Grundlagen: Explosionsschutz [PDF, 3,05 MB] - Phoenix Contact
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<strong>Explosionsschutz</strong><br />

Theorie und Praxis

<strong>Explosionsschutz</strong><br />

Diese Broschüre zum Thema <strong>Explosionsschutz</strong><br />

will bei den Errichtern, Planern<br />

und Betreibern von Anlagen mit explosionsfähigen<br />

Atmosphären Verständnis für<br />

die besonderen Risiken wecken und eine<br />

Hilfestellung bei der täglichen Arbeit bieten.<br />

Nicht nur in klassischen Anlagen der<br />

chemischen und petrochemischen Industrie<br />

muss man sich diesem Thema stellen. Auch<br />

in auf den ersten Blick harmlosen Bereichen<br />

z.B. der Lebensmittelindustrie ist ein erhebliches<br />

Gefahrenpotential vorhanden. Gerne<br />

bringt man <strong>Explosionsschutz</strong> mit Gasen in<br />

Verbindung. Doch auch bei Stäuben können<br />

explosionsfähige Atmosphären entstehen.<br />

Inhaltsverzeichnis Seite<br />

1<br />

2<br />

3<br />

<strong>Grundlagen</strong> <strong>Explosionsschutz</strong> 4<br />

1.1 Richtlinien, Normen, Bestimmungen 7<br />

1.2 Zoneneinteilung 13<br />

1.3 Zündschutzarten 16<br />

1.4 Kennzeichnung von Ex-Produkten 25<br />

Errichtung von Anlagen in explosions-<br />

gefährdeten Bereichen 28<br />

2.1 Installation eigensicherer Stromkreise 30<br />

2.2 Überspannungsschutz im Ex-Bereich 34<br />

2.3 Verbindungstechnik 36<br />

2.4 Gehäuseeinführungen 39<br />

2.5 Installationsbeispiele 40<br />

2.6 Nachweis der Eigensicherheit 42<br />

Technisches Basiswissen 48<br />

3.1 MSR-Technik 52<br />

3.2 SIL <strong>Grundlagen</strong> 56<br />

3.3 Begriffe und Abkürzungen 58<br />

Zu den in dieser Broschüre angegebenen Produkten<br />

finden Sie weitergehende Informationen in den<br />

Katalogen von <strong>Phoenix</strong> <strong>Contact</strong> und im Internet<br />

unter www.phoenixcontact.com.<br />

In dieser Broschüre werden im ersten<br />

Teil die <strong>Grundlagen</strong> zum <strong>Explosionsschutz</strong><br />

erläutert. Dadurch soll das<br />

Verständnis für die besonderen Risiken<br />

geweckt werden. Der <strong>Explosionsschutz</strong><br />

stützt sich weltweit im wesentlichen auf<br />

die europäischen und amerikanischen<br />

Normen, Standards und Richtlinien.<br />

Der zweite Teil hilft dem Anwender<br />

von elektrischen Betriebsmitteln für<br />

den explosionsgefährdeten Bereich. Es<br />

wird in anschaulicher Weise dargestellt,<br />

welche <strong>Explosionsschutz</strong>-Kriterien<br />

berücksichtigt werden müssen. Neben<br />

den Betriebsmitteln der MSR-Technik für<br />

eigensichere Stromkreise finden Sie auch<br />

Informationen zu Reihenklemmen und<br />

Überspannungsschutz für den explosionsgefährdeten<br />

Bereich.<br />

Der dritte Teil enthält technisches Basiswissen<br />

zur MSR-Technik und zur Funktionalen<br />

Sicherheit.<br />

2 PHoENIx CoNTACT PHoENIx CoNTACT 3

1 <strong>Grundlagen</strong> <strong>Explosionsschutz</strong><br />

Die Sicherheit von Menschen, ein sicherer,<br />

störungsfreier Produktionsprozess und eine<br />

saubere Umwelt sind wichtige Ziele.<br />

Das Wissen um die Entstehung<br />

und Vermeidung von Explosionen<br />

überall dort, wo brennbare Stoffe,<br />

Sauerstoff und Zündquellen<br />

aufeinander treffen können, ist<br />

die Voraussetzung, diese Ziele zu<br />

brennbarer Stoff<br />

erreichen.<br />

Zündquelle<br />

Sauerstoff<br />

Entstehung einer Explosion<br />

Vollkommene Verbrennung<br />

Eine vollkommene Verbrennung ist eine<br />

rasch ablaufende oxidation. Sie wird als<br />

„Schadfeuer“ bezeichnet, bei dem unter<br />

ausreichender Zufuhr von Sauerstoff ein<br />

brennbares Material exotherm zersetzt<br />

wird. Mit zunehmender Ausbreitungsgeschwindigkeit<br />

spricht man von einer Verpuffung,<br />

dann von einer Explosion und<br />

im Extremfall von einer Detonation. Bei<br />

einer vollkommenen Verbrennung wird<br />

Schaden verursacht, der mit der Ausbreitungsgeschwindigkeit<br />

erheblich zunimmt.<br />

Größenordnung der Ausbreitungsgeschwindigkeit:<br />

• Verpuffung cm/s<br />

• Explosion m/s<br />

• Detonation km/s<br />

Explosion<br />

Eine Explosion kann entstehen, wenn<br />

eine Schnittmenge aus einem brennbaren<br />

Stoff, Sauerstoff und einer Zündquelle<br />

besteht. Fehlt eine Komponente, so wird<br />

die exotherme Reaktion nicht erfolgen.<br />

Brennbarer Stoff<br />

Ein brennbarer Stoff, der in Form von<br />

Gas, Nebel, Dampf oder Staub vorliegt,<br />

wird als explosionsfähiger Stoff bezeichnet.<br />

Nebel und Stäube sind explosionsfähig,<br />

wenn die Tröpfchen- bzw. Teilchengröße<br />

kleiner als 1 mm ist. Stäube mit einer<br />

größeren Teilchengröße sind in der Regel<br />

nicht zündfähig.<br />

In der Praxis vorkommende Nebel,<br />

Aerosole und Stäube haben Teilchengrößen<br />

zwischen 0,001 mm und 0,1 mm.<br />

Sauerstoff<br />

In Verbindung mit einem explosionsfähigen<br />

Stoff entsteht mit Sauerstoff eine<br />

explosionsfähige Atmosphäre.<br />

Übersicht wirksamer Zündquellen<br />

Zündquelle Beispiel für die Ursache<br />

Funken Mechanisch erzeugte Funken (z.B. durch Reib-, Schlag- oder Abtragvorgänge),<br />

elektrische Funken<br />

Lichtbögen Kurzschluss, Schaltvorgänge<br />

Heiße oberflächen Heizkörper, spanabhebende Bearbeitung, Erwärmung im Betrieb<br />

Flammen und heiße Gase Verbrennungsreaktionen, Funkenflug bei Schweißarbeiten<br />

Elektrische Anlagen Öffnen/Schließen von Kontakten, Wackelkontakt<br />

Schutzkleinspannungen (U< 50V) sind keine Maßnahme des <strong>Explosionsschutz</strong>es.<br />

Es kann auch bei kleinen Spannungen noch genügend Energie erzeugt werden, um<br />

eine explosionsfähige Atmosphäre zu entzünden.<br />

Statische Elektrizität Entladung aufgeladener, isoliert angeordnete leitende Teile,<br />

bei z.B. vielen Kunststoffen<br />

Elektrische Ausgleichsströme, Rückströme von Generatoren, Körper-/ Erdschluss bei Fehlern, Induktion<br />

kathodischer Korrosionsschutz<br />

Elektromagnetische Wellen im<br />

Bereich 3 x 1011 …3 x 1015 Laserstrahl zur Entfernungsmessung, insbesondere bei Fokussierung<br />

Hz<br />

Hochfrequenz 104 …3 x 1012 Hz Funksignale, industrielle Hochfrequenzgeneratoren für Erwärmung, Trocknung<br />

oder Schneiden<br />

Blitzschlag Atmosphärische Wetterstörungen<br />

Ionisierende Strahlung Röntgengerät, radioaktiver Stoff, Absorption von Energie führt zur Erwärmung<br />

Ultraschall Absorption von Energie in festen/flüssigen Stoffen führt zur Erwärmung<br />

Adiabatische Kompression und Stoßwellen<br />

Schlagartiges Öffnen von Ventilen<br />

Exotherme Reaktionen Chemische Reaktion führt zur Erwärmung<br />

4 PHoENIx CoNTACT <strong>Grundlagen</strong> <strong>Explosionsschutz</strong> 1 1 <strong>Grundlagen</strong> <strong>Explosionsschutz</strong><br />

PHoENIx CoNTACT 5

Obere und untere Explosionsgrenzen<br />

Bei Gasen entscheidet das Konzentrationsverhältnis,<br />

ob eine Explosion möglich<br />

ist. Nur wenn die Konzentration des<br />

Stoffes in Luft innerhalb der unteren<br />

Explosionsgrenze (UEG) und oberen<br />

Explosionsgrenze (oEG) liegt, kann das<br />

Gemisch gezündet werden.<br />

Einige chemisch unbeständige Stoffe<br />

(z.B. Acetylen, Ethylenoxid) können auch<br />

ohne Sauerstoff durch Selbstzersetzung<br />

exotherme Reaktionen eingehen. Die<br />

obere Explosionsgrenze (oEG) verschiebt<br />

sich auf 100 Volumen-Prozent.<br />

Der Explosionsbereich eines Stoffes<br />

erweitert sich mit steigendem Druck<br />

und steigender Temperatur.<br />

Explosionsgrenzen von Wasserstoff<br />

Volumen-% brennbarer Stoffe<br />

Aceton<br />

Acetylen<br />

Ammoniak<br />

Butan<br />

Dieselkraftstoff<br />

Kohlenmonoxid<br />

Methan<br />

ottokraftstoff<br />

Schwefelkohlenstoff<br />

Wasserstoff<br />

0 4 50 77 100<br />

2,5 13<br />

2,3<br />

1,4 9,3<br />

0,6 6,5<br />

4,4 16,5<br />

0,6 8<br />

15,5<br />

33,6<br />

10,9 76<br />

0,6 60<br />

Für Stäube lassen sich ähnliche Angaben<br />

machen wie für Gase, auch wenn die<br />

Explosionsgrenzen hier nicht die gleiche<br />

Bedeutung haben. Staubwolken sind in<br />

der Regel inhomogen und die Konzentration<br />

innerhalb einer Stauwolke schwankt<br />

sehr stark. Es lassen sich für Stäube eine<br />

untere Zündgrenze (bei ca. 20 ... 60 g/<br />

m 3 ) und eine obere Zündgrenze (bei ca.<br />

2 ... 6 kg/m 3 ) ermitteln.<br />

zu mager zu fett<br />

untere<br />

Explosionsgrenze<br />

Beispiele von Gasen unter Normaldruck<br />

Explosive Atmosphäre<br />

obere<br />

Explosionsgrenze<br />

78 100<br />

4 77<br />

Volumen-% brennbarer Stoffe<br />

0 50 100<br />

1.1 Richtlinien, Normen und<br />

Bestimmungen<br />

<strong>Explosionsschutz</strong> in Europa<br />

ATEX-Richtlinien<br />

Mit den sogenannten ATEx-Richtlinien<br />

wird der freie Warenhandel in Europa<br />

festgelegt. Der Begriff ATEx ergibt sich<br />

aus den französischen Worten „ATmosphère<br />

Explosible“.<br />

In dem Konzept der Europäischen Union<br />

sind für den <strong>Explosionsschutz</strong> die ATEx-<br />

Richtlinie 94/9/EG für Hersteller und<br />

die Richtlinie 1999/92/EG für Betreiber<br />

eingeführt. Diese Richtlinien sind in den<br />

Mitgliedsstaaten in nationales Recht<br />

umzusetzen.<br />

Zielgruppe Richtlinie Gebräuchliche<br />

Bezeichnung*<br />

Hersteller 94/9/EG ATEx 100a<br />

ATEx 95<br />

Betreiber 1999/92/EG ATEx 118a<br />

ATEx 137<br />

* Die Richtlinie stützt sich jeweils auf einen<br />

Artikel des Vertrages zur Gründung der europäischen<br />

Union. Der Artikel hat sich in der Nummerierung<br />

verschoben.<br />

Gerätegruppe und -kategorie nach ATEX-Richtlinie 94/9/EG<br />

Gerätegruppe II „Über Tage“<br />

Explosionsgefährdete Bereiche<br />

Um das geeignete Verfahren zur Konformitätsbewertung<br />

festzulegen, muss der<br />

Hersteller zunächst anhand der bestimmungsgemäßen<br />

Verwendung entscheiden,<br />

zu welcher Gerätegruppe und -kategorie<br />

das Produkt gehört (siehe Tabelle nächste<br />

Seite).<br />

Gerätegruppe I:<br />

Geräte zur Verwendung im Untertagebetrieb<br />

von Bergwerken und deren<br />

Übertageanlagen, die durch Grubengase<br />

(Methan) und/oder brennbare Stäube<br />

gefährdet werden.<br />

Gerätegruppe I „Unter Tage“<br />

Schlagwettergefährdete Bereiche = Kohlebergbau<br />

Gerätegruppe II:<br />

Geräte zur Verwendung in den übrigen<br />

Bereichen, die durch eine explosionsfähige<br />

Atmosphäre gefährdet werden<br />

können.<br />

Den Gerätegruppen werden in der<br />

Richtlinie 94/9/EG Kategorien zugeordnet.<br />

Für die Gerätegruppe I wird die<br />

Kategorie M1 und M2 festgelegt. In<br />

der Gerätegruppe II werden drei Kategorien<br />

1, 2 und 3 definiert. Über die<br />

Kategorie wird in der Betreiberrichtlinie<br />

1999/92/EG die Verbindung zu den<br />

Zonen hergestellt.<br />

6 PHoENIx CoNTACT <strong>Grundlagen</strong> <strong>Explosionsschutz</strong> 1 1.1 Richtlinien, Normen und Bestimmungen<br />

PHoENIx CoNTACT 7

Anforderungen an Gerätegruppe und -kategorie<br />

GeräteKate- Schutzgrad Gewährleistung des Schutzes Betriebsbedingungen<br />

gruppegorie I M1 sehr hoher<br />

Grad an<br />

Sicherheit<br />

I M2 hoher<br />

Grad an<br />

Sicherheit<br />

Konformitätsbewertung<br />

Grundlage der Konformitätsbewertung<br />

ist die Einstufung der elektrischen<br />

Betriebsmittel in Gerätegruppe und<br />

Kategorie. Die Grafik zeigt den Zusammenhang.<br />

Mit Ausnahme von Geräten<br />

der Kategorie 3 und der Einzelprüfung<br />

ist im Rahmen der Konformitätsbewertung<br />

eine EG-Baumusterprüfung notwendig.<br />

Die Überprüfung der Module wird durch<br />

eine benannte Stelle durchgeführt.<br />

Hier ein Beispiel: CE 0344<br />

CE: EG-Konformität bei Betriebsmitteln.<br />

Komponenten werden nicht mit dem CE<br />

Zeichen gekennzeichnet.<br />

0344: benannte Stelle, hier KEMA.<br />

Kategorie 3 – Geräte werden nicht mit<br />

der Nummer einer benannten Stelle<br />

gekennzeichnet, da sie nicht der Fertigungsüberwachung<br />

einer benannten Stelle<br />

unterliegen.<br />

Zwei unabhängige Schutzmaßnahmen.<br />

Sicher, wenn zwei Fehler unabhängig voneinander<br />

auftreten.<br />

Schutzmaßnahmen bei normalem Betrieb auch unter<br />

erschwerten Bedingungen wirksam.<br />

II 1 sehr hoch Zwei unabhängige Schutzmaßnahmen.<br />

Sicher, wenn zwei Fehler unabhängig voneinander<br />

auftreten.<br />

II 2 hoch Im normalen Betrieb und bei üblicherweise auftretenden<br />

Fehlern sicher.<br />

Produkte müssen aus Sicherheitsgründen<br />

bei vorhandener explosionsfähiger<br />

Atmosphäre weiter betrieben<br />

werden können.<br />

Diese Produkte müssen beim Auftreten<br />

einer explosionsfähigen Atmosphäre<br />

abgeschaltet werden können.<br />

Geräte bleiben in den Zonen 0, 1, 2<br />

(G) und 20, 21, 22 (D) weiter einsatzbereit<br />

und werden weiter betrieben.<br />

Geräte bleiben in den Zonen 1, 2 (G)<br />

und 21, 22 (D) weiter einsatzbereit<br />

und werden weiter betrieben.<br />

II 3 normal Im normalen Betrieb sicher. Geräte bleiben in den Zonen 2 (G)<br />

und 22 (D) weiter einsatzbereit und<br />

werden weiter betrieben.<br />

Kategorie 1 M1 M2<br />

QS Produktion<br />

oder Prüfung Produkt<br />

c 0344<br />

QS Produkt<br />

* optional möglich, ähnliches Verfahren<br />

Kategorie 2<br />

EG-Baumusterprüfung<br />

oder Konformität mit<br />

Bauart<br />

c 0344<br />

Gruppe II<br />

Gruppe I<br />

*<br />

*<br />

Interne Fertigungskontrolle<br />

Konformitätsbewertung nach Richtlinie 94/9/EG für elektrische Betriebsmittel<br />

