Ex oder hopp?

Ex-Schutz: Fakt oder Behauptung?

Anlagenbau
Chemie
Pharma
Ausrüster
Planer
Betreiber
Einkäufer
Manager

12.04.2013 Sie denken, den Ex-Schutz haben Sie im Griff? Im Explosionsschutz werden viele Behauptungen aufgestellt, deren Richtigkeit zumindest fraglich ist. Im Zweifel geht hier nichts über qualifizierten Expertenrat im direkten Dialog. Einige Punkte beleuchtet dieser Beitrag.

Anzeige

Entscheider-Facts Für Betreiber und Planer

  • Sowohl die Datenübertragung per Lichtwellenleiter als auch per Funk birgt Ex-Risiken. Selbst passive RFID-Tags sind unter Ex-Gesichtspunkten zu betrachten.
  • Bei busgespeisten Feldbussen lassen sich theoretisch bis zu 32 Ex i-Feldgeräte in ein Segment einbinden.
  • Für Ex-Zone 2 zugelassene Geräte dürfen in Nordamerika in Division-2-Bereichen eingesetzt werden. Umgekehrt gilt dies jedoch nicht. 

Behauptung 1: „Lichtwellenleiter brauchen keinen Ex-Schutz!“
Das ist falsch. Auch optische Strahlung stellt ein Explosionsrisiko dar. In optischen Leitern wird Licht auf einen sehr kleinen Punkt fokussiert: Die wesentliche Gefahr liegt darin, dass dieses Lichtbündel bei einem Kabelschaden oder an einem sich öffnenden Steckverbinder austreten und eine Oberfläche oder Partikel erwärmen kann. Es muss sichergestellt sein, dass in einem solchen Fall weder eine bestimmte Bestrahlungsstärke, das heißt ein Energiewert pro Fläche, überschritten wird, noch eine – unabhängig von der Streuung – bereits zu hohe Lichtenergie freigesetzt wird. Dies erfordert z.B. speziell gebaute und zertifizierte Sender und Empfänger oder eine besondere Kabelverlegung. Kritisch ist bei vielen Anwendungen, dass typische Switche mit LWL bereits nahe oder sogar oberhalb der zulässigen maximalen Lichtleistung senden – ganz zu schweigen von der austretenden Lichtleistung im Fehlerfall. Für Installationen in Zone 1 ist eine Prüfbescheinigung für Switche und Endgeräte unabdingbar. Auch in Zone 2 sind Schutzmaßnahmen erforderlich. Um die Zündgefahr zu vermeiden, stehen drei Schutzkonzepte zur Wahl, die in der IEC EN 60079-28 beschrieben sind. Ein Schutz ist einerseits durch die sogenannte inhärent sichere optische Strahlung möglich, die auf dem Schutzkonzept der Eigensicherheit basiert. Eine weitere Schutzart stellt die geschützte optische Strahlung dar. Alternativ kann man auf ein Konzept setzen, dass bei einem Bruch des Lichtwellenleiters die Quelle innerhalb kürzester Zeit abschaltet.

Behauptung 2: „Funksignale kommen nicht als potenzielle Zündquelle in Betracht!“
Auch dies ist falsch. Funksignale bringen grundsätzlich Zündgefahren in explosionsgefährdeten Bereichen mit sich. Zu einer Zündung kann es kommen, wenn in einer explosionsfähigen Atmosphäre und bei elektromagnetischer Strahlung ein metallisches Gebilde unbeabsichtigt als Empfangsantenne fungiert. Drahtlos kommunizierende Geräte sind als Funksender und elektrische Betriebsmittel nach den im Ex-Schutz üblichen Gerätekategorien (Zonenanforderungen) zu betrachten. Die IEC 60079-0 spezifiziert Schutzniveaus und Grenzwertanforderungen für Funksignale im Ex-Bereich. Die Grenzwerte beziehen sich auf die durch die Antenne abgestrahlte Leistung. Das bedeutet, dass der sogenannte Antennengewinn als erhebliche Einflussgröße unbedingt zu berücksichtigen ist.

