 11
Grundverfahren: Vergleich von U, I, P, L, C Zugehöriges Betriebsmittel Leitung Eigensicheres Betriebsmittel U o U i I o I i P o P i L o L c + L i C o C c + C i www.pepperl-fuchs.com 12
Fragen zum Nachweis der Eigensicherheit Die wichtigsten Fragen zum Nachweis der Eigensicherheit sind: Wurde der Nachweis jemals erbracht? Falls ja: wurde er nach dem Stand der Technik erbracht? Ist eine entsprechende Dokumentation vorhanden? Unterschied zwischen anerkannte Regel der Technik (z.b. IEC/EN/DIN-Normen) und Stand der Technik (z.b. PTB-Berichte) beachten! Pepperl+Fuchs www.pepperl-fuchs.com 13
Herkunft der Werte L o und C o istockphoto Wichtige Fragestellung beim Nachweis der Eigensicherheit: Woher stammen die Angaben L o und C o? Sind beide Grenzwerte tatsächlich gleichzeitig ausnutzbar? Grenzen der Anwendbarkeit der Zündgrenzkurven nach EN 60079-11 beachten! www.pepperl-fuchs.com 14
Kapazitive Zündgrenzkurve: U und C Kapazität C U o R i Funkenprüfgerät Quelle Kapazität Gegenüberstellung von U und C führt zur kapazitiven Zündgrenzkurve (schematische Darstellung): Gruppe IIA Gruppe IIB Gruppe IIC Spannung U www.pepperl-fuchs.com 15
Induktive Zündgrenzkurve: I und L Induktivität L U o R i Funkenprüfgerät Quelle Induktivität Gegenüberstellung von I und L führt zur induktiven Zündgrenzkurve (schematische Darstellung): Gruppe IIA Gruppe IIB Gruppe IIC Strom I www.pepperl-fuchs.com 16
Kennlinien zugehöriger Betriebsmittel Lineare Kennlinie P o = ¼ U o I o Zündgrenzkurven der EN 60079-11 sind anwendbar U o I o Trapezförmige Kennlinie In der Regel gilt: ¼ U o I o < P o < U o I o Zündgrenzkurven der EN 60079-11 sind nicht anwendbar Ermittlung von L o und C o experimentell, mit ThEx-10 bzw. EN 60079-25 Anhang C oder Software ispark (PTB) U o I o Rechteckförmige Kennlinie P o = U o I o Zündgrenzkurven der EN 60079-11 sind nicht anwendbar Ermittlung von L o und C o experimentell, mit ThEx-10 bzw. EN 60079-25 Anhang C oder Software ispark (PTB) U o I o www.pepperl-fuchs.com 17
Anwendbarkeit der Zündgrenzkurven istockphoto Aufgrund der Ermittlung der Kurven sind diese nur eingeschränkt anwendbar: Die Zündgrenzkurven gelten nur für lineare Quellen Die Grenzwerte L o und C o wurden im Experiment getrennt ermittelt wie ist bei gemischter Beschaltung zu verfahren, d.h. bei gleichzeitigem Anschluß von Induktivität und Kapazität in einem realen Stromkreis? www.pepperl-fuchs.com 18
Beispiel: einfacher Stromkreis Zugehöriges Betriebsmittel Leitung Eigensicheres Betriebsmittel U o = 25,5 V l = 200 m U i = 26 V I o = 117 ma L' = 1 mh/km I i = 120 ma P o = 746 mw C' = 200 nf/km P i = 800 mw L o = 2,6 mh L c = 0,2 mh L i = 0,9 mh C o = 104 nf C c = 40 nf C i = 60 nf Ergebnis: der Stromkreis ist eigensicher?!? www.pepperl-fuchs.com 19
Beispiel: Aufzug Pepperl+Fuchs www.pepperl-fuchs.com 20
Installationsnorm IEC/EN 60079-14 istockphoto Hinweise auf die Problematik gemischter Stromkreise in der Installationsnorm: Anschluß von entweder nur L i oder nur C i ist zulässig Anschluß reiner Leitungsreaktanzen L c und C c ist unkritisch Im Falle gemischter Beschaltung Anwendung des PTB-Berichtes ThEx-10 Früher enthielt nur das nationale Vorwort der DIN EN 60079-14 (VDE 0165-1), Ausgabe 1998 bzw. 2004, einen entsprechenden Hinweis www.pepperl-fuchs.com 21
Graphisches Verfahren ThEx-10 Vorgehensweise bei der Ermittlung von L o und C o : Erfordert Kenntnis der Kennlinienform des zugehörigen Betriebsmittels Erfordert u.u. die Anwendung unterschiedlicher Diagramme bis zur gelungenen Ermittlung von L o und C o Problem insbesondere bei wenig Übung: Schwierig anzuwenden Zeitaufwendig Nicht automatisierbar DIN EN 60079-25 (VDE 0170-10-1) www.pepperl-fuchs.com 22
IEC 60079-14, Edition 4.0, 2007 IEC 60079-14, Edition 4.0, 2007 enthält ein alternatives Verfahren zum ThEx-10: Anwendung der 50 %-Regel zur rechnerischen Ermittlung reduzierter Werte Aktuell im Abschnitt 16 der Norm (zusätzliche Anforderungen i ) beschrieben Seit 2008/2009 in allen nationalen Ausgaben (DIN, ÖVE/ÖNORM, SN etc.) enthalten Wurden frühere Berechnungen diesbezüglich überprüft? istockphoto www.pepperl-fuchs.com 23