c<br />

Kategorie 3<br />

Einzelprüfung<br />

c 0344<br />

Benannte Stelle (Notified Body)<br />

nach 94/4/EG (Auszug)<br />

Das EG-Baumusterprüfungszertifikat<br />

bescheinigt die durchgeführte Prüfung<br />

durch eine benannte Stelle. Benannte<br />

Stellen sind durch die EU festgelegt.<br />

<strong>Explosionsschutz</strong> in Nordamerika<br />

Auf Grundlage des North American<br />

Hazardous Location Systems (HazLoc)<br />

werden grundlegende Regeln für den<br />

<strong>Explosionsschutz</strong> festgelegt.<br />

Das HazLoc-System wird von den folgenden<br />

Institutionen geprägt:<br />

• Underwriters Laboratories Inc. (UL),<br />

• CSA International (CSA),<br />

• Factory Mutual Research (FM),<br />

• Institute of Electrical and Electronics<br />

Engineers (IEEE),<br />

National Electrical Code (NEC) in USA<br />

Artikel Inhalt<br />

500 Allgemeine Anforderungen an Divisions der<br />

Class I, II und III<br />

501 Anforderungen an Divisions der Class I<br />

502 Anforderungen an Divisions der Class II<br />

503 Anforderungen an Divisions der Class III<br />

504 Anforderungen an Divisions der Class I, II und III<br />

in Bezug auf Eigensicherheit (IS)<br />

5<strong>05</strong> Allgemeine und spezielle Anforderungen an die<br />

Zone 0, 1 und 2<br />

506 Allgemeine und spezielle Anforderungen an die<br />

Zone 20, 21 und 22<br />

Prüfstelle Land Kennung<br />

PTB Deutschland 0102<br />

DEKRA ExAM Deutschland 0158<br />

TÜV Nord Deutschland 0044<br />

IBExU Deutschland 0637<br />

ZELM Ex Deutschland 0820<br />

BAM Deutschland <strong>05</strong>89<br />

SIRA Großbritannien <strong>05</strong>18<br />

INERIS Frankreich 0080<br />

LCIE Frankreich 0081<br />

LoM Spanien 0163<br />

KEMA Niederlande 0344<br />

CESI Italien 0722<br />

UL DEMKo Dänemark <strong>05</strong>39<br />

NEMKo Norwegen 0470<br />

• The Instrumentation, Systems and<br />

Automation Society (ISA),<br />

• Mine Safety and Health Administration<br />

(MSHA),<br />

• National Electrical Manufacturers<br />

Association (NEMA),<br />

• National Fire Protection Association<br />

(NFPA),<br />

• United States Coast Guard (USCG).<br />

Als Basis des <strong>Explosionsschutz</strong>es in<br />

Nordamerika gelten in den USA der<br />

National Electrical Code (NEC) und in<br />

Kanada der Canadian Electrical Code<br />

(CEC). Die aufgeführten Auszüge aus<br />

NEC und CEC beziehen sich auf den<br />

<strong>Explosionsschutz</strong>.<br />

Canadian Electrical Code (CEC) in Kanada<br />

Artikel Inhalt<br />

18-000 Allgemeine Anforderungen an Class I/Zone und<br />

Class II und III/Divisions<br />

18-090 Anforderungen an Zone 0 der Class I<br />

18-100 Anforderungen an Zone 1 und 2 der Class II<br />

18-200 Anforderungen an Divisions der Class II<br />

18-300 Anforderungen an Divisions der Class III<br />

Anhang J Allgemeine und spezielle Anforderungen an<br />

Divisions der Class I<br />

8 PHoENIx CoNTACT Richtlinien, Normen und Bestimmungen 1.1 1.1 Richtlinien, Normen und Bestimmungen<br />

PHoENIx CoNTACT 9

Normung – elektrischer <strong>Explosionsschutz</strong><br />

Bei der Entwicklung von Geräten gibt<br />

die Einhaltung von Normen Herstellern<br />

und den späteren Betreiber eine gewisse<br />

Handlungssicherheit. Je nach Einsatzgebiet<br />

können entsprechende Normen und<br />

Standards herangezogen werden.<br />

Die ATEx-Richtlinie zum Beispiel, legt<br />

die Einhaltung Grundlegender Sicherheits-<br />

und Gesundheitsanforderungen<br />

Normen bzw. Standards für elektrische Betriebsmittel in gasexplosionsgefährdeten Bereichen<br />

Zündschutzart USA-Basis Prinzip EN-Norm IEC-Norm FM<br />

(USA)<br />

Allgemeine<br />

Bestimmungen<br />

Basis für Zündschutzarten<br />

EN 60079-0 IEC 60079-0 FM 3600<br />

(ISA 12.00.01)<br />

UL<br />

(USA, Div.)<br />

UL<br />

(USA, Zone) CSA<br />

(Canada)<br />

CSA E60079-0<br />

Eigensicherheit Ex i Energiebegrenzung EN 60079-11 IEC 60079-11<br />

AEx i NEC5<strong>05</strong> FM 3610 UL 913 UL 60079-11 CSA E60079-11<br />

(IS) NEC504 FM 3610<br />

Erhöhte Ex e Konstruktive Maßnah- EN 60079-7 IEC 60079-7<br />

Sicherheit<br />

AEx e NEC5<strong>05</strong><br />

men durch Abstand und<br />

Dimensionierung<br />

FM 3600<br />

(ISA 12.16.01)<br />

UL2279 Pt.7 UL 60079-7 CSA E60079-7<br />

Non-incendive (NI) NEC500 Konstruktive Maßnahmen<br />

durch Abstand<br />

Explosionproof (xP) NEC500 Konstruktive Maßnahmen<br />

durch Einschluss<br />

FM 3611 ISA 12.12.01 C22.2 No. 213<br />

FM 3615 z.B. Gehäuse:<br />

UL 1203<br />

C22.2 No. 30<br />

Druckfeste Ex d Konstruktive Maßnah- EN 60079-1 IEC 60079-1<br />

Kapselung<br />

AEx d NEC5<strong>05</strong><br />

men durch Einschluss<br />

FM 3600<br />

(ISA 12.22.01)<br />

UL2279 Pt.1 UL 60079-1 CSA E60079-1<br />

Vergusskapse- Ex m Ausschluss explosionsfä- EN 60 079-18 IEC 60079-18<br />

lung<br />

AEx m NEC5<strong>05</strong><br />

higer Atmosphäre<br />

FM 3600<br />

(ISA 12.23.01)<br />

UL2279 Pt.18 UL 60079-18 CSA E60079-18<br />

Ölkapselung Ex o Ausschluss explosionsfä- EN 60079-6 IEC 60079-6<br />

AEx o NEC5<strong>05</strong><br />

higer Atmosphäre<br />

FM 3600<br />

(ISA 12.16.01)<br />

UL2279 Pt.6 UL 60079-6 CSA E60079-6<br />

Sandkapselung Ex q Ausschluss explosions- EN 60079-5 IEC 60079-5 FM 3622<br />

AEx q NEC5<strong>05</strong><br />

fähiger Atmosphäre<br />

FM 3600<br />

(ISA 12.25.01)<br />

UL2279 Pt.5 UL 60079-5 CSA E60079-5<br />

Überdruck- Ex p Ausschluss explosions- EN 60079-2 IEC 60079-2<br />

kapselung<br />

AEx p NEC5<strong>05</strong><br />

fähiger Atmosphäre<br />

--- --- UL 60079-2 CSA E60079-2<br />

Typ x, Y, Z NEC500 FM 3620 NFPA 496<br />

Zündschutzart Ex n Verbesserte Industrie- EN 60079-15 IEC 60079-15<br />

„n“<br />

AEx n NEC5<strong>05</strong><br />

qualität<br />

FM 3600<br />

(ISA 12.12.02)<br />

UL2279 Pt.15 UL 60079-15 CSA E60079-15<br />

Eigensichere Ex i Energiebegrenzung in EN 60079-25 IEC 60079-25<br />

elektrische<br />

zusammengeschalteten<br />

Systeme „i-Sys“<br />

eigensicheren Stromkreisen<br />

Eigensichere<br />

Feldbussysteme<br />

optische<br />

Strahlung<br />

Ex i Energiebegrenzung EN 60079-27 IEC 60079-27<br />

Ex op Begrenzung der Strahlungsleistung<br />

fest. Die Umsetzung kann von Herstelern/Betreibern<br />

durch harmonisierte<br />

Normen erfüllt werden oder durch ein<br />

geeignetes eigenes Konzept.<br />

Die harmonisierten Normen werden im<br />

Amtsblatt der Europäischen Union veröffentlicht<br />

und durch deren Anwendung<br />

gilt die Konformitätsvermutung. Wählt<br />

der Hersteller ein eigenes Konzept, ist<br />

EN 60079-28 IEC 60079-28<br />

ein ausführlicher Nachweis erforderlich.<br />

Ein Certificate of Conformity durch<br />

IECEx ist nur bei Einhaltung der entsprechenden<br />

IEC-Normen möglich.<br />

Staubexplosionsschutz in Europa<br />

In der Analogie zur Normung für den<br />

Gasexplosionsschutz gibt es Normen für<br />

den Staubexplosionsschutz.<br />

Es wird an der Zusammenführung der<br />

Gas- und Staub-Normen gearbeitet.<br />

Normen bzw. Standards für elektrische Betriebsmittel in staubexplosionsgefährdeten Bereichen<br />

Zündschutzart USA-Basis Prinzip EN-Norm IEC-Norm FM (USA)<br />

Allgemeine<br />

Bestimmungen<br />

Basis für Zündschutzarten<br />

Abkürzungen auf Basis der NEC500 in Nordamerika<br />

xP Explosionsgeschützt<br />

IS Betriebsmittel mit eigensicheren Stromkreisen<br />

AIS Zugehörige Betriebsmittel mit eigensicheren Stromkreisen<br />

ANI Zugehöriger nichtzündender Feldstromkreis<br />

Px, PY, PZ Überdruckkapselung<br />

APx, APY, APZ Zugehöriges Überdrucksystem oder Komponente<br />

NI Nichtzündende Betriebsmittel und nichtzündender Feldstromkreis<br />

DIP Staub-Zündschutz<br />

Normung – mechanischer <strong>Explosionsschutz</strong><br />

Die ATEx-Richtlinie 94/9/EG enthält<br />

harmonisierte Anforderungen an nichtelektrische<br />

Geräte, auch für den Einsatz<br />

in staubexplosionsgefährdeten Bereichen.<br />

In Analogie zur Normung für elektrische<br />

Geräte gibt es Normen für nichtelektrische<br />

Geräte.<br />

UL (USA,<br />

Div.)<br />

EN 60079-0 IEC 60079-0 FM 3600 ISA 61241-0<br />

Normen für nichtelektrische Betriebsmittel in explosionsgefährdeten<br />

Bereichen<br />

Zündschutzart EN-Norm<br />

<strong>Grundlagen</strong> und Anforderungen EN 13463-1<br />

fr Schwadenhemmendes Gehäuse EN 13463-2<br />

(nur für Gerätekategorie 3)<br />

d Druckfeste Kapselung EN 13643-3<br />

c Konstruktive Sicherheit EN 13463-5<br />

b Zündquellenüberwachung EN 13463-6<br />

p Überdruckkapselung EN 13463-7<br />

k Flüssigkeitskapselung EN 13463-8<br />

UL<br />

(USA, Zone) CSA<br />

(Canada)<br />

Schutz durch Ex t Schutz durch Gehäuse- EN 60079-31 IEC 60079-31 ISA 61241-1<br />

Gehäuse<br />

(DIP) NEC500<br />

Konstruktion<br />

FM 3616<br />

FM 3611<br />

UL 1203<br />

(NI) NEC500 FM 3611<br />

Eigensicherheit Ex i Energiebegrenzung EN 61241-11 IEC 61241-11 FM 3610 UL 913 ISA 61241-11<br />

Überdruckkapselung<br />

Vergusskapselung<br />

Ex p Ausschluss explosionsfähiger<br />

Atmosphäre<br />

Ex m Ausschluss explosionsfähiger<br />

Atmosphäre<br />

Dies ist möglich, da die Normenreihe<br />

für den Staubexplosionsschutz 61241,<br />

wie die Normenreihe für den Gasexplosionsschutz<br />

60079, Zündschutzarten<br />

beinhaltet.<br />

Die Normenreihe 61421 ist bereits zum<br />

Teil in die Normenreihe 60079 übernommen<br />

worden.<br />

EN 61241-4 IEC 61241-4 FM 3620 NFPA 496 ISA 61241-4<br />

EN 60079-18 IEC 60079-18 ISA 61241-18<br />

10 PHoENIx CoNTACT Richtlinien, Normen und Bestimmungen 1.1 1.1 Richtlinien, Normen und Bestimmungen<br />

PHoENIx CoNTACT 11

Normung – Planung, Errichtung und Betrieb 1.2 Zoneneinteilung<br />

Die Richtlinie 1999/92/EG erfordert vom Betreiber prozesstechnische Anlagen, die Sicherstellung des <strong>Explosionsschutz</strong>es.<br />

Die hierzu einzuhaltenden Anforderungen sind in EN- und IEC-Normen angegeben.<br />

Bezeichnung EN-Norm IEC-Norm<br />

<strong>Explosionsschutz</strong><br />

Teil 1: <strong>Grundlagen</strong> und Methodik<br />

Elektrische Betriebsmittel für gasexplosionsgefährdete Bereiche<br />

Teil 10: Einteilung der explosionsgefährdeten Bereiche<br />

Elektrische Betriebsmittel für gasexplosionsgefährdete Bereiche<br />

Teil 14: Elektrische Anlagen in explosionsgefährdeten Bereichen<br />

Elektrische Betriebsmittel für gasexplosionsgefährdete Bereiche<br />

Teil 17: Prüfung und Instandhaltung elektrischer Anlagen in explosionsgefährdeten<br />

Bereichen (ausgenommen Grubenbaue)<br />

Explosionsfähige Atmosphäre<br />

Teil 19: Gerätereparatur, Überholung und Regenerierung<br />

Elektrische Betriebsmittel zur Verwendung in Bereichen mit brennbarem<br />

Staub<br />

Teil 10: Einteilung von staubexplosionsgefährdeten Bereichen<br />

Elektrische Betriebsmittel zur Verwendung in Bereichen mit brennbarem<br />

Staub<br />

Teil 14: Auswahl und Errichten<br />

Elektrische Betriebsmittel zur Verwendung in Bereichen mit brennbarem<br />

Staub<br />

Teil 17: Prüfung und Instandhaltung elektrischer Anlagen in explosionsgefährdeten<br />

Bereichen (ausgenommen Grubenbaue)<br />

EN 1127-1<br />

EN 60079-10<br />

neu: EN 60079-10-1<br />

IEC 60079-10<br />

neu: IEC 60079-10-1<br />

EN 60079-14 IEC 60079-14<br />

EN 60079-17 IEC 60079-17<br />

EN 60079-19 IEC 60079-19<br />

EN 61241-10<br />

neu: EN 60079-10-2<br />

IEC 61241-10<br />

neu: IEC 60079-10-2<br />

EN 61241-14 IEC 60079-14<br />

EN 61241-17 IEC 61241-17<br />

Europa<br />

Explosionsgefährdete Bereiche werden<br />

genormten Zonen zugeordnet, die in<br />

zwei Bereiche unterschieden werden:<br />

• gasexplosionsgefährdete Bereiche und<br />

• staubexplosionsgefährdete Bereiche.<br />

Die Zonen wurden bisher für Gase in<br />

der EN 60079-10 und für Stäube in<br />

EN 61241-10 definiert.<br />

Im Rahmen der Überführung der Staubnormenreihe<br />

EN 61241 in die Normenreihe<br />

EN 60079 wurde die Einteilung<br />

in Gas- und Staubexplosionsgefährdete<br />

Bereiche in die EN 60079-10 Teil 10-1<br />

und 10-2 übernommen.<br />

Weiterhin wurde von dem Europäischen<br />

Komitee Normung (CEN) die Norm<br />

EN 1127-1 erstellt. Die EN 1127-1 beinhaltet<br />

grundlegende Informationen zum<br />

<strong>Explosionsschutz</strong> und unterstützt beide<br />

ATEx-Richtlinien (94/9/EG und 1999/92/<br />

EG).<br />

Die Einteilung der Zonen erfolgt auf<br />

Grund der Häufigkeit des Auftretens<br />

von explosionsfähiger Atmosphäre. In<br />

den <strong>Explosionsschutz</strong>-Regeln der Berufsgenossenschaft<br />

Chemie in Deutschland<br />

sind weitere Hilfestellungen zur Zoneneinteilung<br />

zu finden.<br />

Beispiel für Zoneneinteilung<br />

Senke<br />

Zonen für gasexplosionsgefährdete Bereiche<br />

In der EN 60079-10-1 sind die Zonen für gasexplosionsgefährdete Bereiche<br />

definiert.<br />

Zonen Art der Gefahr<br />

Zone 0 ständig, lange Zeiträume, häufig<br />

Zone 1 gelegentlich<br />

Ventil<br />

Zone 1<br />

Zone 0<br />

Zone 2<br />

Zone 2 normalerweise nicht, nur kurzzeitig<br />

12 PHoENIx CoNTACT Richtlinien, Normen und Bestimmungen 1.1 1.2 Zoneneinteilung<br />

PHoENIx CoNTACT 13

Zonen für staubexplosionsgefährdete Bereiche<br />

In der EN 61242-10 sind die Zonen erstmals für staubexplosionsgefährdete Bereiche*<br />

