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Ex-Überdruckschrank mit integriertem Schaltschrank-Kühlgerät

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18.06.2009 Gasexplosionen sind extrem gefährlich. Besondere Aufmerksamkeit gilt dabei Anlagen in Zone 2 (Gas), bei denen eine gefährliche explosionsfähige Atmosphäre kurzfristig auftreten kann. Explosionsgefährdete Betriebsmittel müssen deshalb mit speziellen Ex-Schaltschränken ausgerüstet sein. Ist aufgrund der hohen Verlustleistung oder hoher Umgebungstemperaturen eine Klimatisierung notwendig, gilt es einige Punkte zu beachten.

Für eine Anlage zur Videoüberwachung in Öl- und Gasförderanlagen in Algerien wurden entsprechende Schaltschränke mit integriertem Kühlgerät entwickelt. Für dieses Projekt wurden neue Ex-Überdruckschränke aus dem TS-8-Programm mit integrierten Schaltschrank-Kühlgeräten eingesetzt. In diesen Schränken können somit auch Betriebsmittel installiert werden, die keinen Explosionsschutz erfüllen. Die Systemschränke sind für den Einsatz in Zone2 (Gase) vorbereitet. Entsprechende Lösungen für Zone22 (Staub) sind derzeit in Vorbereitung.

Die Eignung des Gesamtsystems für den Ex-Bereich wird gemäß der Normen DIN EN60079–0 und DIN EN60079–2 durch ein Überdrucksystem gewährleistet, das in den Schaltschränken installiert ist. Durch einen ständigen Überdruck von 1,5 bis 2mbar wird sichergestellt, dass während des Betriebs Inertgas nur aus dem Schrank entweichen und auf keinen Fall explosive Gase von außen in den Schrank gelangen können. Neben der Versorgung mit einem Inertgas von außen wird gewährleistet, dass die Leckrate des Schranks einen bestimmten Wert – im Fall des verwendeten TS-8-Schranks 10l/min – nicht übersteigt.
Bei der Inbetriebnahme muss zunächst sichergestellt werden, dass keine explosiven Gase innerhalb des Schrankes sind. Dazu wird der Schrank mit einem Überdruck von 20mbar gespült. Auf diese Weise entsteht im Schrank-Innenraum eine Ex-freie Zone. Das Überdrucksystem überwacht während des Betriebs den ausreichenden Überdruck im Schrank und schaltet die Komponenten spannungsfrei, falls die Druckversorgung ausfallen sollte oder die Tür geöffnet wird. Sämtliche Komponenten des Überdrucksystems sind in einer Seitenwand des TS8-Schranks integriert.

Klimagerät mit Ex-Schutz

Für die Anwendung gab es aber noch weitere Herausforderungen, die gelöst werden mussten. Steigt die Temperatur im Innern des Schranks aufgrund der Verlustleistung der installierten Geräte oder durch die hohen Außentemperaturen zu stark an, ist eine Kühlung des Schaltschranks notwendig. Diese muss so erfolgen, dass das Überdrucksystem, das den Ex-Schutz gewährleistet, weiterhin funktionstüchtig bleibt. Darüber hinaus muss das Klimagerät ebenfalls so konstruiert sein, dass es die Vorgaben des Explosionsschutzes erfüllt.

Zum Einsatz kommt ein Klimagerät mit einer Kühlleistung von 3,3kW, das in einem separaten Schrank neben dem eigentlichen Schaltschrank für die Betriebsmittel untergebracht ist. Die konstruktive Herausforderung besteht darin, den äußeren Luftkreislauf mit allen seinen Komponenten des Kältekreislaufs so anzuordnen, dass die effektive Kälteleistung zwar erbracht, aber dennoch der Ex-Schutz erfüllt wird. Zunächst muss durch eine entsprechende Verbindung der beiden Schränke sichergestellt werden, dass das Überdrucksystem auch den Schrank mit dem Klimagerät wirkungsvoll versorgt. Dazu sind zwischen den beiden Schränken an der speziellen Trennwand zahlreiche Durchbrüche angebracht, die für einen entsprechend einfachen Gas- und Temperaturaustausch sorgen. Da die Leckrate des Schranks nicht über den vorgegebenen Grenzwert ansteigen darf, muss auch der Schrank mit dem Klimagerät entsprechend abgedichtet sein. So wird zum Beispiel der Verdampfer gasdicht mit der Außenwand verschraubt.
Sämtliche Komponenten des äußeren Luftkreislaufs müssen natürlich wiederum ex-geschützt sein. So kommen zum Beispiel spezielle Ex-geschützte Lüfter zum Einsatz, bei denen Funkenbildung oder heiße Oberflächen ausgeschlossen sind. Damit die Schränke auch im Außenbereich aufgestellt werden können, wird für den Schrank ein passendes Dach zum Schutz gegen direkte Sonneneinstrahlung und Regen mitgeliefert. Die Scheiben des Schaltschranks bestehen aus bruchfesten Sicherheitsglas.

Komplett montiert und ausgebaut

Im Rahmen der Zusammenarbeit zwischen Hersteller und Kunden wurden auch die Prozesse bei der Fertigung und der Montage optimiert. Die Schränke werden komplett montiert und ausgebaut nach Algerien geliefert; hier müssen sie nur noch angeschlossen werden. Bestückung der Schaltschränke mit den entsprechenden Komponenten und Tests der installierten Systeme werden komplett für diesen Kunden beim Hersteller durchgeführt. Besonders wichtig ist dabei, dass auch die einwandfreie Funktion des Ex-Schutz-Systems bereits im Werk getestet und zertifiziert wird. Prinzipiell ist es nämlich so, dass bei einer Änderung an einem System der Ex-Schutz jeweils neu geprüft werden muss. Hätte man sich entschieden, die Systeme erst vor Ort in Algerien zu montieren, hätte auch die Ex-Schutz-Prüfung dort stattfinden müssen. Dies wäre mit einem deutlich höheren logistischen Aufwand verbunden. Für den Kunden ergeben sich dadurch deutliche Kostenvorteile, da es die fertigen Schränke bereits im Werk zertifizieren lassen kann.

Mit dem modularen Konzept der Schaltschränke sind ideale Voraussetzungen dafür geschaffen, dass der Kunde den Ex-Schutz des Gesamtsystems unkompliziert zertifizieren lassen kann. Die Sicherheitslösung für die Betriebsstätten in Algerien wird fristgerecht fertig, und der Kunde ist mit dem aktuellen Projektstand sehr zufrieden. Aufgrund der positiven Erfahrungen, die bei dem Projekt gemacht wurden, sind weitere Folgeprojekte in konkreter Vorbereitung.

Heftausgabe: Juni 2009

Über den Autor

Reimund Hering, Innendienstleiter Technisches Sondergeschäft Rittal
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