In der Mess-, Steuer- und Regelungstechnik (MSR-Technik) werden zu einem sehr hohen Prozentsatz explosionsgeschützte elektrische Betriebsmittel eingesetzt, die aus der Kombination einer oder mehrerer genormter Zündschutzarten bestehen.

Eine der wichtigsten Zündschutzarten ist die druckfeste Kapselung „d“ (DIN EN 60079-1). Sie ist dort im Einsatz, wo stark funkende oder sich erheblich erwärmende Betriebsmittel mit explosionsfähiger Atmosphäre in Berührung kommen können. Die Gehäuse der Zündschutzart „d“ sind nicht gasdicht gebaut, sondern verfügen über einen gewissen IP-Schutzgrad. Das wesentliche Merkmal dieser Zündschutzart ist der zünddurchschlagsichere Spalt.
Der zünddurchschlagsichere Spalt entsteht beim Zusammenbauen von Gehäuseteilen zu einem vollständigen Gehäuse. Die Temperaturen der austretenden heißen Gase werden am Spalt so stark abgekühlt, dass die Mindestzündtemperatur und Mindestzündenergie der explosionsfähigen Atmosphäre sicher unterschritten wird. Das Gehäuse muss einer Explosion im Inneren standhalten, und die explosionsfähige Atmosphäre darf nicht zünden. Beim Öffnen und Schließen des Gehäuses dürfen durch unsachgemäße Behandlung keine Beschädigungen der Spaltweiten und Spaltlängen auftreten. Zusätzlich müssen die Oberflächen der Spalte gegen Korrosion geschützt sein, zum Beispiel durch Einfetten oder durch galvanischen Überzug. Lacküberzüge sind verboten.

Sicherheit erhöhen

Die Bestimmungen der Zündschutzart Erhöhte Sicherheit „e“ (DIN EN 60079-7) beziehen sich auf die inneren und äußeren Bauteile elektrischer Betriebsmittel. Diese müssen so ausgeführt sein, dass sie mit einem höheren Grad an Sicherheit als nicht-explosionsgefährdete Bauarten das Auftreten und das Entstehen von zu hohen Temperaturen, Funken oder Lichtbögen im normalen Betrieb verhindern. Durch eventuell auftretende äußere Einflüsse wie Wasser und Festkörper dürfen keine Kriechstrecken oder Lichtbögen entstehen. Gehäuse, die blanke, unter Spannung stehende Teile enthalten, müssen einen Gehäuse-Schutzgrad von mindestens IP54 (DIN EN 60529) besitzen. Werden nur isolierte, unter Spannung stehende Teile verwendet, dann reicht der Gehäuse-Schutzgrad IP44 (DIN EN 60529) aus. Die Kabel- und Leitungseinführungen müssen mindestens den gleichen Schutzgrad gewährleisten, der durch die Verwendung von Teilen im Gehäuse bestimmt wird. Alle Teile der Kabeleinführung müssen so stabil sein, dass sie einer Zerstörung im normalen Gebrauch und Betrieb standhalten.

Ströme begrenzen

Die Bestimmungen der Zündschutzart Eigensicherheit „i“ (DIN EN 6079-11) beziehen sich nicht nur auf Schutzmaßnahmen für das elektrische Betriebsmittel, sondern auf alle Betriebsmittel, die an diesem Stromkreis angeschlossen sind. Spannungen, Ströme und Leistungen aus den äußeren Stromkreisen werden so klein gehalten, dass auch im Störungs- bzw. Fehlerfall und beim Öffnen und Schließen der Stromkreise keine Zündfunken (Funkenzündung) entstehen können (Explosionsgruppen A, B oder C). Außerdem darf der innere Stromkreis der angeschlossenen eigensicheren Betriebsmittel keine Zündung durch Oberflächenerwärmung (Thermozündung) verursachen (Temperaturklassen T1 bis T6). Das Begrenzen der Energie des eigensicheren Stromkreises erfolgt durch spannungs- und strombegrenzende Maßnahmen mit relativ einfachen schaltungstechnischen Komponenten, wie zum Beispiel Widerstände, Zenerdioden, Schmelzsicherungen oder Halbleiterschaltungen.