definiert. Heute sind sie in der EN 60079-10-2 zu finden.<br />

Einteilung in<br />

Deutschland<br />

vor ATEx<br />

Zone 10<br />

Nordamerika<br />

Einteilung nach<br />

ATEx<br />

* Grobe Zuordnung, im Einzelfall zu überprüfen<br />

Stäube wurden früher in Deutschland in<br />

zwei Zonen unterteilt. Im Rahmen der<br />

Überarbeitung von Normen auf Grund<br />

von europäischen Richtlinien wurde die<br />

Zoneneinteilung auch bei Stäuben europaweit<br />

in drei Zonen unterteilt. Es ist<br />

Entsprechend dem National Electrical<br />

Code (NEC) werden in den USA Zonen<br />

bzw. Divisionen eingeteilt. Für Kanada<br />

wird gemäß dem Canadian Electrical<br />

Code (CEC) entsprechend verfahren.<br />

Der Vergleich mit den IEC/EN Zoneneinteilung<br />

kann nur als grobe Näherung<br />

betrachtet werden.<br />

Die Konvertierung muss im Einzelfall<br />

überprüft werden. Insbesondere gilt dies<br />

für elektrische Betriebsmittel für Division<br />

2. Diese lassen sich oft nicht ohne<br />

zusätzliche Prüfung und Zertifizierung<br />

in Zone 2 einsetzen. Im vereinfachten<br />

Zuordnungsschema werden die Möglichkeiten<br />

dargestellt.<br />

Vereinfachtes Zuordnungsschema für Zonen und Division<br />

Bereiche<br />

Art der Gefahr<br />

Zone 20 ständig, lange Zeiträume, häufig<br />

Zone 21 gelegentlich<br />

Zone 11 Zone 22 normalerweise nicht, nur kurzzeitig<br />

aber zu berücksichtigen, dass die Zonen<br />

10 und 11 nicht ungeprüft auf die neue<br />

Zoneneinteilung übertragen werden<br />

können.<br />

IEC/EN Zone 0 Zone 1 Zone 2<br />

USA: NEC 5<strong>05</strong> Zone 0 Zone 1 Zone 2<br />

USA: NEC 500 Division 1 Division 2<br />

Zusammenhang zwischen Zone<br />

und Kategorie<br />

Der Zusammenhang zwischen den<br />

Zonen und Gerätekategorien wir im<br />

Anhang 2 in der Betreiberrichtlinie<br />

1999/92/EG hergestellt.<br />

Zuordnung nach 1999/92/EG<br />

Zone Gerätekategorie<br />

0, 20 1<br />

1, 21 1, 2<br />

2, 22 1, 2, 3<br />

Explosionsgefährdete Bereiche<br />

mit typischen Stoffen<br />

Bereich Groups (typischer Stoff)<br />

CLASS I<br />

(Gase<br />

und<br />

Dämpfe)<br />

CLASS II<br />

(Stäube)<br />

CLASS III<br />

(Fasern)<br />

Group A (Acetylen)<br />

Group B (Wasserstoff)<br />

Group C (Ethylen)<br />

Group D (Propan)<br />

Group E (Metallstaub)<br />

Group F (Kohlestaub)<br />

Group G (Getreidestaub)<br />

Keine Untergruppen<br />

Explosionsfähiger Stoff Class Group Explosionsfähiger Stoff Class Group<br />

Gas/Nebel oder Flüssigkeit I A, B, C, D Gas/Nebel oder Flüssigkeit I A, B, C, D<br />

Staub II E, F, G Staub II F, G<br />

Fasern III –– Fasern III ––<br />

Bedeutung der Classes, Divisions und Zones<br />

Einteilung Explosionsfähige<br />

Atmosphäre<br />

Art der Gefahr<br />

Class I,<br />

Division 1<br />

Class I,<br />

Division 2<br />

Gas, Flüssigkeit und<br />

Dampf<br />

Gas, Flüssigkeit und<br />

Dampf<br />

Class I, Zone 0 Gas, Flüssigkeit und<br />

Dampf<br />

Class I, Zone 1 Gas, Flüssigkeit und<br />

Dampf<br />

Class I, Zone 2 Gas, Flüssigkeit und<br />

Dampf<br />

Class II,<br />

Division 1<br />

Class II,<br />

Division 2<br />

Class III,<br />

Division 1<br />

Class III,<br />

Division 2<br />

Zündfähige Konzentrationen entflammbarer Gase, Dämpfe oder Flüssigkeiten<br />

können permanent oder zeitweise unter normalen Betriebsbedingungen<br />

existieren.<br />

Zündfähige Konzentrationen entflammbarer Gase, Dämpfe oder Flüssigkeiten<br />

treten wahrscheinlich nicht unter normalen Betriebsbedingungen auf.<br />

Zündfähige Konzentrationen entflammbarer Gase, Dämpfe oder Flüssigkeiten<br />

treten unter normalen Betriebsbedingungen permanent oder über einen langen<br />

Zeitraum auf.<br />

Zündfähige Konzentrationen entflammbarer Gase, Dämpfe oder Flüssigkeiten<br />

treten wahrscheinlich unter normalen Betriebsbedingungen auf.<br />

Zündfähige Konzentrationen entflammbarer Gase, Dämpfe oder Flüssigkeiten<br />

treten wahrscheinlich nicht unter normalen Betriebsbedingungen auf.<br />

Staub Zündfähige Konzentrationen brennbaren Staubs können permanent oder<br />

zeitweise unter normalen Betriebsbedingungen existieren.<br />

Staub Zündfähige Konzentrationen brennbaren Staubs treten wahrscheinlich nicht<br />

unter normalen Betriebsbedingungen auf.<br />

Fasern Bereiche, in denen leicht entzündbare Fasern verarbeitet oder transportiert<br />

werden.<br />

Fasern Bereiche, in denen leicht entzündbare Fasern gelagert oder transportiert<br />

werden.<br />

14 PHoENIx CoNTACT Zoneneinteilung 1.2 1.2 Zoneneinteilung<br />

PHoENIx CoNTACT 15

1.3 Zündschutzarten<br />

Allgemeine Anforderungen<br />

Die Basis für die genormten Zündschutzarten<br />

sind die Anforderungen an die<br />

oberflächentemperatur, die Luft- und<br />

Kriechstrecken, die Kennzeichnung von<br />

elektrischen Betriebsmitteln, die Zuordnung<br />

der elektrischen Betriebsmittel an<br />

das Einsatzgebiet und der Zonen.<br />

Alles, was über die grundsätzlich notwendigen<br />

und allgemein gültigen Anforderungen<br />

hinausgeht, wird in der jeweiligen<br />

Zündschutzart festgelegt.<br />

Einteilung der Geräte in Gruppen<br />

Die ATEx-Richtlinie fordert eine Einteilung<br />

der Geräte in Gerätegruppen.<br />

Dem Untertagebetrieb wird die Gerätegruppe<br />

I zugeordnet. Diese Gruppe<br />

wurde früher mit dem Begriff „Schlagwettergefährdet“<br />

(alte Abkürzung:<br />

„Sch“) bezeichnet.<br />

Alle anderen explosionsgefährdeten<br />

Bereiche werden der Gerätegruppe II<br />

zugeordnet. Beispiele sind Petrochemie,<br />

Bereiche Gerätegruppe nach<br />

Richtlinie 94/9/EG<br />

Schlagwettergefährdete<br />

Grubenbaue<br />

Gasexplosionsgefährdete Bereiche<br />

Gruppe II<br />

Chemie und Siloanlagen mit brennbaren<br />

Stäuben. Diese Gruppe wurde früher mit<br />

dem Begriff "Explosionsgefährdet" (alte<br />

Abkürzung Ex) bezeichnet.<br />

Zusätzlich zu den Gerätegruppen nach<br />

ATEx-Richtlinie werden Geräte nach der<br />

Normenreihe 60079 entsprechend ihrem<br />

späteren Einsatzbereichs einer weiteren<br />

Gruppe zugeordnet.<br />

In den Zündschutzarten Eigensicherheit,<br />

Druckfeste Kapselung und Zündschutzart<br />

„n“ wurden die Geräte für Gase<br />

zusätzlich in die Gruppen IIA, IIB und IIC<br />

eingeordnet.<br />

Maximal zulässige Energie nach<br />

EN 60079-11<br />

Gruppe Maximal zulässige Energie<br />

IIC 20μJ<br />

IIB 80μJ<br />

IIA 160μJ<br />

Gruppe nach<br />

EN 60079-0:2006<br />

In der neuen EN 60079-0:2009 wird<br />

nicht mehr zwischen den Zündschutzarten<br />

unterschieden. Die Zuordnung zu<br />

den Gruppen IIA, IIB oder IIC ist für<br />

alle vorzunehmen. Weiterhin wird in der<br />

EN 60079-0:2009 eine dritte Gruppe<br />

eingeführt. Die Gruppe III beschreibt die<br />

brennbaren Stäube, die ebenfalls weiter<br />

unterteilt wird, in IIIA, IIIB, IIIC.<br />

Gruppe nach<br />

EN 60079-0:2009<br />

Gruppe I Gruppe I Gruppe I<br />

IIA<br />

IIB<br />

IIC<br />

Gruppe II<br />

Gruppe II **<br />

Staubexplosionsgefährdete<br />

Bereiche Gruppe II Gruppe III *<br />

* IIIA: brennbare Flusen, IIIB: nicht-leitfähiger Staub, IIIC: leitfähiger Staub<br />

** in Abhängigkeit von der Zündschutzart<br />

IIA<br />

IIB<br />

IIC<br />

IIIA<br />

IIIB<br />

IIIC<br />

Temperaturklassen/-grenzen bei<br />

Gasen und Stäuben<br />

Temperaturen für die Gruppe I<br />

Die max. zulässige oberflächentemperatur<br />

der Betriebsmittel ist abhängig von<br />

der Art der Ablagerung von Kohlestaub.<br />

Temperaturklassen für die Gruppe II<br />

Die Zündung der explosionsfähigen<br />

Atmosphäre kann verhindert werden,<br />

wenn die oberflächentemperatur der<br />

Betriebsmittel niedriger ist als die Zündtemperatur<br />

des umgebenden Gases. Die<br />

oberflächentemperatur gilt für alle Teile<br />

eines elektrischen Betriebsmittels, die<br />

in Berührung mit dem explosionsfähigen<br />

Stoff kommen können.<br />

Der überwiegende Teil der Gase läßt<br />

sich den Temperaturklassen T1 bis T3<br />

zuordnen.<br />

Beispiel<br />

In einem Gehäuse der Zündschutzart<br />

Ex e IIC T6 werden Reihenklemmen<br />

eingesetzt.<br />

Dabei muss die maximal zulässige<br />

Stromstärke so bemessen werden, dass<br />

die Temperaturklasse T6 auch an den<br />

Reihenklemmen eingehalten wird. Das<br />

Gehäuse ist in IP-Schutzart IP 54 aus-<br />

Temperaturgrenze bei Staub<br />

Bei staubexplosionsgefährdeten Bereichen<br />

wird die maximale oberflächentemperatur<br />

als Temperaturwert [°C]<br />

angegeben.<br />

Die maximale oberflächentemperatur<br />

des Betriebsmittels darf die Zündtemperatur<br />

einer Staubschicht oder einer<br />

Wolke des brennbaren Staubes nicht<br />

überschreiten.<br />

Temperaturen für die Gruppe I<br />

Gruppe I Temperatur Bedingungen<br />

Schlagwettergefährdeter<br />

Grubenbau (Kohlebergbau)<br />

150°C<br />

450°C<br />

mit Ablagerung von Kohlestaub<br />

am Betriebsmittel<br />

ohne Ablagerung von Kohlestaub<br />

am Betriebsmittel<br />

Zulässige Oberflächentemperatur<br />

für Gase<br />

Zündtemperatur des Gases<br />

Ammoniak 630°C<br />

Methan 595°C<br />

Wasserstoff 560°C<br />

Propan 470°C<br />

Ethylen 425°C<br />

Butan 365°C<br />

Acetylen 3<strong>05</strong>°C<br />

Cyclohexan 259°C<br />

Diethylether 170°C<br />

Schwefelkohlenstoff 95°C<br />

Quelle: GESTIS-Stoffdatenbank<br />

geführt, aber das explosionsfähige Gas<br />

kann dennoch in das Gehäuse eindringen.<br />

Daher ist es nicht ausreichend, nur<br />

die oberflächentemperatur des Gehäuses<br />

zu betrachten.<br />

Luft- und Kriechstrecke<br />

Bei den Zündschutzarten Eigensicherheit,<br />

Erhöhte Sicherheit und Zündschutzart<br />

„n“ sind Luft- und Kriechstrecken<br />

einzuhalten.<br />

Unter dem Begriff Luftstrecke wird die<br />

kürzeste Verbindung zwischen zwei<br />

Potentialen durch die Luft definiert. Als<br />

Kriechstrecke wird die kürzeste Verbindung<br />

zwischen zwei Potentialen über<br />

eine oberfläche bezeichnet.<br />

Temperaturklasse Gruppe II<br />

für Europa und USA<br />

Gruppe II<br />

T1=450<br />

T2=300<br />

T3=200<br />

T4=135<br />

T5=100<br />

T6=85<br />

Gehäuse Ex e mit<br />

Reihenklemmen<br />

ºC<br />

Luft- und Kriechstrecke<br />

Luftstrecken<br />

Kriechstrecken<br />

T1=450<br />

T2=300<br />

T2A=280<br />

T2B=260<br />

T2C=230<br />

T2D=215<br />

T3=200<br />

T3A=180<br />

T3B=165<br />

T3C=160<br />

T4=135<br />

T4C=120<br />

T5=100<br />

T6=85<br />

Abhängig von der vergleichenden Kriechstromzahl<br />

(CTI) des Werkstoffs muss ein<br />

Mindestabstand eingehalten werden.<br />

Die Mindestabstände für Luft- und<br />

Kriechstrecken sind in der jeweiligen<br />

Zündschutzart festgelegt, die angewendet<br />

werden soll.<br />

16 PHoENIx CoNTACT Zündschutzarten 1.3 1.3 Zündschutzarten<br />

PHoENIx CoNTACT 17

Zündschutzarten und ihre Anwendung<br />

Zündschutzarten für elektrische Betriebs mittel in gasexplosionsgefährdeten Bereichen<br />

Zündschutzart Schutzprinzip EN/IEC Zone Anwendung<br />

d Druckfeste Kapselung Verhinderung der<br />

Ausbreitung einer<br />

Explosion<br />

px, py, pz Überdruck kapselung Ausschluss explosionsfähiger<br />

Atmosphäre<br />

EN 60079-1<br />

IEC 60079-1<br />

EN 60079-2<br />

IEC 60079-2<br />

q Sandkapselung Funken verhindern EN 60079-5<br />

IEC 60079-5<br />

o Ölkapselung Ausschluss explosionsfähiger<br />

Atmosphäre<br />

EN 60079-6<br />

IEC 60079-6<br />

e Erhöhte Sicherheit Funken verhindern EN 60079-7<br />

IEC 60079-7<br />

ia, ib, ic Eigensicherheit Begrenzung der<br />

Zündenergie<br />

EN 60079-11<br />

IEC 60079-11<br />

Eigensichere Systeme EN 60079-25<br />

IEC 60079-25<br />

Eigensichere Felbussysteme<br />

(FISCo), nicht funkende<br />

Feldbussysteme (FNICo)<br />

nA Nicht funkendes Betriebsmittel<br />

EN 60079-27<br />

IEC 60079-27<br />

vergleichbar mit Ex e EN 60079-15<br />

IEC 60079-15<br />

nC Funkendes Betriebsmittel vergleichbar mit Ex d EN 60079-15<br />

IEC 60079-15<br />

nL* Energiebegrenzt<br />

* unterschiedl. in Nord amerika und<br />

Europa, zukünftig "ic"<br />

nR Schwadensicheres<br />

Gehäuse<br />

nP Vereinfachte Überdruckkapselung<br />

vergleichbar mit Ex i EN 60079-15<br />

IEC 60079-15<br />

Schutz durch Gehäuse EN 60079-15<br />

IEC 60079-15<br />

vergleichbar mit Ex p EN 60079-15<br />

IEC 60079-15<br />

ma, mb, mc Verguss kapselung Ausschluss explosionsfähiger<br />

Atmosphäre<br />

op is, op pr,<br />

op sh<br />

optische Strahlung Energieübertragung<br />

von optischer Strahlung<br />

begrenzen oder vermeiden<br />

EN 60079-18<br />

IEC 60079-18<br />

EN 60079-28<br />

IEC 60079-28<br />

1 oder 2 Schalt- Befehls- und Meldegeräte, Steuerungen,<br />

Motoren, Leistungselektronik<br />

1 oder 2 Schalt- und Steuerschränke, Motoren,<br />

Mess- und Analysegeräte, Rechner<br />

1 oder 2 Transformatoren, Relais,<br />

Kondensatoren<br />

1 oder 2 Transformatoren, Relais, Anlaufsteuerungen,<br />

Schaltgeräte<br />

1 oder 2 Abzweig- und Verbindungskästen, Gehäuse,<br />

Motoren, Klemmen<br />

0, 1 oder 2 Mess-, Steuer- und Regeltechnik,<br />

Sensoren, Aktoren, Instrumentierung<br />

0, 1 oder 2<br />

1 bzw. 2<br />

2 Nur Zone 2<br />

2 Nur Zone 2<br />

2 Nur Zone 2<br />

2 Nur Zone 2<br />

2 Nur Zone 2<br />

0, 1 oder 2 Spulen von Relais und Motoren, Elektronik,<br />

Magnetventile, Anschlusssysteme<br />

1 oder 2 optoelektronische Geräte<br />

Zündschutzarten für elektrische Betriebs mittel in Bereichen mit brennbarem Staub<br />