Ablaufdiagramm 50 %-Regel IEC/EN 60079-14 IEC/EN 60079-25 START 50 % der Werte L o und C o anwendbar ja U o, I o, P o, L o, C o ermitteln Kennlinie linear? ja Σ L i > 1% L o? ja Σ C i > 1% C o? ja IIC? nein nein nein nein Volle Werte L o und C o anwendbar Begrenzung von C o auf 600 nf Begrenzung von C o auf 1 µf Vorsicht: Hinweis auf (sinnvolle) Anwendung der 50 %-Regel nur im Falle linearer Quellen fehlt in der aktuellen Ausgabe der DIN EN 60079-14 (VDE-0165-1):2014-10! www.pepperl-fuchs.com 24
Beispiel: L i und C i mit Reduzierung Zugehöriges Betriebsmittel Leitung Eigensicheres Betriebsmittel U o = 28 V l =? m U i = 30 V I o = 120 ma L' = 1 mh/km I i = 150 ma P o = 840 mw C' = 200 nf/km P i = 1000 mw L o = 2,4 mh L c =? mh L i = 0,5 mh C o = 83 nf C c =? nf C i = 30 nf www.pepperl-fuchs.com 25
Beispiel: L i und C i mit Reduzierung 0,024 mh 0,5 mh L = 1 mh/km 30 nf C = 200 nf/km 2,4 mh 83 nf 0,83 nf Berechnung der maximal zulässigen Leitungslänge: Sowohl L i als auch C i sind größer als 1 % von L o bzw. C o Reduzierung von L o und C o auf jeweils 50 % der Ausgangswerte erforderlich l induktiv = (1,2 mh - 0,5 mh) 1 mh/km = 700 m l kapazitiv = (41,5 nf - 30 nf) 200 nf/km = 57,5 m www.pepperl-fuchs.com 26
Beispiel: 2 Quellen im Stromkreis Zugehöriges Betriebsmittel 1 Leitung Zugehöriges Betriebsmittel 2 U o = 3,5 V l = 200 m U o = 14 V I o = 74 ma L' = 1 mh/km I o = 70 ma P o = 64 mw C' = 200 nf/km P o = 300 mw L o = 6,4 mh L c = 0,2 mh L o = 2 mh C o = 100 µf C c = 40 nf C o = 0,43 µf www.pepperl-fuchs.com 27
Problematik der Zusammenschaltung Auswirkungen mehrerer zugehöriger Betriebsmittel auf die Funkenzündung: Spannungs- bzw. Stromaddition kann zu Funken höherer Energie führen Aufgrund jetzt höherer U o bzw. I o müssen neue L o - und C o -Werte ermittelt werden Pepperl+Fuchs www.pepperl-fuchs.com 28
Zitat: Eigensicherheit ib Das Schutzniveau muß als ib betrachtet werden, selbst wenn alle zugehörigen Betriebsmittel dem Schutzniveau ia entsprechen. ANMERKUNG: Diese Reduzierung trägt der Tatsache Rechnung, daß die Beurteilung ohne jede experimentelle Prüfung, nur durch Berechnung erfolgt. EN 60079-14:2008; Anhang A.2 Begriff Zitat Literatur www.pepperl-fuchs.com 29
Hinweis auf Bewertungsverfahren IEC/EN 60079-14 (12.2.5.3) + Anhang A und B anwendbar für lineare Quellen konservative Betrachtung der Strom- bzw. Spannungsaddition, d.h. Verdrahtungsfehler i.d.r. unkritisch IEC/EN 60079-25 (11) + Anhang B anwendbar für lineare Quellen schaltungstechnisch richtige Betrachtung der Strom- bzw. Spannungsaddition, d.h. erfordert gesicherte Verdrahtung der einzelnen Quellen IEC/EN 60079-25, Anhang C anwendbar bei nicht-linearen Quellen berücksichtigt konzentrierte (diskrete) L i und C i PTB-Software ispark wie IEC/EN 60079-25, Anhang C, jedoch mit kontinuierlichen L i -Werten erweiterte Möglichkeiten bei der Berücksichtigung der Leitung www.pepperl-fuchs.com 30
TÜV SÜD 3. Installation Klemmenkästen www.pepperl-fuchs.com 31
Neu: DIN EN 60079-14 (VDE 1065-1):2014-10 Zusatzanforderungen an Verteiler mit mehr als einem Ex-i-Kreis: Schlagfestigkeit, Lichtbeständigkeit, Leichtmetalle, Elektrostatik etc. sind zu prüfen Zu erfüllen z.b. durch Einsatz zertifizierter Ex-e-Klemmenkästen Alternativ: der Ex-i-Nachweis belegt, daß auch die Zusammenschaltung der Stromkreise noch eigensicher ist Pepperl+Fuchs www.pepperl-fuchs.com 32
TÜV SÜD 4. Anhang Weiterführende Information www.pepperl-fuchs.com 33
Weitere Informationen DIN EN 60079-11 (VDE 0170-7):2012-06 Explosionsgefährdete Bereiche - Teil 11: Geräteschutz durch Eigensicherheit "i DIN EN 60079-14 (VDE 0165-1):2014-10 Explosionsfähige Atmosphäre - Teil 14: Projektierung, Auswahl und Errichtung elektrischer Anlagen DIN EN 60079-25 (VDE 0170-10-1):2011-06 Explosionsfähige Atmosphäre - Teil 25: Eigensichere Systeme VDE-Schriftenreihe Band 65 Klaus Wettingfeld Explosionsschutz nach VDE und BetrSichV Grundlagen Ex-Schutz Zündschutzart Eigensicherheit Pepperl+Fuchs GmbH, Mannheim Begriff Zitat Literatur www.pepperl-fuchs.com 34