Juli 2013
  • Wenn Geräte und Instrumente, die nicht für den Betrieb in explosionsgefährdeten Bereichen ausgelegt sind, genau dort eingesetzt werden müssen, helfen druckgekapselte Gehäuse.
  • Besondere Aufmerksamkeit erfordern dabei die Anschlüsse eines druckgekapselten Systems. Ein Anschlussraum in erhöhter Sicherheit vereinfacht die Verdrahtung.
  • Bei Reparaturen ist zu beachten, dass keine Komponenten eingesetzt werden, die nicht in den Zertifizierungsunterlagen beschrieben sind.

In allen Industrien, die sich Explosionsgefahren ausgesetzt sehen, wird der Leitsatz der Gefahrenabwehr zugrunde gelegt:

  • Die Bildung von explosionsfähiger Atmosphäre vermeiden. Ist dies nicht möglich, dann…
  • Die Entzündung von explosionsfähiger Atmosphäre verhindern. Falls dies nicht möglich ist, dann…
  • Die schädlichen Auswirkungen der Explosion auf ein erträgliches Maß reduzieren.

Dies wird auch als primärer, sekundärer und tertiärer Explosionsschutz bezeichnet. Dieser Leitsatz ergibt sich aus der europäischen Richtlinie 99/92/EG (Atex 137), auch als „Arbeitsschutzrichtlinie für explosionsgefährdete Bereiche“ bekannt, die 2002 mit der Betriebssicherheitsverordnung (BetrSichV) in deutsches Recht umgesetzt wurde.
Die Gefahr einer Explosion besteht in allen Bereichen in denen die drei Faktoren Zündquelle, Sauerstoff und brennbare Stäube, Dämpfe oder Gase vorhanden sind. Der Arbeitgeber muss gemäß BetrSichV eine Gefährdungsbeurteilung durchführen. Maßgebend für die Hersteller von Geräten und Schutzsystemen ist die Richtlinie 94/9/EG (Atex 95), in Deutschland als Explosionsschutzverordnung (ExVO) eingeführt. International gilt das Normenwerk IEC 60079, das sukzessive mit Europa- und nationalen Normen harmonisiert wird. Hier sind unter anderem die Zündschutzarten, die Einstufung gefährdeter Bereiche sowie Anforderungen an Installation, Instandhaltung und Reparatur dargestellt. Die meisten genannten Zündschutzarten bedingen konstruktive Maßnahmen an Geräten und Betriebsmitteln für den Einsatz in explosionsgefährdeten Zonen. Soll jedoch Instrumentierung eingesetzt werden, die konstruktiv nicht für Ex-Bereiche geeignet ist, bieten sich die Zündschutzarten „Überdruckkapselung“ Ex p (IEC 60079-2) und „Druckkapselung“ Ex d (IEC 60079-1) an.
Ex p ist dem primären Explosionsschutz zuzurechnen und verhindert durch Erzeugung von Überdruck eines inerten Gases in einem entsprechenden Gehäuse das Eindringen des umgebenden explosionsfähigen Gasgemisches. Dies setzt eine kontinuierliche Pumpleistung und Überwachung des Systems voraus sowie entsprechende Sicherheitsmechanismen bei Ausfall des Volumenstroms.

Explosionsereignisse werden auf den Gehäuse-Innenraum begrenzt
Druckkapselung Ex d repräsentiert den tertiären Explosionsschutz. Gas darf in das Gehäuse eindringen und eine Explosion darin stattfinden, es dürfen aber keine Einwirkungen auf die Umgebung entstehen. Die Schutzgehäuse müssen der Explosion ohne Schädigung standhalten. Ihre Oberflächentemperatur darf nirgendwo die Zündtemperatur erreichen. Die konstruktiven Spalten an Deckel und Kabeleinführungen müssen „zünddurchschlagssicher‘ sein. In Abhängigkeit von Gehäusevolumen und Explosionsverhalten des eingeschlossenen Gases müssen die Spaltlängen, -weiten und -geometrien so ausgelegt sein, dass der Austritt der Explosion sicher verhindert wird. Aufgrund der experimentell ermittelten Grenzspaltweite (MESG) werden bei Betriebsmitteln der Gruppe II die Gase in die Gruppen IIA, IIB und IIC unterteilt, wobei Letztere die höchsten Anforderungen stellt. Die Gehäusespalten müssen entsprechend der Gasgruppe der vorgesehenen Betriebsumgebung so konstruiert sein, dass das austretende heiße Gas hinreichend entspannt und abgekühlt wird.
Die Gewährleistung dieser Faktoren wird durch unabhängige Institute durch die Baumusterprüfung zertifiziert. Dabei werden die Ex-d-Gehäuse einer Zünddurchschlags- und einer elektrisch-thermischen Prüfung sowie einer hydrostatischen Überdruckprüfung unterzogen. Hinzu kommt eine Explosions-Referenzdruckprüfung, basierend auf Gehäusevolumen und Explosionsverhalten bestimmter Referenzgase. Weiterhin ist zu berücksichtigen dass die Anordnung der Einbauten die Geschwindigkeit der Flammenfront und damit den Explosionsdruck beeinflussen (Vorverdichtung, pressure pilling). Die Tests gelten für Umgebungstemperaturen -20 bis 40 °C. Zum Einsatz in anderen Umgebungen sind die Tests mit den erwarteten Maximal- oder Minimaltemperaturen durchzuführen.