Zündschutzart Schutzprinzip EN/IEC Zone Anwendung<br />

tD<br />

neu:<br />

ta, tb, tc<br />

pD<br />

zukünftig:<br />

p<br />

iaD, ibD<br />

zukünftig:<br />

ia, ib, ic<br />

maD, mbD<br />

neu:<br />

ma, mb, mc<br />

Schutz durch Gehäuse Ausschluss explosionsfähiger<br />

Atmosphäre<br />

Überdruckkapselung Ausschluss explosionsfähiger<br />

Atmosphäre<br />

Eigensicherheit Begrenzung der Zündenergie<br />

und obrflächentemperatur<br />

Vergusskapselung Ausschluss explosionsfähiger<br />

Atmosphäre<br />

Die Anforderungen der EN- und IEC- Normen werden zukünftig in die<br />

entsprechenden Normen für Betriebsmittel in gasexplosionsgefährdete<br />

Bereiche überführt. Bei einigen Normen ist dies bereits erfolgt.<br />

EN 61241-1<br />

IEC 61241-1<br />

neu:<br />

EN 60079-31<br />

IEC 60079-31<br />

EN 61241-4<br />

IEC 61241-4<br />

zukünftig:<br />

EN 60079-2<br />

IEC 60079-2<br />

EN 61241-11<br />

IEC 61241-11<br />

zukünftig:<br />

EN 60079-11<br />

IEC 60079-11<br />

EN 61241-18<br />

IEC 61241-18<br />

neu:<br />

EN 60079-18<br />

IEC 60079-18<br />

21 oder 22 Schalt-, Befehls- und Meldegeräte, Leuchten,<br />

Abzweig- und Verbindungskästen,<br />

Gehäuse<br />

21 oder 22 Schalt- und Steuerschränke, Motoren,<br />

Mess- und Analysegeräte<br />

20, 21 oder 22 Mess-, Steuer- und Regeltechnik,<br />

Sensoren, Aktoren, Instrumentierung<br />

20, 21 oder 22 Spulen und Relais der Motoren,<br />

Elektronik und Anschluss-Systeme<br />

18 PHoENIx CoNTACT Zündschutzarten 1.3 1.3 Zündschutzarten<br />

PHoENIx CoNTACT 19

Eigensicherheit Ex i<br />

Prinzip<br />

Die Zündschutzart Eigensicherheit<br />

bezieht sich im Unterschied zu anderen<br />

Zündschutzarten (z.B. erhöhte Sicherheit)<br />

nicht nur auf einzelne Betriebsmittel,<br />

sondern auf den gesamten Stromkreis.<br />

Ein Stromkreis wird als eigensicher<br />

bezeichnet, wenn Strom und Spannung<br />

soweit begrenzt sind, dass ein Funke<br />

oder thermischer Effekt keine Zündung<br />

einer explosionsfähigen Atmosphäre auslösen<br />

kann.<br />

R L<br />

U C<br />

Prinzipschaltbild eines Stromkreises<br />

Um die Energie des Funken unterhalb<br />

der Zündenergie des umgebenden Gases<br />

zu halten, wird die Spannung begrenzt.<br />

Der thermische Effekt, also zu heiße<br />

oberflächen, wird durch die Strombegrenzung<br />

verhindert. Dieses gilt auch für<br />

die an den eigensicheren Stromkreisen<br />

angeschlossenen Sensoren. Energie kann<br />

auch gespeichert sein in Kapazitäten<br />

oder Induktivitäten innerhalb des eigensicheren<br />

Stromkreises und müssen ebenfalls<br />

bei der Betrachtung des eigensicheren<br />

Stromkreises berücksichtigt werden.<br />

U o<br />

I o=I max<br />

R<br />

U o=U Z<br />

Prinzipschaltbild zur Spannungs- und Strombegrenzung<br />

Die Zener-Diode wird ab einem definierten<br />

Spannungswert leitend. Dadurch<br />

wird die Spannung Uo in den explosionsgefährdeten<br />

Bereich begrenzt. Ein in<br />

Reihe geschalteter Widerstand begrenzt<br />

den maximalen Strom Io.<br />

Imax = Io= Uo<br />

R<br />

Mit der Begrenzung von Spannung und<br />

Strom gilt für die maximale Leistung:<br />

Po = Uo2<br />

4R<br />

Die maximal zulässigen Werte ergeben<br />

sich aus den Zündgrenzkurven, die in der<br />

Norm EN 60079-11 angegeben sind.<br />

Die Zündgrenzkurven wurden mit einem<br />

Funkenprüfgerät ermittelt, wie es im<br />

Anhang B der EN 60079-11 beschrieben<br />

ist.<br />

Die Zündgrenzkurven enthalten Festlegungen<br />

für die Gasgruppen I sowie II.<br />

Die Gruppe II wird anhand der Zündernergien<br />

nochmals in IIA, IIB und IIC<br />

unterteilt.<br />

Eigensicheres elektrisches Betriebsmittel<br />

Explosionsgefährdeter Bereich<br />

Zündenergien typischer Gase<br />

Gruppe Typisches<br />

Gas<br />

I<br />

II A<br />

II B<br />

II C<br />

Methan<br />

Propan<br />

Äthylen<br />

Wasserstoff<br />

Zugehöriges elektrisches Betriebsmittel<br />

Sicherer Bereich<br />

Zündenergie/μJ<br />

280<br />

> 180<br />

60 … 180<br />

< 60<br />

Elektrische Betriebsmittel<br />

und zugehörige elektrische<br />

Betriebsmittel<br />

Ein eigensicherer Stromkreis besteht aus<br />

mindestens einem elektrischen Betriebsmittel<br />

und einem zugehörigen Betriebsmittel.<br />

Die Stromkreise der elektrischen<br />

Betriebsmittel erfüllen die Anforderungen<br />

der Eigensicherheit. Elektrische<br />

Betriebsmittel dürfen nur über zugehörige<br />

Betriebsmittel mit nichteigensicheren<br />

Stromkreisen verbunden werden.<br />

Ein zugehöriges Betriebsmittel besitzt<br />

sowohl eigensichere als auch nichteigensichere<br />

Stromkreise. Die Trennung der<br />

Stromkreise erfolgt durch Zener-Barrieren<br />

oder galvanische Trenner.<br />

Eigensichere elektrische Betriebsmittel<br />

und eigensichere Teile von zugehörigen<br />

Betriebsmitteln werden nach<br />

EN 60079-11 in die Schutzniveau „ia“,<br />

„ib“ und „ic“ eingeordnet.<br />

Beispiel: Zusammenschaltung elektrischer Betriebsmittel in der Zündschutzart Eigensicherheit.<br />

Schutzniveau nach EN 60079-11<br />

Schutzniveau<br />

Fehlerbetrachtung zulässige<br />

Zonen<br />

ia Nicht in der Lage,<br />

im Normalbetrieb,<br />

beim Auftreten<br />

irgendeiner Kombination<br />

von zwei<br />

Fehlern eine Zündung<br />

zu verursachen.<br />

ib Nicht in der Lage,<br />

im Normalbetrieb,<br />

beim Auftreten<br />

eines Fehlers eine<br />

Zündung zu verursachen.<br />

ic Gerät ist nicht in<br />

der Lage, im Normalbetrieb<br />

eine<br />

Zündung zu verursachen.<br />

0,1,2<br />

1,2<br />

Das Schutzniveau „ia“, „ib“ oder „ic“<br />

legt fest, ob in der Schutzbeschaltung<br />

eine 2-Fehler- oder 1-Fehler-Sicherheit<br />

oder keine Fehlersicherheit vorhanden<br />

ist.<br />

Es wird bei der Eigensicherheit eine<br />

Fehlerbetrachtung durchgeführt, um eine<br />

Explosionsgefahr auszuschließen. Damit<br />

wird aber über die Betriebssicherheit<br />

keine Aussage gemacht. Das bedeutet,<br />

ein funktionaler Totalausfall des<br />

Betriebsmittels kann bezogen auf den<br />

<strong>Explosionsschutz</strong> zulässig sein.<br />

Die elektrischen Betriebsmittel dürfen<br />

entsprechend dem Schutzniveau<br />

bis in Zone 0 eingesetzt werden. Bei<br />

zugehörigen Betriebsmitteln erfolgt die<br />

In stallation im sicheren Bereich, lediglich<br />

die eigensicheren Stromkreise werden<br />

entsprechend der Schutzniveaus in den<br />

explosionsgefährdeten Bereich geführt.<br />

Grundsätzlich ist es möglich, zugehörige<br />

Betriebsmittel in einer weiteren Zündschutzart<br />

auszuführen, um diese dann<br />

in Zone 2 oder ggf. sogar in Zone 1 zu<br />

installieren.<br />

2<br />

Zugehörige Betriebsmittel<br />

mit/ohne galvanischer Trennung<br />

Für eigensichere Stromkreise in die<br />

Zone 0 wird von der Norm<br />

EN 60079-14 Kap. 12.3 empfohlen,<br />

zusätzlich zum Schutzniveau „ia“ die galvanische<br />

Trennung zu bevorzugen.<br />

R F1<br />

Explosionsgefährdeter<br />

Bereich<br />

Einfaches elektrisches Betriebsmittel<br />

Explosionsgefährdeter Bereich<br />

Übersicht einfache elektrische Betriebsmittel (EN 60079-11)<br />

passive Bauelemente Energiespeicher Energiequellen*<br />

PT 100 Kondensator Thermoelement<br />

Schalter Spule Photozellen<br />

Verteilerkästen<br />

Widerstände<br />

Sicherer Bereich<br />

Ohne galvanische Trennung: Zenerbarriere<br />

Explosionsgefährdeter Bereich<br />

Mit galvanischer Trennung: Trenner<br />

Sicherer Bereich<br />

Einfache elektrische Betriebsmittel<br />

Einfache elektrische Betriebsmittel benötigen<br />

keine Zulassung, müssen jedoch<br />

einer Temperaturklasse zugeordnet sein<br />

und den weiteren zutreffenden Anforderungen<br />

der EN 60 079-11 entsprechen.<br />

Die Maximaltemperatur kann aus der<br />

Leistung Po des zugehörigen Betriebsmittels<br />

berechnet und die Temperaturklasse<br />

bestimmt werden.<br />

Die Kennwerte der Energiespeicher<br />

müssen genau festgelegt werden und<br />

sind bei der Bestimmung der Gesamtsicherheit<br />

des Systems zu berücksichtigen.<br />

Zugehöriges elektrisches Betriebsmittel<br />

Sicherer Bereich<br />

* Anforderung<br />

U ≤ 1,5V<br />

I ≤ 100mA<br />

P ≤ 25mW<br />

20 PHoENIx CoNTACT Zündschutzarten 1.3 1.3 Zündschutzarten<br />

PHoENIx CoNTACT 21

Zündschutzart „n“ Erhöhte Sicherheit Ex e<br />

Die Zündschutzart „n“ lässt sich als eine<br />

verbesserte Industriequalität beschreiben,<br />

die für den Normalbetrieb ausgelegt<br />

ist. Eine Fehlerfallbetrachtung wie<br />

zum Beispiel bei der Zündschutzart<br />

Eigensicherheit wird nicht durchgeführt.<br />

Angewendet werden kann diese nur für<br />

die Gerätegruppe II und den Einsatz<br />

des elektrischen Betriebsmittels in der<br />

Zone 2. Der Hersteller legt die technischen<br />

Daten für den Normalbetrieb fest.<br />

Bei der Zündschutzart „n“ werden fünf<br />

verschiedene Ausführungen unterschie-<br />

Unterteilung der Zündschutzart „n“ in Europa<br />

Kurz<br />

zeichen<br />

Bedeutung Vergleichbar<br />

mit …<br />

den, die sich zum Teil aus den bekannten<br />

Zündschutzarten Erhöhte Sicherheit,<br />

Eigensicherheit, Druckfeste Kapselung,<br />

Überdruckkapselung und Vergusskapselung<br />

ableiten lassen.<br />

Diese Zündschutzart ist in Anlehnung<br />

an die US-Zündschutzart Non-Incendive<br />

(NI) entstanden und wurde normativ im<br />

Jahr 1999 in Europa eingeführt.<br />

Es wird hier in die Untergruppen nA,<br />

nC, nR, nL und nP unterschieden.<br />

Die Zündschutzart nL wird in der nächs-<br />

Unterteilung der Zündschutzart „n“ in Nordamerika<br />

Bezeichnung nach NEC Bedeutung<br />

Energy Limited „nC“ * Energiebegrenzt<br />

Hermetically Sealed „nC“ Hermetisch verschlossen<br />

Nonincendive „nC“ Nichtzündende Betriebsmittel<br />

Non-Sparking „nA“ Nichtfunkende Betriebsmittel<br />

Restricted Breathing „nR“ Schwadensicher<br />

Sealed Device „nC“ Verschlossene Betriebsmittel<br />

Simplified Pressurization „nP“ ** Einfache Überdruckkapselung<br />

ten Ausgabe der EN 60079-15 nicht<br />

mehr enthalten sein. Sie wird in der<br />

Norm EN 60079-11 in das Schutzniveau<br />

"ic" aufgenommen.<br />

Methode Untergliederung der<br />

Gruppe II<br />

A Nicht funkend Ex e Auftreten von Lichtbögen, Funken oder heißen<br />

oberflächen wird minimiert<br />

C Funkende<br />

Betriebs mittel<br />

R Schwadensichere<br />

Gehäuse<br />

teilweise<br />

Ex d, Ex m<br />

umschlossene Schalteinrichtung, nichtzündfähige<br />

Bauteile, hermetisch dichte, abgedichtet<br />

oder gekapselte Einrichtungen<br />

--- Eindringen von explosiven Gasen wird<br />

beschränkt<br />

L * Energie begrenzt Ex i Energiebegrenzung, damit weder Funke<br />

noch thermische Wirkung eine Zündung<br />

hervorruft<br />

P Vereinfachte<br />

Überdruckkapselung<br />

* unterschiedlich in Nordamerika und Europa<br />

* unterschiedlich in Nordamerika und Europa<br />

** in USA als Typ X, Y und Z bezeichnet<br />

Ex p Eindringen von explosiven Gasen wird<br />

durch Überdruck verhindert, Überwachung<br />

ohne Abschaltung<br />

ab EN 60079-0:2009<br />

Unterteilung in IIA, IIB, IIC<br />

IIA, IIB, IIC<br />

ab EN 60079-0:2009<br />

Unterteilung in IIA, IIB, IIC<br />

IIA, IIB, IIC<br />

ab EN 60079-0:2009<br />

Unterteilung in IIA, IIB, IIC<br />

Druckfeste Kapselung Ex d<br />

In der Zündschutzart Erhöhte Sicherheit<br />

können Spannungen bis 11 kV in den<br />

explosionsgefährdeten Bereich gebracht<br />

werden. Insbesondere zur Versorgung<br />

von Motoren, Leuchten und Transformatoren<br />

ist die Erhöhte Sicherheit geeignet.<br />

Das Schutzprinzip beruht auf konstruktiven<br />

Maßnahmen.<br />

Unterteilt in Spannungsebenen werden<br />

Luft- und Kriechstrecken für die<br />

spannungsführenden Teile festgelegt.<br />

Dadurch werden elektrische Funken<br />

verhindert. Zusätzlich muss mindestens<br />

die IP-Schutzart (EN 6<strong>05</strong>29) IP 54 erfüllt<br />

werden.<br />

Bei der Zündschutzart Druckfeste Kapselung<br />

wird die Ausbreitung einer Explosion<br />

durch die Gehäusekonstruktion<br />

verhindert. Eine im Inneren stattfindende<br />

Explosion ist nicht in der Lage, die das<br />

Gehäuse umgebende explosionsfähige<br />

Atmosphäre zu zünden. Dies führt zu<br />

sehr robusten Gehäusen.<br />

Die Gehäuse besitzen Deckel und Einführungsstellen,<br />

zum Beispiel für Kabel<br />

und Leitungen.<br />

Die hier vorhandene Grenzspaltweite<br />

wird so dimensioniert, dass eine Übertragung<br />

der Explosion vom Inneren des<br />

Gehäuses in die umgebende explosions-<br />

Verguss-, Sand- oder Ölkapselung Ex m, Ex q, Ex o<br />

Prinzip der Zündschutzarten Vergusskapselung,<br />

Sandkapselung und Ölkapselung<br />

ist das Einschließen von möglichen Zündquellen<br />

in einem elektrischen Betriebsmittel<br />

durch das Medium Vergussmasse,<br />

Sand oder Öl. Damit wird die Zündung<br />

der explosionsfähigen Atmosphäre verhindert.<br />

Mit der Begrenzung der oberflächentemperatur<br />

wird sichergestellt, dass<br />

während des Betriebes an keiner Stelle,<br />

auch im Inneren des Gehäuses, die<br />

explosionsfähige Atmosphäre entzündet<br />

werden kann. Das Gehäuse schließt<br />

nicht das Eindringen von Gasen aus.<br />

fähige Atmosphäre verhindert wird.<br />

Es ist nicht zulässig, bei Kabel- und Leitungseinführungen<br />

in der Zündschutzart<br />

Ex d das Gewinde zu fetten oder mit<br />

der Drahtbürste Rost zu entfernen.<br />

Dadurch kann die Spaltweite verändert<br />

und das Schutzprinzip zerstört werden.<br />

Die Vorgaben des Herstellers sind unbedingt<br />

einzuhalten.<br />

In diesen Zündschutzarten können auch<br />

Spannungen bis 10…11 kV verwendet<br />

werden.<br />

22 PHoENIx CoNTACT Zündschutzarten 1.3 1.3 Zündschutzarten<br />

PHoENIx CoNTACT 23

Überdruckkapselung Ex p<br />

Die Zündschutzart Überdruckkapselung<br />

beschreibt Methoden, mit denen das<br />

Eindringen von explosionsfähiger Atmosphäre<br />

in Gehäuse oder in die Schaltwarte<br />

durch Überdruck verhindert wird.<br />

Der Umgebungsdruck um das Gehäuse<br />

ist immer niedriger als innerhalb.<br />

Es sind drei Formen der Überdruckkapselung<br />

möglich (siehe Tabelle). Bei<br />

statischem Überdruck muss das Gehäuse<br />

hermetisch abgedichtet sein. Ein Druckverlust<br />

findet nicht statt. Weiter verbreitet<br />

sind jedoch Methoden, bei denen<br />

der Überdruck durch den Ausgleich der<br />

Leckverluste oder ständiger Spülung<br />

gehalten wird. Der Überdruck wird<br />

meist durch einfache Druckluft erzeugt.<br />

Die Zündschutzart Ex p erfordert eine<br />

Überwachungseinheit, die die elektrischen<br />

Betriebsmittel im Inneren des<br />

Gehäuses sicher abschaltet, sobald nicht<br />

mehr ausreichend Überdruck vorhanden<br />

ist. Dabei muss die Überwachungseinheit<br />

in einer anderen Zündschutzart ausge-<br />

Möglichkeiten der Überdruckkapselung<br />

Überdruckkapselung Statisch Ausgleich der Leckverluste Ständige Durchspülung<br />