Behauptung 3: „Passive RFID-Tags benötigen keine Ex-Zulassung!“
Passiv versorgte RFID-Tags, die aus einem Mikrocontroller, einer Antenne und einem Energiespeicher bestehen, dürfen zwar ohne Zertifizierung gemäß Richtlinie 94/9/EG verwendet werden. Dies gilt aber lediglich dann, wenn sie nur zeitweise dem Ex-Bereich ausgesetzt sind und Datentransfers grundsätzlich nur außerhalb solcher Gefahrenzonen erfolgen. Andernfalls ist auch für sie eine Bescheinigung vorgeschrieben. Zu beachten ist außerdem, dass RFID-Tags ganz unabhängig von der Nutzung ihrer Funktion im Ex-Bereich beträchtlicher elektromagnetischer Strahlung ausgesetzt sein können. Deshalb muss generell gewährleistet bleiben, dass es bei ihnen nicht zu einer gefährlichen elektrostatischen Aufladung, Erwärmung oder Freisetzung elektrischer Zündenergie kommen kann. Bei aktiven Tags mit Batterie ist immer eine Zertifizierung für den Einsatz in Ex-Bereichen durch eine anerkannte Prüfstelle erforderlich.

Behauptung 4: „Bei gemischten konzentrierten Kapazitäten und Induktivitäten muss die 50-%- Regel angewendet werden!“
Nein, dies ist nur nötig, wenn spezielle Randbedingungen durch eine Überprüfung festgestellt wurden. Aktuelle Normen wie z.B. DIN EN 60079-11 oder auch die VDE 0165 verweisen auf ein spezielles Nachweisverfahren, wenn in einem eigensicheren Stromkreis sowohl konzentrierte Induktivitäten Li als auch Kapazitäten Ci auftreten. Die Kabelparameter sind von dieser Betrachtung natürlich ausgenommen. Untersuchungen der PTB haben ergeben, dass bei einem gleichzeitigen Auftreten von Li und Ci der Sicherheitsfaktor von 1,5 auf sogar unter 1 sinken kann. Daher ist ein eigensicherer Stromkreis bei vorhandenem Li und Ci dahingehend zu prüfen, ob die Induktivität und die Kapazität größer als 1 % des jeweils maximal zulässigen Werts gemäß Zündgrenzkurven sind. Falls ja, dürfen nur 50 % dieser Maximalwerte effektiv genutzt werden. Diese „50-%-Regel“ liefert dem Betreiber zwar sichere Werte, doch besser als solche pauschalen sind natürlich exakte Vorgaben. Deshalb sollte ein Hersteller entsprechender Betriebsmittel die konkreten jeweils zulässigen Werte direkt in der EG-Baumusterprüfbescheinigung aufführen.

Behauptung 5: „Dart/power-i ist Eigensicherheit!“
In der Tat sollen die neuen Schutzlösungen Dart und power-i die Vorteile der elektrischen Eigensicherheit bieten – die Handhabung in der Praxis wirkt entsprechend ähnlich. Die deutlichen technischen Unterschiede der Schutzlösungen sollten Anwendern aber stets bewusst sein. Die herkömmliche elektrische Eigensicherheit basiert darauf, dass die Energieversorgung eines Feldgeräts strikt auf ein gefahrloses Niveau begrenzt wird. Dart und power-i hingegen setzen auf eine dynamisch reagierende Stromversorgung, um auch für leistungsstärkere Betriebsmittel eine komfortable Handhabung und speziell „Hot Work“, also Eingriffe in Installationen im laufenden Betrieb zu ermöglichen. Neben der andersartigen Funktionsweise unterscheiden sich Dart und power-i von der klassischen Eigensicherheit auch durch andere Nachweisverfahren und eine Reihe von zum Teil neu definierten Parametern sowie voraussichtlich Installationsvorschriften, die noch reguliert und über Normen abgedeckt werden müssen.