Baumusterprüfung sichert den vielseitigen Einsatz
Die Zertifizierung stellt sicher, dass unter den genannten Bedingungen jedes Gerät in Ex-d-Gehäuse eingebaut werden kann. Transformatoren oder Schütze mit hohen Leistungen können somit in explosionsgefährdeten Zonen installiert werden. Speicherprogrammierbare Steuerungen und Sicherheitssysteme nahe am Prozess sind ebenso möglich wie speziell nach Kundenanforderungen gebaute manuelle Steuerungen. Das druckgekapselte Gehäuse darf zwar während des Betriebes nicht geöffnet werden, aber eine umfassende Palette an zertifizierten Bedienelementen wie Dreh- und Druckschalter, Anzeigeleuchten und Notaus-Taster ermöglicht die Bedienung der eingebauten Instrumente. Optionale Fenster in unterschiedlichen Größen und Formen erlauben das Ablesen von Anzeigeinstrumenten.
Bei der Planung der Einbaugeräte ist deren Wärmeabgabe derart zu berücksichtigen, dass die Gehäuse-Außenseite nirgends die Zündtemperatur des vorgesehenen Umgebungsgases erreichen kann. Weiterhin muss bei der Anordnung der Einbauten die Gefahr des „Pressure Pilling“ minimiert werden. Zur optimalen Auslegung des druckgekapselten Systems stehen den Anwendern die umfangreiche Palette an Ex-d-Gehäusen und -Komponenten sowie das Fachwissen und die Erfahrung der Projektingenieure in den Solution Engineering Centers des Herstellers zur Verfügung. Alle Systeme werden einzeln geprüft, dokumentiert, nach Fertigstellung zertifiziert und mit der entsprechenden Kennzeichnung versehen.
Typische Anwendungsfälle für Druckkapselung sind Lasttrennschalter mit hohen Schaltleistungen und Motorstarter für Antriebe. Um statische Aufladungen bei rollendem Material, z.B. in Tankfarmen oder Abfüllstationen, zu vermeiden, stehen druckgekapselte elektronische Erdungssysteme zur Verfügung; handelsübliche CCTV-Kameras, Anzeige- oder Signalverarbeitungsgeräte können durch entsprechend ausgelegte Gehäuse geschützt werden. Diese sind aus kupferfreier Aluminiumlegierung gegossen, die mit einer Beschichtung versehen einen guten Schutz gegen Korrosion und Umwelteinflüsse bietet. Weiterhin stehen Gehäuse in Gusseisen und, bei besonders aggressiven Umgebungsbedingungen oder hohen Hygieneanforderungen, in Edelstahl mit unterschiedlichen Oberflächenbehandlungen zur Verfügung.

Ex-e- Anschlussraum am Ex d-Gehäuse
vereinfacht die Installation

Besondere Aufmerksamkeit erfordern die Anschlüsse eines druckgekapselten Systems. Kabel können in einem druckfesten Rohrleitungssystem (Conduit) verlegt oder über spezielle zertifizierte Kabelverschraubungen direkt in das Ex-d-Gehäuse eingeführt werden. Beide Systeme erfordern besonderes Fachwissen und Sorgfalt bei der Montage auf der Baustelle, da Gewinde und Verbindungsstellen zwischen Verschraubung und Kabel zünddurchschlagssichere Spalten und damit sicherheitskritisch sind. Zunehmend wird an die Ex-d-Gehäuse ein Anschlussraum der Zündschutzart „erhöhte Sicherheit“ Ex e angebracht, was die Verdrahtung während der Installation deutlich vereinfacht. Die durchschlagssichere Leitungsdurchführung in das Ex-d-Gehäuse ist werksseitig installiert, dieses muss während der Installation nicht geöffnet werden. Damit kann die Endprüfung des kompletten druckgekapselten Systems beim Hersteller erfolgen. Bei der Montage am Einsatzort müssen zwischen Austritt des Explosionsgases und dem nächsten festen Objekt Mindestabstände eingehalten werden, die von der Gasgruppe abhängig sind.
Vorgaben zu Prüfung, Instandhaltung und Reparatur elektrischer Anlagen in explosionsgefährdeten Zonen sind in den Abschnitten IEC 60079-17 und  -19 niedergelegt. Grundsätzlich muss zum Öffnen eines druckfest gekapselten Systems ein Erlaubnisschein (Feuerschein) vorliegen. Bei Reparaturen ist zu beachten dass die Verwendung von nicht in den Zertifizierungsunterlagen beschriebenen Komponenten zum Erlöschen des Zertifikates führt. Dies gilt umso mehr bei Modifikationen an Einbauten und Gehäusen, da hierdurch die Wärmeverteilung und das Explosionsverhalten beeinflusst werden. Solche Arbeiten sollten daher von der Herstellerfirma durchgeführt werden. Beim Schließen des Gehäusedeckels ist auf Sauberkeit zu achten, Gewinde oder Flansch dürfen nicht beschädigt und gegebenenfalls sollte das vom Hersteller empfohlene Fett verwendet werden. Die Schrauben sind mit dem vorgegebenen Drehmoment anzuziehen.

Mehr Informationen zum Thema auf den Seiten des Herstellers finden Sie hier.
Special Sicherheitstechnik 1307ct910

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