Druckluft ohne<br />

Nachführen<br />

Ausgleich der Leckverluste Ständiges Nachführen<br />

führt sein, damit diese auch ohne Überdruck<br />

betrieben werden kann.<br />

Im Inneren können Betriebsmittel ohne<br />

Berücksichtigung des <strong>Explosionsschutz</strong>es<br />

betrieben werden.<br />

Die oberflächentemperatur der<br />

Betriebsmittel darf nach dem Abfall des<br />

Überdrucks die eindringende explosionsfähige<br />

Atmosphäre nicht entzünden.<br />

Ist es aus betrieblichen Gründen erforderlich,<br />

dass ein Gerät oder eine Komponente<br />

im Inneren des Gehäuses nicht<br />

abgeschaltet werden darf, muss es in<br />

einer anderen Zündschutzart explosionsgeschützt<br />

sein.<br />

Betriebszustände --- Vorspülphase:<br />

Das Gehäuse wird gespült und möglicherweise vorhandene explosionsfähige<br />

Atmosphäre wird aus dem Gehäuse entfernt.<br />

Betriebsphase:<br />

Der Überdruck im Gehäuse wird überwacht. Falls dieser abfällt, werden die<br />

elektrischen Betriebsmittel im Gehäuseinneren abgeschaltet<br />

1.4 Kennzeichnung von Ex-Produkten<br />

Kennzeichnung für elektrische Betriebsmittel<br />

Kennzeichnung nach<br />

ATEx-Richtlinie<br />

c 10 X II 1 G<br />

Aktuelles<br />

Herstellerjahr<br />

Konformitätsbewertung<br />

nach 94/9/EG<br />

(ATEx)<br />

elektrisches<br />

Betriebsmittel<br />

Atmosphäre<br />

(G=Gas,<br />

D=Staub)<br />

Gerätekategorie<br />

(1, 2, 3)<br />

Gerätegruppe<br />

(I, II)<br />

benannte StelleFertigungsüberwachung<br />

(z.B. KEMA)<br />

Kennzeichnung nach<br />

EN 60079-0:2009<br />

Ex ia IIC T6 Ga<br />

elektrisches<br />

Betriebsmittel<br />

Geräteschutzniveau,<br />

EPL<br />

(Ga, Gb, Gc, Da,<br />

Db, Dc)<br />

Temperaturklasse<br />

(für direkt im<br />

Ex-Bereich eingesetzteBetriebsmittel)<br />

(T1 … T6)<br />

Gasgruppe<br />

(IIA, IIB, IIC)<br />

oder Staubgruppe<br />

(IIIA, IIIB, IIIC)<br />

Zündschutzart<br />

(ia, ib, ic, e, d, …)<br />

Explosionsgeschützt<br />

EG-Baumusterprüfbescheinigung<br />

TÜV 01 ATEX 1750<br />

Nummer der<br />

Bescheinigung<br />

24 PHoENIx CoNTACT Zündschutzarten 1.3 1.4 Kennzeichnung von Ex-Produkten<br />

PHoENIx CoNTACT 25<br />

0344<br />

Baumustergeprüft<br />

nach<br />

94/9/EG<br />

(ATEx)<br />

Jahr der EG-<br />

Baumusterprüfbescheinigung<br />

benannte<br />

Stelle (Notified<br />

Body)

Zusammenhang von Kategorien,<br />

EPL und Zonen<br />

Der Equipment Protection Level (EPL)<br />

wird in der Norm EN 60079-0:2009 neu<br />

eingeführt und gibt das Geräteschutzniveau<br />

des Gerätes oder der Komponente<br />

an. Das Geräteschutzniveau ist in Analogie<br />

zu den Kategorien der ATEx-Richtlinie<br />

zu sehen. Somit ist jetzt auch über<br />

die Kennzeichnung nach Zündschutzart<br />

eine einfachere Zuordnung der Geräte<br />

zu den Zonen möglich.<br />

Kennzeichnung nach ATEX-Richtlinie 94/9/EG<br />

Beispiele für Kennzeichnung nach ATEX Richtlinie 94/9/EG und nach EN 60079-0<br />

Gas - Ex Nummer EG-Baumusterprüfbescheinigung/<br />

Konformitätsaussage<br />

U: Komponente,<br />

x: besondere Einbaubedingungen<br />

Elektrisches<br />

Betriebsmittel<br />

Zugehöriges<br />

elektrisches<br />

Betriebsmittel<br />

Kennzeichnung<br />

… nach ATEx … nach Norm<br />

EN 60079-0:2006<br />

… nach Norm<br />

EN 60079-0:2009<br />

In Europa setzt sich die Kennzeichnung von Betriebsmitteln, Komponenten und Schutzsystemen aus der Richtlinien- und der<br />

Normenkennzeichnung zusammen.<br />

… nach Norm<br />

EN 60079-0:2009<br />

Alternative<br />

IBExU 09 ATEx 1030 CE II 3 G Ex nA II T4 Ex nA IIC T4 Gc Ex nAc IIC T4<br />

BVS 08 ATEx E 094 x CE 0344 II (1) G [Ex ia] IIC [Ex ia Ga] IIC [Ex ia] IIC<br />

Komponente KEMA 07 ATEx 0193 U 0344 II 2 G Ex e II Ex e IIC Gb Ex eb IIC<br />

Beispiele für Kennzeichnung nach EN 61241-0 bzw. EN 60079-0<br />

Staub - Ex Nummer EG-Baumusterprüfbescheinigung/<br />

Konformitätsaussage<br />

U: Komponente,<br />

x: besondere Einbaubedingungen<br />

Elektrisches<br />

Betriebsmittel<br />

Zugehöriges<br />

elektrisches<br />

Betriebsmittel<br />

Gerätekategorie<br />

nach ATEx-Richt -<br />

linie 94/9/EG<br />

X<br />

X<br />

X<br />

Kennzeichnung<br />

… nach Norm<br />

EN 61241:2006<br />

Geräteschutzniveau<br />

EPL (Equipment<br />

Protection Level)<br />

… nach Norm<br />

EN 60079-0:2009<br />

Zone Art der Gefahr<br />

Gas 1G Ga 0 Ständig, lange Zeiträume,<br />

häufig<br />

2G Gb 1 Gelegentlich<br />

3G Gc 2 Normalerweise nicht,<br />

nur kurzfristig<br />

Staub 1D Da 20 Ständig, lange Zeiträume,<br />

häufig<br />

2D Db 21 Gelegentlich<br />

3D Dc 22 Normalerweise nicht,<br />

nur kurzfristig<br />

Bergbau<br />

M1 Ma Ständig, lange Zeiträume,<br />

häufig<br />

M2 Mb Gelegentlich<br />

… nach Norm<br />

EN 60079-0:2009<br />

Alternative<br />

PTB 00 ATEx 0000 x Ex tD A21 IP 65 T80°C Ex tb IIIC T80°C Db Ex tb IIIC T80°C<br />

TÜV 00 ATEx 0000 [Ex iaD] [Ex ia Da] IIIC [Ex ia] IIIC<br />

Kennzeichnung nach IECEx<br />

Beispiele für Kennzeichnung mit IECEx-Zertifikatsnummer und nach IEC 60079-0<br />

Gas - Ex Nummer des<br />

IECEx Certificate of<br />

Conformity<br />

U: Komponente<br />

x: besondere Einbaubedingungen<br />

Elektrisches<br />

Betriebsmittel<br />

Zugehöriges<br />

elektrisches<br />

Betriebsmittel<br />

Beispiele für Kennzeichnung nach IEC 61241-0 bzw. 60079-0<br />

Staub - Ex Nummer des<br />

IECEx Certificate of<br />

Conformity<br />

U: Komponente<br />

x: besondere Einbaubedingungen<br />

Elektrisches<br />

Betriebsmittel<br />

Zugehöriges<br />

elektrisches<br />

Betriebsmittel<br />

Kennzeichnung<br />

…nach Norm<br />

IEC 60079-0:2004<br />

Kennzeichnung<br />

…nach Norm<br />

IEC 61241-0:20<strong>05</strong><br />

Beim IECEx-System ergibt sich die Kennzeichnung nur aus den Anforderungen der IEC-Normen<br />

…nach Norm<br />

IEC 60079-0:2007<br />

…nach Norm<br />

IEC 60079-0:2007<br />

…nach Norm<br />

IEC 60079-0:2007<br />

Alternative<br />

IECEx IBE 09.0002x Ex nA II T4 Ex nA IIC T4 Gc Ex nAc IIC T4<br />

IECEx BVS 08.035x [Ex ia] IIC [Ex ia Ga] IIC [Ex ia] IIC<br />

Komponente IECEx KEM 07.0<strong>05</strong>7U Ex e II Ex e IIC Gb Ex eb IIC<br />

…nach Norm<br />

IEC 60079-0:2007<br />

Alternative<br />

IECEx IBE 00.0000x Ex tD A21 IP 65 T80°C Ex t IIIC T80°C Db Ex tb IIIC T80°C<br />

IECEx BVS 00.0000x [Ex iaD] [Ex ia Da] IIIC [Ex ia] IIIC<br />

Kennzeichnung in den USA<br />

Kennzeichnungsbeispiel für ein zugehöriges elektrisches Betriebsmittel<br />

Einstufung des<br />

Betriebsmittels<br />

➞ 1M68<br />

Zulassungsstelle<br />

in USA: hier UL;<br />

c für Kanada;<br />

us für USA ➞ UListed CD-No: 12345678➞<br />

Suitable for Class I, Div. 2, Groups A, B, C<br />

and D installation;<br />

providing intrinsically safe circuits for use in<br />

Class I, Div. 1, Groups A, B, C and D;➞<br />

Class II, Div. 1, Groups E, F and G; and➞<br />

Class III, Hazardous Locations➞<br />

Controldrawing-No. (Kontrolldokument)<br />

Kann in Div 2*<br />

eingesetzt werden<br />

für Class I: Gase<br />

Gase<br />

Stäube<br />

➞<br />

Fasern<br />

A: Acetylen<br />

B: Wasserstoff<br />

C: Ethylen<br />

D: Propan<br />

geeignet für<br />

Stromkreise in Div 1*<br />

* nach NEC 500<br />

26 PHoENIx CoNTACT Kennzeichnung von Ex-Produkten 1.4 1.4 Kennzeichnung von Ex-Produkten<br />

PHoENIx CoNTACT 27

2 Errichtung von Anlagen in<br />

explosions gefährdeten Bereichen<br />

Die Errichtung von Anlagen in explosionsgefährdeten<br />

Bereichen erfordert ein besonderes<br />

Maß an Vorkehrungen.<br />

Der Arbeitgeber/Betreiber<br />

• teilt Bereiche, in denen explosionsfähige<br />

Atmosphären vorhanden sein können, in<br />

Zonen ein.<br />

• stellt sicher, dass die Mindestvorschriften<br />

angewendet werden.<br />

• kennzeichnet die Zugänge zu explosionsgefährdeten<br />

Bereichen.<br />

Bei der Auswahl der Betriebsmittel, Kabel/<br />

Leitungen und Konstruktion sind besondere<br />

Anforderungen zu beachten.<br />

Auszug aus RL 1999/92/EG:<br />

…<br />

(1) Artikel 137 des Vertrags sieht vor, dass der Rat durch<br />

Richtlinien Mindestvorschriften erlassen kann, die die Verbesserung<br />

insbesondere der Arbeitsumwelt fördern, um die<br />

Sicherheit und die Gesundheit der Arbeitnehmer verstärkt<br />

zu schützen.<br />

…<br />

(7) In der Richtlinie 94/9/EG des Europäischen Parlaments<br />

und des Rates vom 23. März 1994 zur Angleichung der<br />

Rechtsvorschriften der Mitgliedstaaten für Geräte und<br />

Schutzsysteme zur bestimmungsgemäßen Verwendung in<br />

explosionsgefährdeten Bereichen (5) ist festgelegt, dass<br />

eine ergänzende Richtlinie nach Artikel 137 des Vertrags<br />

vorgesehen ist, die sich insbesondere mit der Gefahr durch<br />

Explosionen aufgrund der Verwendung und/oder der Art<br />

und Weise der Installation der Geräte befasst.<br />

…<br />

Risikoanalyse<br />

Der Betreiber einer Anlage hat eine<br />

genaue Beurteilung durchzuführen.<br />

Grundlage dafür sind z.B. die Normen<br />

EN 60079-10, EN 60079-14 und<br />

EN 1127-1 (siehe auch Normenübersicht<br />

auf Seite 12). Auf Grund dieser Beurteilung<br />

werden die Zonen festgelegt und<br />

die zulässigen Betriebsmittel ausgewählt.<br />

Jede Anlage ist auf ihre Besonderheiten<br />

hin zu untersuchen. Sollte es dennoch<br />

zur Explosion kommen, ist bereits im<br />

Vorfeld das mögliche Gefahrenszenario<br />

zu betrachten. Können z.B. Kettenreaktionen<br />

eintreten, wie sind die Gebäudeschäden<br />

und welche Auswirkung hat die<br />

Explosion auf weitere Anlagenteile? Es<br />

kann sein, dass Wechselwirkungen mit<br />

benachbarten Anlagen auftreten, die bei<br />

der einzelnen Anlage alleine nicht vorkommen<br />

können.<br />

Die Risikobeurteilung erfolgt in der<br />

Regel in einem Team, welches alle relevanten<br />

Aspekte der Anlage abdeckt. Im<br />

Zweifelsfall empfiehlt es sich, weitere<br />

Experten zu Rate zu ziehen. Die Risikobeurteilung<br />

ist die Grundlage aller weiteren<br />

Maßnahmen bis hin zum Betrieb der<br />

Anlage.<br />

Im <strong>Explosionsschutz</strong>dokument sind diese<br />

Beurteilungen festzuhalten.<br />

<strong>Explosionsschutz</strong>dokument<br />

Die Dokumentation ist wesentlich für<br />

den sicheren Betrieb der Anlage im<br />

explosionsgefährdeten Bereich. Sie wird<br />

vor dem Errichten erstellt und ist immer<br />

auf dem aktuellen Stand zu halten. Bei<br />

Veränderungen an der Anlage müssen<br />

alle beschriebenen Einflussgrößen<br />

berücksichtigt werden.<br />

Der Leitfaden nach Artikel 11 der Richtlinie 1999/92/EG enthält folgende<br />

methodische Vorgehensweisen (anlehnende Darstellung):<br />

Beurteilungsverlauf zur Erkennung und Verhinderung von<br />

Explosionsgefahren:<br />

1<br />

Kann durch ausreichende Verteilung in Luft eine explosionsfähige Atmo-<br />

2<br />

sphäre entstehen?<br />

Ja<br />

3<br />

Ja<br />

Ist die Bildung einer sog. „gefährlichen explosionsfähigen Atmosphäre“<br />

4<br />

möglich?<br />

Ja<br />

Weitere Maßnahmen erforderlich!<br />

5<br />

Ist die Bildung von gefährlichen explosionsfähigen Atmosphären zuver-<br />

6<br />

lässig verhindert?<br />

Nein Weitere Maßnahmen erforderlich!<br />

7<br />

8<br />

Ist die Entzündung von gefährlichen explosionsfähigen Atmosphären<br />

9<br />

zuverlässig vermieden?<br />

Nein Weitere Maßnahmen erforderlich!<br />

10<br />

Sind brennbare Stoffe vorhanden?<br />

Wo kann explosionsfähige Atmosphäre auftreten?<br />

Verhinderung von Bildung gefährlicher explosionsfähiger Atmosphären.<br />

(Primärer <strong>Explosionsschutz</strong>)<br />

In welche Zonen lassen sich die Bereiche mit gefährlichen explosionsfähigen<br />

Atmosphären einteilen?<br />

Vermeiden von wirksamen Zündquellen in Bereichen mit gefährlichen<br />

explosionsfähigen Atmosphären. (Sekundärer <strong>Explosionsschutz</strong>)<br />