Eine Schmelzsicherung im Versorgungskreis stellt einen Schutz vor thermischer Überlastung einer galvanisch sicher trennenden Komponente dar. Einer im Netzstromkreis eingebauten Schmelzsicherung mit Abschaltverhalten von mehr als 1500A muss ein ohmscher Widerstand mit sicherheitstechnischer Abschaltcharakteristik in Reihe geschaltet werden. Dieser spezielle Widerstandstyp gewährleistet in Verbindung mit der Schmelzsicherung das für einen Netzstromkreis in DIN EN 60079-11 geforderte Abschaltverhalten von 1500A und darf höchstens, wie andere ex-relevante Bauelemente, mit der 2/3-Nennleistung belastet werden.
Prinzipiell erfordern eigensichere und zugehörige elektrische Betriebsmittel keinen Schutz durch ein Gehäuse, da der Schutz in den Schaltungen selbst enthalten ist. Wenn jedoch die Eigensicherheit durch Zugang zu leitenden Teilen beeinträchtigt werden kann, muss ein Gehäuse mit mindestens dem Schutzgrad IP20 (DIN EN 60529) eingebaut werden. Dieser Schutzgrad ist bei den elektrischen Betriebsmitteln für die Gruppe II als ausreichend zu betrachten, wenn diese nur für den Einsatz in trockenen, sauberen sowie gut überwachten Umgebungen vorgesehen sind.
Kleine Bauteile (DIN EN 60079-0 Abs. 5.5), wie Halbleiter oder Widerstände, deren Temperatur die für die nach Temperaturklassen zulässige Temperatur überschreitet, können unter der Voraussetzung, dass sie bei der Prüfung nach DIN EN 60079-0 Abs. 26.5.3 keine Zündung verursachen, akzeptiert werden. Alternativ ist in Fällen, in denen keine katalytischen oder sonstigen chemischen Reaktionen auftreten können, der Einsatz unter Einhaltung besonderer Anforderungen annehmbar.
Sowohl im ungestörten Betrieb wie auch unter der Fehlerbetrachtung dürfen Bauteile, von denen die Eigensicherheit abhängt, nur mit dem Faktor 2/3 ihres maximal zulässigen Stromes bzw. ihrer maximalen Spannung und ihrer maximal zulässigen Leistung, der Einbaulage und dem festgelegten Temperaturbereich belastet werden. Die Herstellerangaben hinsichtlich des höchstzulässigen Temperaturbereichs muss beachtet und gewährleistet werden. Ausgenommen von dieser Regelung sind Transformatoren, Sicherungen, thermische Auslöser, Relais, Optokoppler und Schalter.

Barrieren bauen

Die Sicherheits- oder Zenerbarrieren bilden eine Schnittstelle zwischen einem eigensicheren und einem nicht-eigensicheren Stromkreis. Sie eignen sich für eine Trennung von eigensicheren Stromkreisen, die im explosionsgefährdeten Bereich betrieben werden, und Stromkreisen elektronischer Baugruppen, die im nicht-explosionsgefährdeten Bereich betrieben werden müssen.

Das schaltungstechnische Grundprinzip einer Barriere besteht darin, dass die an den Anschlussklemmen des nicht-eigensicheren Stromkreises angelegte Arbeitsspannung immer kleiner ist als die an den Anschlussklemmen des eigensicheren Stromkreises.
Die Spannungsprüfungen müssen im Einzelnen nach den allgemeinen, für das Betriebsmittel anwendbaren Industrienormen vorgenommen werden. Ist kein Prüfverfahren vorgeschrieben, dann muss mit einer praktisch sinusförmigen Wechselspannung (f = 48…60Hz) oder einer Gleichspannung, deren Spannungswert beim 1,4-fachen bzw. A2-fachen des Wechselspannungswertes liegt, durchgeführt werden.

Die Atmosphäre mussdraußen bleiben

Die Vergusskapselung „m“ (DIN EN 60079-18) ist die Zündschutzart, bei der die elektrischen Teile, die eine explosionsfähige Atmosphäre durch Funken oder Erwärmung zünden könnten, in eine Vergussmasse eingebettet sind. So kann die explosionsfähige Atmosphäre unter Betriebs- oder Installationsbedingungen nicht gezündet werden. Die Zündschutzart kommt dort zum Einsatz, wo es unbewegliche Bauelemente aus Gründen ihres speziellen Leistungs- und Energiepegels nicht oder nur mit großem schaltungstechnischen Aufwand ermöglichen, in explosionsgefährdeten Bereichen betrieben zu werden.

Die Vergusskapselung besteht aus Duroplasten, Thermoplasten oder Elastomeren mit und ohne Füllstoffen oder Zusätzen. Bei der Auswahl der Materialien muss darauf geachtet werden, dass sich die Bauelemente während des Betriebes und beim Auftreten erlaubter Fehler ausdehnen können. Das Datenblatt des Herstellers über Art, Beschaffenheit und Verarbeitung der Vergussmasse muss im Zuge einer EG-Baumusterprüfbescheinigung zusätzlich zu den üblichen Prüfungsunterlagen bei der „Benannte Stelle“ (Prüfstelle) mit eingereicht werden.

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