Behauptung 6: „Bei busgespeisten Feldbussen  lassen sich im Ex-Bereich je Segment nur bis zu sechs eigensichere Geräte anschließen!“
Diese Einschätzung für Foundation Fieldbus und Profibus PA ist veraltet. Richtig ist, dass diese Feldbusse zunächst vollständig eigensicher versorgt wurden, also mit begrenzter Energie. Heute werden in Feldbusinstallationen üblicherweise sogenannte „Isolating Device Couplers“ eingesetzt, die umgangssprachlich auch als „Feldbus-Barrieren“ bezeichnet werden. Der Bus selbst wird nach dem „High Power Trunk“-Prinzip nicht-eigensicher, also ohne Energiebegrenzung betrieben. Die Ex-i-Trennung erfolgt vor Ort an den Ex-i-Feldgeräten durch den Anschluss über die genannten Koppler. Mit bis zu achtkanaligen Kopplern lassen sich theoretisch bis zu 32 Ex-i-Feldgeräte in ein Segment einbinden.

Behauptung 7: „In Zone 2 reichen Industriegeräte!“
Herkömmliche Geräte für den allgemeinen industriellen Einsatz bieten nicht den notwendigen Schutz gegen selten auftretende explosionsfähige Atmosphären oder weisen die erforderliche Zündschutzwirkung nicht nach. Zulässige normgerechte Lösungen sind ausschließlich mit für den Einsatz in der Ex-Zone 2 ausgewiesenen Betriebsmitteln möglich.

Behauptung 8: „Ein Zone-2-Gerät darf auch in Division 2 (NEC500) eingesetzt werden!“
Seit Mitte der 1990er Jahre wird in Nordamerika ergänzend zur früher ausschließlich verwendeten „Divisions“-Nomenklatur (gemäß NEC in den USA sowie CEC in Kanada) das IEC-Zonenkonzept eingesetzt. Seither ist die Verwendung von Zone-2-Geräten in Division-2-Bereichen grundsätzlich zulässig geworden. Umgekehrt gilt dies jedoch nicht. Zum amerikanischen Normenwerk konforme Betriebsmittel setzen zum Teil technische Lösungen ein, die anderswo nach wie vor nicht gestattet sind. Hierzu gehören beispielsweise Verbindungen wie Drehklemmen, anstelle derer in Europa geschraubte Ausführungen oder Klemmenblöcke vorgeschrieben sind. Für Division 2 zugelassene elektrische Betriebsmittel sind deshalb nur in Zone 2 einsetzbar, falls sie dafür eine neue Prüfung und Zertifizierung durchlaufen haben.

Behauptung 9: „Ex d-Gehäuse mit ,U-Schein‘ kann jeder Kunde selbst bestücken und danach im Ex-Bereich verwenden!“
„U“ steht für „unvollständig“. Gehäuse, für die eine Zulassung mit der Endung „U“ vorliegt, sind zwar für den Aufbau Ex-geschützter Steuerungs- und Schaltschränke gedacht – eine Abnahme der bestückten Lösung durch eine benannte Stelle erspart ein „U-Schein“ aber nicht. In Verkehr gebracht werden darf das fertige Betriebsmittel stets erst nach ausdrücklicher Bescheinigung der CE-Konformität für das Gesamtsystem. Sinn und Zweck einer „U-Bescheinigung“ für ein integriertes Bauteil ist lediglich die Dokumentation bestimmter vorab durchgeführter Prüfungen, die schutzrelevante Parameter betreffen.

Weitere Informationen zum Thema Explosionsschutz beim Hersteller finden Sie hier.

Die DIN EN 60079-0 können Sie hier beziehen.

Heftausgabe: April 2013

Über den Autor

R. Stahl, Waldenburg
Loader-Icon