Begrenzung der Auswirkungen einer Explosion durch konstruktive und<br />

organisatorische Maßnahmen. (Tertiärer <strong>Explosionsschutz</strong>)<br />

Keine <strong>Explosionsschutz</strong>maßnahmen<br />

erforderlich.<br />

Keine <strong>Explosionsschutz</strong>maßnahmen<br />

erforderlich.<br />

Keine <strong>Explosionsschutz</strong>maßnahmen<br />

erforderlich.<br />

Keine weiteren <strong>Explosionsschutz</strong>maßnahmen<br />

erforderlich.<br />

Keine weiteren <strong>Explosionsschutz</strong>maßnahmen<br />

erforderlich.<br />

Beispiel für Aufbau der Dokumentation<br />

Verantwortlicher für das objekt Namentlich benannt<br />

Beschreibung der baulichen und geo- Lageplan, Gebäudeplan, Be- /Entlüftung<br />

grafischen Gegebenheiten<br />

Verfahrensbeschreibung Beschreibung der Anlage bezogen<br />

auf <strong>Explosionsschutz</strong><br />

Stoffdaten Auflistung der Daten mit explosionsrelevanten<br />

Kennwerten<br />

Risikobeurteilung siehe obenstehenden Leitfaden<br />

Schutzkonzepte Zoneneinteilung, angewendete Zündschutzarten<br />

organisatorische Maßnahmen Unterweisung, schriftliche<br />

An weisungen, Arbeitsfreigaben<br />

28 PHoENIx CoNTACT Errichtung von Anlagen in explosionsgefährdeten Bereichen 2 2 Errichtung von Anlagen in explosionsgefährdeten Bereichen<br />

PHoENIx CoNTACT 29<br />

Nein<br />

Nein<br />

Nein<br />

Ja<br />

Ja

2.1 Installation eigensicherer<br />

Stromkreise<br />

Auslegung von eigensicheren Stromkreisen<br />

Installation in Zündschutzart<br />

Eigensicherheit<br />

Der gesamte eigensichere Stromkreis<br />

muss gegen das Eindringen von Energie<br />

aus anderen Quellen, elektrischen oder<br />

magnetischen Feldern geschützt sein.<br />

Verantwortlich für den Nachweis der<br />

Eigensicherheit ist der Errichter oder<br />

Betreiber, nicht der Hersteller.<br />

Einfache eigensichere Stromkreise<br />

Einfache eigensichere Stromkreise enthalten<br />

nur eine Energiequelle. Zur Planung<br />

und Installation empfiehlt es sich,<br />

die Betriebsanleitungen und die<br />

EG-Baumusterprüfbescheinigung (bzw.<br />

die Zertifikate) der eingesetzten<br />

Betriebsmittel bereitzuhalten. Diesen<br />

werden die notwendigen Parameter entnommen.<br />

Im ersten Schritt werden die<br />

Kriterien entsprechend der folgenden<br />

Tabelle geprüft.<br />

Explosionsgefährdeter<br />

Bereich<br />

Überprüfung des Einsatzes im explosionsgefährdeten Bereich<br />

Kriterien Elektrische<br />

Betriebsmittel<br />

Gerätegruppe, Einsatzbereich<br />

Als nächster Schritt werden die elektrischen<br />

Daten des eigensicheren Stromkreises<br />

(Spannung, Strom, Leistung,<br />

Kapazität und Induktivität) gemäß der<br />

folgenden Abbildung überprüft.<br />

Im eigensicheren Stromkreis sind alle<br />

auftretenden Kapazitäten und Induktivitäten<br />

zu berücksichtigen und mit der<br />

Kapazität Co und Induktivität Lo des<br />

zugehörigen Betriebsmittels zu ver-<br />

Sicherer Bereich<br />

SPS<br />

4…20mA<br />

II, G, D II, G, D<br />

Dimensionierung eigensicherer Stromkreise mit einem zugehörigen Betriebsmittel<br />

gleichen. In der Praxis ist besonders<br />

auf die Kapazität zu achten, da durch<br />

diese Kabel oder Leitungen in der Länge<br />

erheblich eingeschränkt werden. Als<br />

Richtwerte können die Kapazität Cc mit<br />

ca. 140…200 nF/km und die Induktivität<br />

Lc mit ca. 0,8…1 mH/km angenommen<br />

werden. Im Zweifel ist immer vom worst<br />

case auszugehen.<br />

Gebräuchliche Bezeichnungen Europa USA<br />

für Feldgerät:<br />

max. Eingangsspannung<br />

max. Eingangsleistung<br />

max. innere Kapazität<br />

max. innere Induktivität<br />

für zugehörige Betriebsmittel<br />

max. Ausgangsspannung<br />

max. Ausgangsleistung<br />

max. äußere Kapazität<br />

max. äußere Induktivität<br />

für Kabel/Leitung:<br />

Kabel-/Leitungskapazität<br />

Kabel-/Leitungsinduktivität<br />

Zugehörige elektrische<br />

Betriebsmittel<br />

Kategorie 1, 2, 3 (1), (2), (3)<br />

Gruppe IIA, IIB, IIC IIA, IIB, IIC<br />

Zone 0, 1, 2 0, 1, 2<br />

Zündschutzart Ex ia, Ex ib [Ex ia], [Ex ib]<br />

Temperaturklasse T1…T6 --<br />

Ui<br />

Ii<br />

Ci<br />

Li<br />

Uo<br />

Io<br />

Co<br />

Lo<br />

Cc<br />

Lc<br />

Vmax<br />

Imax<br />

Ci<br />

Li<br />

Voc<br />

Isc<br />

Ca<br />

La<br />

Ccable<br />

Lcable<br />

Eigensichere Stromkreise mit mehr<br />

als einer Energiequelle<br />

Die beschriebene Dimensionierung eines<br />

eigensicheren Stromkreises ist aber nur<br />

dann zulässig, wenn maximal ein konzentrierter<br />

Energiespeicher Ci oder Li im<br />

Stromkreis vorhanden ist.<br />

Beim Auftreten von mehreren konzentrierten<br />

Energiespeicher Ci und Li ist<br />

die maximal zulässige Kapazität Co und<br />

Induktivität Lo vor dem Vergleich mit Ci<br />

+ Cc und Li + Lc zu halbieren. Ci bzw. Li<br />

sind als konzentrierter Energiespeicher<br />

zu sehen, wenn ihr jeweilige Wert 1%<br />

der maximal zulässigen äußeren Kapazität<br />

Co bzw. Induktivität Lo überschreitet.<br />

Die Kabel-/Leitungskapazität Cc bzw.<br />

die Kabel-/Leitungsinduktivität Lc gelten<br />

nicht als konzentrierte Kapazitäten bzw.<br />

konzentrierte Induktivitäten.<br />

Für den Einsatz in Zone 0 ist die<br />

Zu sammenschaltung von mehreren zugehörigen<br />

elektrischen Betriebsmitteln<br />

nicht zulässig.<br />

Besteht der eigensichere Stromkreisen<br />

für Anwendungen in Zone 1 und<br />

Zone 2 aus mehr als einem zugehörigen<br />

Betriebsmittel, muss durch theoretische<br />

Berechnungen oder Prüfungen mit<br />

dem Funkenprüfgerät (entsprechend<br />

EN 60079-11) ein Nachweis erfolgen.<br />

Dabei ist zu beachten, ob eine Stromaddition<br />

vorliegt. Daher wird die Beurteilung<br />

durch einen Sachverständigen<br />

empfohlen.<br />

Für die Zusammenschaltung mehrerer<br />

eigensicherer Stromkreise mit linearen<br />

Strom-Spannungskennlinien werden<br />

im Anhang A und B der EN 60079-14<br />

Beispiele aufgeführt. Bei der Zusammenschaltung<br />

zugehöriger Betriebsmittel<br />

mit nichtlinearen Kennlinien führt die<br />

Bewertung an Hand der Leerlaufspannung<br />

und des Kurzschlussstroms nicht<br />

zum Ergebnis. Die Berechnungen kann<br />

aber auf Grundlage des PTB-Berichts<br />

PTB-ThEx-10 „Zusammenschaltung<br />

nichtlinearer und linearer eigensicherer<br />

Stromkreise“ durchgeführt werden. Dieser<br />

ist in die EN 60079-25 (Eigensichere<br />

Systeme) einbezogen worden. Hier werden<br />

grafische Methoden zur Beurteilung<br />

der Eigensicherheit bis in die Zone 1<br />

beschrieben.<br />

Erdung in eigensicheren<br />

Stromkreisen<br />

Bei der Erdung eigensicherer Stromkreise<br />

kann es zu Potentialdifferenzen kommen.<br />

Diese müssen in der Betrachtung<br />

der Stromkreise berücksichtigt werden.<br />

Eigensichere Stromkreise dürfen gegen<br />

Erde isoliert sein. Die Gefahr der elektrostatischen<br />

Aufladung ist zu beachten.<br />

Die Verbindung über einen Widerstand<br />

R = 0,2…1 MΩ zur Ableitung elektrostatischer<br />

Aufladung gilt nicht als Erdverbindung.<br />

Ein eigensicherer Stromkreis darf an das<br />

Potentialausgleichssystem angeschlossen<br />

sein, wenn dies nur an einer Stelle<br />

innerhalb eines eigensicheren Stromkreises<br />

geschieht. Wenn ein eigensicherer<br />

Stromkreis aus mehreren galvanisch<br />

getrennten Teilstromkreisen besteht,<br />

kann jeder Teil einmal mit Erde verbunden<br />

werden.<br />

Ist eine funktionsbedingte Erdung für<br />

einen in Zone 0 befindlichen Sensor/<br />

Aktor notwendig, so ist diese unmittelbar<br />

außerhalb der Zone 0 zu realisieren.<br />

Anlagen mit Zener-Barrieren müssen an<br />

diesen geerdet sein. Gegebenenfalls ist<br />

sogar ein mechanischer Schutz gegen<br />

Beschädigung vorzusehen. Diese Stromkreise<br />

dürfen nicht an einer weiteren<br />

Stelle geerdet werden.<br />

Alle elektrischen Betriebsmittel, die die<br />

Spannungsprüfung mit mindestens 500 V<br />

gegen Erde nicht bestehen, gelten als<br />

geerdet.<br />

Bei der galvanischen Trennung von<br />

Versorgungs- und Signalstromkreisen<br />

müssen die Fehler und/oder transiente<br />

Ströme in Potentialausgleichsleitungen<br />

berücksichtigt werden.<br />

Wartung und Instandhaltung<br />

Eine Wartung der eigensicheren Stromkreise<br />

ist ohne besondere Genehmigung<br />

(z.B.: Feuerschein) möglich. Die Leitungen<br />

der eigensicheren Stromkreise<br />

können kurzgeschlossen oder unterbrochen<br />

werden, ohne die Zündschutzart<br />

zu gefährden. Es dürfen eigensichere<br />

Betriebsmittel ausgebaut (bzw. Steckmodule<br />

gezogen) werden, ohne dass die<br />

Anlage spannungsfrei geschaltet werden<br />

muss. In eigensicheren Stromkreisen<br />

treten üblicherweise keine berührgefährlichen<br />

Ströme und Spannungen auf, so<br />

dass sie für Personen sicher sind. Das<br />

Messen von eigensicheren Stromkreisen<br />

erfordert zugelassene eigensichere<br />

Messgeräte. Werden die Daten dieser<br />

Messgeräte nicht berücksichtigt, kann<br />

zusätzliche Energie in den eigensicheren<br />

Stromkreis gelangen. Die zulässigen<br />

Höchstwerte werden ggf. überschritten<br />

und die Anforderungen an die Eigensicherheit<br />

nicht mehr erfüllt. Gleiches gilt<br />

für alle Prüfgeräte, die eingesetzt werden<br />

sollen.<br />

Zulässige Leiterquerschnitte für Erdverbindung<br />

Anzahl der Leiter Leiterquerschnitt* Bedingung<br />

mind. 2 getrennte Leiter min. 1,5 mm2 jeder einzelne Leiter<br />

kann den größtmöglichen<br />

Strom führen<br />

ein Leiter min. 4 mm 2<br />

* Leiter aus Kupfer<br />

30 PHoENIx CoNTACT Installation eigensicherer Stromkreise 2.1 2.1 Installation eigensicherer Stromkreise<br />

PHoENIx CoNTACT 31

Bei der Installation von Kabeln/Leitungen<br />

sollen diese gegen mechanische Beschädigungen,<br />

Korrosion, chemische und<br />

Kabel/Leitungen für die Zone 1 und 2<br />

Kabel/Leitung Anforderung<br />

thermische Einwirkungen geschützt sein. ortsfeste Betriebs- Mantel Thermoplast, Duroplast, Elastomer oder<br />

In der Zündschutzart Eigensicherheit ist<br />

dies verbindlich gefordert.<br />

mittel<br />

metallisoliert mit Metallmantel<br />

In Schächten, Kanälen, Rohren und Grä- ortsveränderliche, Außenmantel Schwerem Polychloropren, synthetischem<br />

ben muss das Ansammeln von explosi- transpor table<br />

Elastomer, schwere Gummischlauchleitung<br />

onsfähiger Atmosphäre verhindert werden.<br />

Ebenso dürfen sich brennbare Gase,<br />

Betriebsmittel<br />

oder vergleichbarer robuster Aufbau<br />

Dämpfe, Flüssigkeiten oder Stäube nicht<br />

darüber ausbreiten können.<br />

Innerhalb des explosionsgefährdeten<br />

Mindestquerschnittsfläche<br />

1,0 mm<br />

Bereichs sollen Kabel/Leitungen möglichst<br />

unterbrechungsfrei geführt werden.<br />

Ist dies nicht realisierbar, so dürfen die<br />

Kabel/Leitungen nur in einem Gehäuse,<br />

das in einer für die Zone zugelassenen<br />

Schutzart ausgeführt ist, verbunden werden.<br />

Muss aus Gründen der Installation<br />

davon abgewichen werden, so sind die<br />

Bedingungen aus der Norm EN 60 079-<br />

14 einzuhalten.<br />

Bei eigensicheren Stromkreisen, auch<br />

außerhalb des explosionsgefährdeten<br />

Bereichs, gilt ferner:<br />

• In mehradrigen Kabeln oder Leitungen<br />

dürfen mehrere eigensichere Stromkreise<br />

geführt werden.<br />

• Bei bewehrten, metallummantelten<br />

oder geschirmten Kabeln/Leitungen<br />

Energiekabeln auch mit blauer Farbe<br />

gekennzeichnet. Dann sollte eine andere<br />

Kennzeichnung von eigensicheren Stromkreisen<br />

verwendet werden, um eine Verwechslung<br />

auszuschließen. Von Vorteil ist<br />

• Schutz gegen das Eindringen äußerer können eigensichere und nichteigensi- die übersichtliche Anordnung und räum-<br />

Energie.<br />

chere Stromkreise in ein und demselliche Trennung im Schaltschrank.<br />

• Schutz gegen äußere elektrische oder<br />

magnetische Felder. Mögliche Ursache:<br />

Hochspannungsfreileitung oder einphasige<br />

Hochspannungsleitungen.<br />

ben Kabelkanal verlegt werden.<br />

Im Schaltschrank sollen die eigensicheren<br />

Stromkreise eindeutig gekennzeichnet<br />

sein. Die Norm schreibt kein einheitli-<br />

Die Erdung leitender Schirme darf nur<br />

an einer Stelle erfolgen, die sich üblicherweise<br />

im nichtexplosionsgefährdeten<br />

Bereich befindet. Siehe hierzu auch<br />

• Aderleitungen von eigensicheren und ches Verfahren vor, weist lediglich darauf den Abschnitt „Erdung in eigensicheren<br />

nichteigensicheren Stromkreisen dür- hin, dass die Kennzeichnung bevorzugt Stromkreisen“ (Seite 31) und die Tabelle<br />

fen nicht in derselben Leitung geführt durch eine hellblaue Farbe erfolgen soll. Seite 33.<br />

werden.<br />

Meist werden die Neutralleiter von<br />

2<br />

flexible Kabel<br />

und Leitungen<br />

Ausführung • leichte Gummischlauchleitung ohne/mit<br />

Polychloroprenummantelung<br />

• schwere Gummischlauchleitung ohne/mit<br />

Polychloroprenummantelung<br />

• kunststoffisolierte Leitung, vergleichbar<br />

schwere Gummischlauchleitung<br />

Auswahlkriterien für Kabel/Leitungen bei Zündschutzart<br />

Eigensicherheit<br />

Kriterium Bedingung Anmerkung<br />

isolierte<br />

Kabel/Leitungen<br />

Durchmesser<br />

einzelner Leiter<br />

feindrahtige<br />

Leitungen<br />

mehradrige Kabel/<br />

Leitungen<br />

Prüfspannung ≥ 500 V AC<br />

≥ 750 V DC<br />

Kenndaten (Cc und Lc)<br />

oder (Cc und Lc/Rc)<br />

Leiter-Erde, Leiter-Schirm<br />

und Schirm-Erde<br />

≥ 0,1mm auch bei feindrahtigen<br />

Leitern<br />

gegen Aufspleißen z.B. durch Aderendhülsen<br />

schützen<br />

zulässig Bedingungen der Fehlerbetrachtung<br />

berücksichtigen<br />

aus EN 60079-14<br />

im Zweifel: worst-case<br />

Abstand<br />

zwischen<br />

nicht-Ex i<br />

und Ex i<br />

Eigensichere<br />

Stromkreise<br />

Hellblaues<br />

Kabel in<br />

Ex-Zone<br />

Stromkreise<br />

zur SPS im<br />

sicheren<br />

Bereich<br />

Sonderfälle zur Erdung leitender Schirme in eigensicheren Stromkreisen<br />

Grund Bedingungen<br />

a Schirm hat hohen Widerstand, zusätz- Robuster Erdleiter (min. 4 mm<br />

liche Abschirmung gegen induktive<br />

Störeinflüsse<br />

2 ), isolierter Erdleiter und Schirm:<br />

Isolationsprüfung 500 V, beide an einem Punkt geerdet, Erdleiter erfüllt die<br />

Anforderungen der Eigensicherheit und wird beim Nachweis berücksichtigt<br />

b Potentialausgleich zwischen beiden<br />

Enden<br />

c Mehrfacherdung über kleine Kondensatoren<br />

Abstände an Anschlussklemmen<br />

Zwischen verschiedenen eigensicheren<br />

Stromkreisen<br />

Die Luftstrecken zwischen Klemmen<br />

verschiedener eigensicherer Stromkreise<br />

müssen mindestens 6 mm betragen. Die<br />

Luftstrecken zwischen den leitenden Teilen<br />

der Anschlussklemmen und leitenden<br />

Teilen, die geerdet sein können, muss<br />

mindestens 3 mm betragen. Eigensichere<br />

Stromkreise müssen deutlich gekennzeichnet<br />

sein.<br />

Zwischen eigensicheren und<br />

anderen Stromkreisen<br />

Der Abstand an Reihenklemmen zwischen<br />

den leitenden Teilen von eigensicheren<br />

Stromkreisen und den leitenden<br />

Teilen von nicht eigensicheren Stromkreisen<br />

muss mindestens 50 mm betragen.<br />

Der Abstand kann auch durch eine<br />

Trennplatte aus Isolierstoff oder durch<br />

eine geerdete Metallplatte hergestellt<br />

werden.<br />

Kabel/Leiter von eigensicheren Stromkreisen<br />

dürfen selbst dann, wenn sie sich<br />

an der Reihenklemme lösen sollten, nicht<br />

mit einem nicht-eigensicheren Stromkreis<br />

in Kontakt kommen. Bei der Installation<br />

sind die Kabel/Leiter entsprechend<br />

einzukürzen.<br />

Es ist im höchsten Maß sichergestellt, dass ein Potentialausgleich über den<br />

gesamten Bereich besteht, in dem der eigensichere Stromkreis installiert ist.<br />

Gesamtkapazität nicht über 10 nF<br />

Abstände nach EN 60079,Abschnitt 6.2.1 bzw. Bild 1.<br />

Spezielle Anforderungen in<br />

Zone 0, Europa<br />

Die Norm EN 60079-26 „Spezielle<br />

Anforderungen an Konstruktion, Prüfung<br />

und Kennzeichnung elektrischer<br />

Betriebsmittel für Gerätegruppe II, Kategorie<br />

1G“ ergänzt die EN 60079-Reihe.<br />

Hier werden weitere Anforderungen<br />

beschrieben, um Betriebsmittel auch in<br />

anderen Zündschutzarten als Eigensicherheit<br />

in der Zone 0 einzusetzen.<br />

32 PHoENIx CoNTACT Installation eigensicherer Stromkreise 2.1 2.1 Installation eigensicherer Stromkreise<br />

PHoENIx CoNTACT 33

2.2 Überspannungsschutz im Ex-Bereich<br />

Überspannungsschutz eigensicherer Stromkreise<br />

Überspannungen, meist verursacht durch<br />

Schalthandlungen, Sicherungsauslösungen,<br />

Frequenzumformern oder Blitzeinwirkungen,<br />

sind ein wichtiges Thema,<br />

wenn es um den Funktionserhalt und die<br />

Verfügbarkeit von elektrischen Anlagen<br />

geht.<br />

Bei diesen Störgrößen handelt es sich<br />

um zeitlich schnell veränderliche Störimpulse<br />

(Transienten), die in wenigen Mikrosekunden<br />

Amplituden von mehreren<br />

Kilovolt erreichen.<br />

Kommt es zu Überspannung entstehen<br />

gefährliche Potenzialdifferenzen, die u.a.<br />

Fehlsteuerungen, kurzzeitige Funktionsunterbrechungen<br />

oder im ungünstigsten<br />

Fall auch Zerstörungen zur Folge<br />

haben. Nur der konsequente Einsatz<br />

von Überspannungsschutzableitern (kurz<br />

SPD, Surge Protective Device) an den<br />

zu schützenden Geräten, sorgt für eine<br />

Begrenzung der hervorgerufenen Potenzialdifferenzen<br />

auf ungefährliche Werte.<br />

SPDs in Ex-Zonen müssen zur Vermeidung<br />

gefährlicher Potenzialdifferenzen<br />

aufgrund von Überspannungen den<br />

Anforderungen der DIN EN 60079-14<br />

genügen. Hierin ist gefordert, dass<br />

mindestens 10 Impulse der Impulsform<br />

8/20 µs mit einem Mindestableitstoß-<br />

1<br />

Schutzbeschaltung des SPD S-PT-EX(I)-24DC<br />

GDT 2 GDT 1<br />

Überspannungsschutzgerät<br />

PLUGTRAB PT<br />

2xEX(I)<br />

strom von 10 kA sicher beherrscht<br />

werden müssen, wenn gefährliche Potenzialdifferenzen<br />

in die Ex-Zone 0 eingekoppelt<br />

werden können.<br />

Diese Anforderung wird durch die Nutzung<br />

von Gasentladungsableitern (GDT)<br />

erreicht (Abbildung: Schutzbeschaltung<br />

des SPD SP-PT-Ex(I)-24DC). Die geforderte<br />

Isolationsfestigkeit von 500 V<br />

gegen Erde nach DIN EN 60079-11 wird<br />

durch den speziell bemessenen GDT 2<br />

erreicht.<br />

Betriebsmittel besitzen meist eine Isolationsfestigkeit<br />

von 1,5 kV gegen Erde, die<br />

Spannungsfestigkeit zwischen den Adern<br />

beträgt oft nur ein paar hundert Volt<br />

oder weniger. Während zur Aufrechterhaltung<br />

der Isolationsfestigkeit bei<br />

Transienten ein GDT ausreicht, müssen<br />

zusätzliche Suppressordioden für die<br />

Spannungsfestigkeit zwischen den Adern<br />

Suppressordiode<br />

2<br />

Entkopplungswiderstand<br />

IN OUT<br />

Brücke<br />

Schirm<br />

ΔU<br />

UG US<br />

GDT = Gasentladungsableiter<br />

ÜSG SURGETRAB<br />

(Durchgangs- oder<br />

Parallelverdrahtung<br />

S-PT-EX(I)-24DC<br />

S-PT-EX-24DC<br />

(Kennzeichnung<br />

nach ATEX)<br />

sorgen. Diese Halbleiterbauelemente<br />

zeichnen sich durch ein sehr schnelles<br />

Ansprechen bei Transienten und einer<br />

engen Spannungsbegrenzung aus – ihr<br />

Ableitvermögen beträgt aber nur ein<br />

paar hundert Ampere. Mehrstufig aufgebaute<br />

SPDs, wie der SURGETRAB<br />

sind daher zu empfehlen. Im Falle einer<br />

Transiente begrenzt die Suppressordiode<br />

so lange, bis die Summe aus Restspannung<br />

der Suppressordiode US und dem<br />

Spannungsabfall an den Entkopplungswiderständen<br />

∆U, der Ansprechspannung<br />

des GDT 1 UG entspricht (Kirchhoffsche<br />

Regel). Während also die Supressordiode<br />

zwischen den Adern für ein schnelles<br />

Ansprechen bei gleichzeitig niedrigen<br />

Schutzpegel sorgt, wird mit dem GDT<br />

ein hohes Ableitvermögen von 10 kA<br />

erreicht.<br />

In der Praxis ist es vorteilhaft noch am<br />

Einbauort entscheiden zu können, ob<br />

der Schirm direkt oder indirekt über<br />

einen GDT mit der Erde kontaktiert<br />

werden soll. Dieses kann, wie im Fall des<br />

SURGETRAB durch das Heraustrennen<br />

einer vorinstallierten Brücke am GDT 3<br />

erfolgen (vgl. Schaltbild).<br />

Beispiel Hochtanklager<br />

Eine Füllstandsmessung an einem Tank<br />

ist oftmals über lange Leitungswege von<br />

z.B. 100 m mit der Messwarte verbunden.<br />

Im Inneren des Tanks liegt aufgrund der<br />

dauerhaft vorhandenen explosionsfähigen<br />

Atmosphäre die Ex-Zone 0 vor. Die<br />

Messwerte werden aufgrund der Unempfindlichkeit<br />

gegen äußere Einkopplungen<br />

als Stromsignal (4-20 mA) an die Messwarte<br />

übertragen. Um die unzulässig<br />

hohen Potentialdifferenzen der Erdungsanlage<br />

zu vermeiden, wird zunächst ein<br />

Potentialausgleich zwischen Messwarte<br />

und den Hochtanks errichtet.<br />

Für das hier gezeigte Fallbeispiel wird<br />

ein Blitzeinschlag von 30 kA mit einem<br />

10/350 µs Impuls* angenommen. Während<br />

eine Hälfte des Stromes über die<br />

Erde abfließt gelangt die Andere unmittelbar<br />

in die Anlage. Somit wird angenommen,<br />

dass 15 kA über die Potentialausgleichsleitung<br />

zur Messwarte hin<br />

fließen. Bei einem Kupferquerschnitt der<br />

Potentialausgleichsleitung von 95 mm2 ergibt sich die nachfolgende Berechnung<br />

für den ohmschen Spannungsfall zwischen<br />

Messwarte und Hochtank:<br />

ÛR = îB<br />

∂ =17,3<br />

I<br />

• RCU mit RCU = ∂ • und<br />

2 A<br />

mΩ • mm2<br />

m<br />

ÛR = 30 kA mΩ • mm2 100 m<br />

• 17,3 •<br />

2 m 95 mm2 ÛR = 273 V<br />

Die Kombination aus Potentialausgleichsleitungen<br />

und der normativen geforderten<br />

Isolationsfestigkeit von 500 V scheint<br />

auf den ersten Blick einen ausreichenden<br />

Schutz vor Blitzteilströmen in eigensicheren<br />

Systemen zu bieten.<br />

Die Leitung besitzt neben einem<br />

Widerstandsbelag jedoch auch einen<br />

Induktivitätsbelag L‘. Für einen runden<br />

Kupferleiter wird in der Praxis ein querschnittsunabhängiger<br />

Induktivitätsbelag<br />

von L’ ≈ 1 µH/m angenommen. Fließt der<br />

zuvor definierte Blitzstrom in Höhe von<br />

15 kA der Impulsform 10/350 µs entlang<br />

des Potentialausgleichleiters in Richtung<br />

Messwarte wird nach dem Induktionsge-<br />

0 50<br />

%<br />

Ui = 30 V<br />

Ii = 200 mA<br />

Pi = 1 W<br />

Ci1 = 0 nF<br />

Li1 = 20 nH<br />

0 50<br />

%<br />

Ci = 30V<br />

Ii = 200 mA<br />

Pi = 1 W<br />

Ci1 = 0 nF<br />

Li1 = 20 nH<br />

100<br />

100<br />

OUT IN<br />

R CU<br />

R CU<br />

L<br />

L<br />

100 m<br />

/ /<br />

/ /<br />

/ /<br />

100 m<br />

/ /<br />

S-PT-EX-24 DC<br />

Ci2 = 1,65 nF<br />

Li2 = 1 μH<br />

Ui = 36 V<br />

Ii = 350 mA<br />

Pi = 3 W<br />

/ /<br />

CLeitung = 20 nF<br />

LLeitung = 100 μF<br />

setz ein induktiver Spannungsfall in Höhe<br />

von 150 kV generiert:<br />

U L (t) = - L • diB(Teil)<br />

dt<br />

ÛL (t) ≈ - L‘• I • ΔiB(Teil)<br />

Δt<br />

ÛL ≈ -1 μH 15 kA<br />

• 100 m •<br />

m 10 μs<br />

ÛL ≈ -150 kV<br />

S-PT-EX(I)-24 DC<br />

Ci2 = 2 nF<br />

Li2 = 1 μH<br />

Ui = 30 V<br />

Ii = 350 mA<br />

Pi = 3 W<br />

CLeitung = 20 nF<br />

LLeitung = 100 μF<br />

Nachweis der Eigensicherheit<br />

1. Uo ≤ Ui Io ≤ Ii Co ≤ Ci<br />

2. Ci1 + Ci2 + CLeitung + Ci3 ≤ Co<br />

3. Lo1 + Li2 + LLeitung + Li3 ≤ Lo<br />

Nachweis der Eigensicherheit<br />

1. Uo ≤ Ui Io ≤ Ii Po ≤ Pi<br />

2. Ci1 + Ci2 + CLeitung + Ci3 ≤ Co<br />

3. Li1 + Li2 + LLeitung + Li3 ≤ Lo<br />

Eigensichere Stromkreise, die zwischen<br />

Hochtank und Messwarte verlaufen,<br />

werden somit zerstört. Nur durch den<br />

konsequenten Einsatz von Überspannungsschutzgeräten<br />

kann dieser Effekt<br />

vermieden werden.<br />

Der Installationsort eines SPD sollte sich<br />

dabei so nah wie praktisch möglich an<br />

der Einführung in die Zone 0 befinden.<br />

Der Abstand von 1 m sollte nicht überschritten<br />

werden.<br />

/ /<br />

IN<br />

IN<br />

OUT<br />

PT 2x EX(I)-24DC<br />

Ci3 = 1,3 nF<br />

Li3 = 1 μH<br />

Ui = 30 V<br />

Ii = 325 mA<br />

Pi = 3 W<br />

OUT<br />

PT 2x EX(I)-24DC<br />

Ci3 = 1,3 nF<br />

Li3 = 1 μH<br />

Ui = 30 V<br />

Ii = 325 mA<br />

Pi = 3 W<br />

IN OUT<br />

Füllstandsmessung: Schutz durch SURGETRAB S-PT-EX(I)-24DC in Durchgangsverdrahtung und<br />

PLUGTRAB PT-2xEX(I)-24DC<br />

4…20 mA<br />

IN OUT<br />

Füllstandsmessung: Schutz durch SURGETRAB S-PT-EX-24DC in Parallelverdrahtung und<br />

PLUGTRAB PT 2xEX(I)-24DC<br />

4…20 mA<br />

MACX Analog Ex<br />

RPSSI/I<br />

Uo = 28 V<br />

Io = 93 mA<br />

Po = 650 mW<br />

Co = 83 nF<br />

Lo = 4,3 mH<br />

SPS<br />

SPS<br />

MACX MCR-EX-SL-<br />

RPSSI-I-UP<br />

Uo = 28V<br />

Io = 93 mA<br />

Po = 650 mW<br />

Co = 83 nF<br />

Lo = 4,3 mH<br />

Die Leitungen zwischen dem Messwertaufnehmer<br />

und dem SPD müssen so<br />

ausgeführt sein, dass sie gegen direkte<br />

Blitzbeeinflussung geschützt sind. Eine<br />

Leitungsverlegung in einem Metall-Installationsrohr<br />

ist hier eine Möglichkeit.<br />

Für den Überspannungsschutz von Sensorköpfen<br />

sind SPDs wie der SURGE-<br />

TRAB empfehlenswert, welche speziell<br />

für diese Anwendung entwickelt wurden.<br />

Sie werden direkt in den Leitungszug<br />

eingebunden und in den zu schützenden<br />

Sensorkopf eingeschraubt.<br />

* 10/350 µs = Impuls-Anstiegszeit 10 µs, Rückhalbwertszeit<br />

350 µs<br />

34 PHoENIx CoNTACT Überspannungsschutz im Ex-Bereich 2.2 2.2 Überspannungsschutz im Ex-Bereich<br />

PHoENIx CoNTACT 35

2.3 Verbindungstechnik<br />

Reihenklemmen<br />

Reihenklemmen bei Erhöhter<br />

Sicherheit Ex e<br />

Reihenklemmen müssen den Anforderungen<br />

für den Anschluss äußerer Leiter<br />

entsprechen.<br />

Die Grundlage für die Prüfung bilden<br />

die Normen für die Erhöhte Sicherheit<br />

EN 60079-7.<br />

Neben den Typprüfungen der Produktnorm<br />

lassen sich die zusätzlichen Anforderungen<br />

für die erhöhte Sicherheit wie<br />

folgt zusammenfassen:<br />

• ausreichend große Luft- und Kriechstrecken<br />

temperatur- und alterungsbeständige<br />

Isolierstoffe<br />

• Schutz vor Ausweichen des Leiters<br />

während des Anschlusses<br />

• gegen Selbstlockern gesichert<br />

• Anschluss frei von Leiterbeschädigungen<br />

• dauerhaft ausreichender Kontaktdruck<br />

• Kontaktsicherheit bei wechselnden<br />

Temperaturen<br />

• keine Kontaktdruckübertragung über<br />

Isolierstoff<br />

• Mehrleiteranschluss nur bei geeigneten<br />

Klemmstellen<br />

• elastisches Zwischenglied bei mehrdrähtigen<br />

Leitern ab 4 mm²<br />

• festgelegtes Drehmoment bei Schraubanschlussklemmen<br />

Die technischen Daten für Reihenklemmen<br />

im Ex-Bereich werden durch die<br />

Baumusterprüfung festgelegt und in der<br />

Bescheinigung dokumentiert. Die grundlegenden<br />

Daten für die Anwendung von<br />

Reihenklemmen und Zubehör sind:<br />

• Bemessungsisolationsspannung,<br />

• Bemessungsspannung,<br />

• anschließbare Leiterquerschnitte,<br />

• Einsatztemperaturbereich,<br />

• Temperaturklasse.<br />

Reihenklemmen werden als bescheinigte<br />

Komponenten im explosionsgefährdeten<br />

Bereich eingesetzt. Sie finden<br />

Anwendung in Anschlussräumen von Ex-<br />

Betriebsmitteln.<br />

Damit ist der Einsatz in Zone 1 und 2<br />

bei Gasen bzw. 21 und 22 bei Stäuben<br />

erlaubt. Die Anforderungen für den IP-<br />

Schutz werden entsprechend der jeweiligen<br />

Zündschutzart durch den Anschlussraum<br />

erfüllt.<br />

Die Bescheinigung von Komponenten<br />

dient als Grundlage zur Zertifizierung<br />

eines Gerätes oder Schutzsystems.<br />

Durch die Bescheinigungsnummer<br />

(Zusatz „U“ nach europäischer Norm)<br />

bzw. dem Zulassungszeichen (z.B. UL:<br />

Recognition Mark ) wird die Reihenklemme<br />

als Komponente ausgewiesen.<br />

Für Reihenklemmen der Zündschutzart<br />

Erhöhte Sicherheit Ex e besteht eine<br />

Kennzeichnungspflicht.<br />

Am Beispiel der Type QTC 2,5 werden<br />

die Elemente der Kennzeichnung<br />

beschrieben.<br />

Typenschild<br />

Verpackungsetikett<br />

Wichtige Hinweise:<br />

Reihenklemmen sind für den Einsatz in<br />

der Temperaturklasse T6 vorgesehen.<br />

Angaben zu anderen Temperaturklassen<br />

sowie dem Einsatztemperaturbereich<br />

enthält die EG-Baumusterprüfbescheinigung<br />

und die Installationsanweisung.<br />

Für die Anwendung der Klemmen ist die<br />

Installationsanweisung auch bezüglich der<br />

Verwendung von Zubehör zu beachten!<br />

Kennzeichnungsanforderung nach EN/IEC 60079-0 für ATEx und IECEx<br />

Name oder Warenzeichen des<br />

Herstellers oder<br />

Typenbezeichnung QTC 2,5<br />

Kennzeichnung der Zündschutzart Ex e II<br />

EG-Baumusterprüfbescheinigungs nummer<br />

nach ATEx<br />

KEMA <strong>05</strong> ATEx 2148 U<br />

Zertifikatsnummer nach IECEx IECEx KEM 07.0010 U<br />

Kennzeichnungsanforderung lt. ATEx-Richtlinie 94/9/EG, Anhang II<br />

Name und Anschrift des Herstellers<br />

Typenbezeichnung QTC 2,5<br />

D-32825 Blomberg<br />

Herstellungsdatum 13.09.2010 (Beispiel)<br />

Kenn-Nr. der benannten Stelle (KEMA) 0344<br />

Baumustergeprüft nach ATEx-Richtlinie 94/9/EG X<br />

Kategorie 2<br />

Gerätegruppe II<br />

Kennbuchstabe für den Gasexplosionsschutz G<br />

Kennbuchstabe für den Staub explosionsschutz D<br />

Reihenklemme in Ex e Reihenklemme im Ex e-Gehäuse<br />

36 PHoENIx CoNTACT Verbindungstechnik 2.3 2.3 Verbindungstechnik<br />

PHoENIx CoNTACT 37

Reihenklemmen bei Eigensicherheit<br />

Ex i<br />

Bei der Zündschutzart Eigensicherheit<br />

werden an Leiteranschlüsse keine<br />

besonderen Anforderungen bezüglich<br />

gesicherter Schrauben, Lötverbindungen,<br />

Steckverbindungen usw. gestellt.<br />

Es besteht keine Explosionsgefahr, weil<br />

in nachweislich eigensicheren Kreisen<br />

Strom, Spannung und Leistungswerte<br />

ausreichend gering sind.<br />

Reihenklemmen und Steckverbinder<br />

gelten in der Eigensicherheit als passive<br />

Bauelemente. Daher sind für sie keine<br />

speziellen Typprüfungen vorgesehen.<br />

Dennoch werden strenge Anforderungen<br />

an die Luftstrecken zwischen<br />

benachbarten Klemmen und zwischen<br />

Klemmen und geerdeten Metallteilen<br />

gestellt. Die Luftstrecke zwischen den<br />

äußeren Anschlüssen von zwei benachbarten<br />

eigensicheren Stromkreisen muss<br />

mindestens 6 mm betragen. Die Mindestluftstrecke<br />

zwischen nicht isolierten<br />

Anschlüssen und geerdeten Metall- oder<br />

anderen leitenden Teilen braucht dagegen<br />

nur 3 mm zu betragen.<br />

Luft- und Kriechstrecken, sowie Abstände<br />

durch feste Isolierung sind z.B. in der<br />

EN 60079-11, Abschnitt 6.3 und Tabelle<br />

5 festgelegt.<br />

Für passive Bauelemente wie z.B. Reihenklemmen<br />

und Steckverbinder ist<br />

keine spezielle Kennzeichnung vorgesehen.<br />

Allerdings ist zur deutlichen Kennzeichnung<br />

von eigensicheren Stromkreisen<br />

eine blaue Einfärbung der Klemmgehäuse<br />

üblich.<br />

Blaue Einfärbung der Klemmgehäuse<br />

für eigensichere Stromkreise<br />

Ex e- und Ex i-Reihenklemmen im<br />

gleichen Gehäuse<br />

In elektrischen Betriebsmitteln, wie z.B.<br />

Klemmenkästen, können sowohl eigensichere<br />

(Ex i) als auch Stromkreise der<br />

erhöhten Sicherheit (Ex e) kombiniert<br />

werden.<br />

Eine sichere mechanische und gegebenenfalls<br />

auch optische Trennung ist hier<br />

vorgeschrieben. Es muss dabei berücksichtigt<br />

werden, dass beim Lösen der<br />

Verdrahtung von der Reihenklemme<br />

einzelne Leiter nicht mit leitenden Teilen<br />

der jeweils anderen Stromkreise in<br />

Berührung kommen. Der Abstand zwischen<br />

den Reihenklemmen muss mindestens<br />

50 mm betragen.<br />

Hierbei sind auch die üblichen Verdrahtungsverfahren<br />

zu beachten, damit eine<br />

Berührung zwischen den Stromkreisen<br />

auch dann, wenn sich ein Leiter löst,<br />

unwahrscheinlich ist. In Schaltschränken<br />

mit einer höheren Verdrahtungsdichte<br />

wird diese Trennung durch entweder<br />

isolierende oder geerdete metallische<br />

Trennwände erreicht. Auch hierbei muss<br />

der Abstand zwischen eigensicheren und<br />

nicht eigensicheren Stromkreisen 50 mm<br />

betragen. Gemessen wird dabei in alle<br />

Richtungen um die Trennwand. Der<br />

Abstand darf geringer sein, wenn die<br />

Trennwände bis mindestens 1,5 mm an<br />

die Gehäusewand heranreichen. Metallische<br />

Trennwände müssen geerdet sein<br />

und eine genügende Festigkeit und Steifigkeit<br />

besitzen. Sie müssen mindestens<br />

0,45 mm dick sein. Nichtmetallische isolierende<br />

Trennwände müssen mindestens<br />

0,9 mm dick sein.<br />

Die Ex e-Stromkreise müssen im Gehäuse<br />

zusätzlich durch eine Abdeckung<br />

(mindestens IP30) geschützt sein, wenn<br />

während des Betriebes der Deckel geöffnet<br />

werden darf. Ansonsten ist das Öffnen<br />

nur zulässig, wenn die Ex e-Stromkreise<br />

abgeschaltet sind. Entsprechende<br />

Warnschilder sind anzubringen.<br />

Luftstrecke durch Trennplatte zwischen eigensicheren<br />

und anderen Stromkreisen.<br />

Auch bei mehreren Tragschienen müssen<br />

Luftstrecken zu eigensicheren und anderen<br />

Stromkreisen eingehalten werden.<br />

Trennplatte zwischen Tragschiene, um Luftstrecke<br />

zu gewährleisten.<br />

2.4 Gehäuseeinführungen<br />

Kabel-/Leitungseinführung und Conduit System<br />

Weltweit finden zwei Installationstechniken<br />

Anwendung.<br />

In Europa sind Kabel-/Leitungseinführungen<br />

in den Zündschutzarten Druckfeste<br />

Kapselung oder Erhöhte Sicherheit am<br />

weitesten verbreitet. In den USA und<br />

Kanada wird traditionell das Rohrleitungssystem<br />

(Conduit System) eingesetzt.<br />

Kabel-/Leitungseinführung<br />

Die Kabel-/Leitungseinführungen sind<br />

am häufigsten in den Zündschutzarten<br />

druckfeste Kapselung Ex d oder Erhöhter<br />

Sicherheit Ex e ausgeführt.<br />

Druckfest gekapselte Kabel-/Leitungsführungen<br />

sind zünddurchschlagsicher<br />

und werden in Verbindung mit druckfest<br />

gekapselten Gehäusen verwendet.<br />

Kabel-/Leitungsführungen in Erhöhter<br />

Sicherheit werden in Verbindung mit<br />

Gehäusen in der Zündschutzart Erhöhte<br />

Sicherheit verwendet. Bei der Auswahl<br />

der Kabel-/Leitungsführung sind die<br />

Anforderungen an den IP-Schutz des<br />

Gehäuses zu berücksichtigen.<br />

Conduit System<br />

In den USA wird insbesondere Wert auf<br />

hohen mechanischen Schutz der Kabel/<br />

Leitungen gelegt. Daher hat sich hier ein<br />

Rohrleitungssystem (conduit: englisch<br />

Isolierrohr für Leitungsdrähte) stark verbreitet.<br />

Vergleich Kabel-/Leitungseinführung<br />

mit Conduit System<br />

Die Installation von Conduit Systemen<br />

ist im Vergleich zu der Montage von<br />

Kabel/Leitungen bzw. Kabel-Leitungseinführungen<br />

aufwändiger.<br />

Bei der Installation von Conduit Systemen<br />

ist darauf zu achten, dass die<br />

Zündsperre ordentlich vergossen ist, da<br />

ansonsten der Schutz nicht gewährleistet<br />

wird. Hierbei ist unter anderem die Posi-<br />

Kabelsystem mit indirekter Einführung Kabelsystem mit direkter Einführung<br />

tion der Öffnung für die Vergussmasse<br />

entscheidend. Zudem kann sich in dem<br />

Rohrleitungssystem sehr leicht Kondenswasser<br />

bilden, das Erdschlüsse und<br />

Kurzschlüsse als Folge von Korrosion<br />

verursachen kann.<br />

Die Kabel-/Leitungseinführung hingegen<br />

ist so aufgebaut, dass die Montage unabhängig<br />

von dem jeweiligen Monteur ist.<br />

Leitungen (Einzeladern)<br />

Vergussmasse<br />

Mineralfaserwolle (asbestfrei)<br />

Leitungschutzrohr (Ex d)<br />

Conduit System (Rohrleitungssystem)<br />

mit Zündsperre (seal)<br />

38 PHoENIx CoNTACT Verbindungstechnik 2.3 2.4 Gehäuseeinführungen<br />

PHoENIx CoNTACT 39

2.5 Installationsbeispiele<br />

Installation von elektrischen Geräten zur Signalübertragung<br />

In Anlagen mit explosionsgefährdeten<br />

Bereichen ergeben sich für elektrische<br />

Betriebsmittel je nach Anwendung<br />

unterschiedliche Einsatzanforderungen.<br />

Es können sich z.B. bei analoger Signalübertragung<br />

folgende Einsatzbereiche für<br />

elektrische Betriebsmittel ergeben:<br />

• Sensoren/Aktoren können sich in<br />

Zone 0, Zone 1 oder Zone 2 befinden<br />

• Signalübertrager können sich in der<br />

Zone 1, Zone 2 oder im sicheren<br />

Bereich befinden.<br />

• Steuerung, z.B. SPS, im sicheren<br />

Bereich<br />

Beispiele für die Installation von elektrischen<br />

Geräten zur Signalübertragung<br />

sind in der Abbildung auf Seite 41 zu<br />

sehen.<br />

Eigensichere Signalübertragung im<br />

explosionsgefährdeten Bereich<br />

Für die Installation von Sensoren/Aktoren<br />

in der Zone 0 werden diese vorwiegend<br />

in der Zündschutzart Eigensicherheit<br />

Ex ia ausgeführt. Die eigensicheren<br />

Sensoren/Aktoren werden an zugehörige<br />

Betriebsmittel in der Zündschutzart<br />

Eigensicherheit [Ex ia] wie z.B. MACx<br />

MCR-Ex Trenner angeschlossen. In der<br />

EG-Baumusterprüfbescheinigung des<br />

Ex i-Trenners sind die für die Auslegung<br />

des eigensicheren Stromkreises erforderlichen<br />

sicherheitstechnischen Daten<br />

angegeben. Die MACx MCR-Ex Trenner<br />

sorgen zusätzlich für eine galvanische<br />

Trennung des Stromkreises zu einer<br />

Steuerung vom Sensor-/Aktorstromkreis.<br />

Sind Ex i-Trenner nur in der Zündschutzart<br />

[Ex ia] ausgelegt, dürfen sie<br />

nur außerhalb des explosionsgefährdeten<br />

Bereiches installiert werden. Wenn<br />

eine Installation der Ex i-Trenner im<br />

explosionsgefährdeten Bereich erforderlich<br />

ist, sind sie geschützt durch eine<br />

weitere Zündschutzart wie z.B. Druckfeste<br />

Kapselung zu installieren. Wird<br />

ein Ex i-Trenner in einem druckfest<br />

gekapselten Gehäuse montiert, ist die<br />

Installation auch in der Zone 1 möglich.<br />

Ex i-Trenner können aber auch zusätzlich<br />

zur Eigensicherheit [Ex ia] in einer weiteren<br />

Zündschutzart ausgelegt sein, z.B.<br />

in der Zündschutzart „n“. Dann dürfen<br />

sie unter Berücksichtigung besonderer<br />

Bedingungen auch direkt in der Zone 2<br />

installiert werden.<br />

Die Bedingungen für die Installation sind<br />

in der Betriebsanleitung der Ex i-Trenner<br />

aufgeführt und können z.B. die Verwendung<br />

eines geeigneten und zugelassenen<br />

Gehäuses (EN 60079-15 und EN 60079-<br />

0) mit mind. Schutzklasse IP54 enthalten.<br />

Besondere Bedingungen für die Installation<br />

in ein Gehäuse sind aber meistens<br />

nur dann erforderlich, wenn das Gehäuse<br />

des Ex i-Trenners die Anforderungen<br />

der EN 60079-15 und EN 60079-0 selbst<br />

nicht erfüllt.<br />

Die Ex i-Trenner können auch für Sensoren/Aktoren,<br />

die in der Zündschutzart<br />

Ex ib bzw. Ex ic ausgelegt und für die<br />

Zone 1 bzw. 2 zugelassen sind, eingesetzt<br />

werden.<br />

Nichteigensichere Signalübertragung<br />

im explosionsgefährdeten<br />

Bereich<br />

Neben der eigensicheren Signalübertragung<br />

im explosionsgefährdeten Bereich<br />

gibt es auch Sensoren/Aktoren, die in<br />

anderen Zündschutzarten ausgelegt sind,<br />

z.B. in Druckfester Kapselung oder in<br />

der Zündschutzart „n“. Hierfür ist die<br />

Verwendung von nichteigensicheren<br />

Trennern z.B. MINI-Analog zulässig.<br />

Auch nichteigensichere Trenner müssen<br />

beim Einsatz in der Zone 2 in einer<br />

geeigneten Zündschutzart ausgelegt sein.<br />

Die MINI-Analog Familie ist hierzu in der<br />

Zündschutzart „n“ ausgelegt und muss<br />

in der Zone 2 in ein geeignetes und<br />

zugelassenes Gehäuse (EN 60079-15 und<br />

EN 60079-0) mit mind. Schutzklasse IP54<br />

installiert werden.<br />

Ein Sensor/Aktor der Zündschutzart „n“<br />

kann in der Zone 2 z.B. mit einem MINI-<br />

Trenner oder mit einem Ex i-Trenner<br />

verbunden werden. Wird er mit einem<br />

Ex i-Trenner verbunden, kommt das<br />

Schutzprinzip der Eigensicherheit nicht<br />

mehr zum Tragen. Der Ex i-Trenner ist<br />

als nichteigensicherer Trenner zu kennzeichnen,<br />

um sicherzustellen, dass er<br />

nicht mehr in eigensichere Stromkreise<br />

eingesetzt wird.<br />

Bei der Auswahl der geeigneten Geräte<br />

für die Zone 2 ist darauf zu achten, dass<br />

die elektrischen Daten der Sensoren/<br />

Aktoren nicht überschritten werden.<br />

Werden die Sensoren/Aktoren in einem<br />

druckfest gekapselten Gehäuse montiert<br />

oder haben sie selbst ein druckfest<br />

gekapseltes Gehäuse, ist die Installation<br />

auch in der Zone 1 möglich. Für den<br />

Einsatz von Sensoren/Aktoren in der<br />

Zone 2 ist auch die Zündschutzart „n“<br />

geeignet.<br />

Installationsanforderungen<br />

Die Abbildung stellt eine Auswahl an<br />

Möglichkeiten für die Installation von<br />

elektrischen Geräten im gasexplosionsgefährdeten<br />

Bereich dar. Spezielle Anforderungen<br />

an die Projektierung, Auswahl<br />

und Errichtung von elektrischen Anlagen<br />

Zone 0 Zone 1 Zone 2<br />

Sensor/<br />

Aktor<br />

Ex ia<br />

Sensor/<br />

Aktor<br />

Ex ia<br />

Sensor/<br />

Aktor<br />

Ex ia<br />

Sensor/<br />

Aktor<br />

Ex ib<br />

Gehäuse<br />

z.B. Ex d<br />

MACx-Ex<br />

[Ex ia]<br />

Ex n<br />

Gehäuse<br />

z.B. Ex d<br />

Sensor/<br />

Aktor<br />

in gasexplosionsgefährdeten Bereichen<br />

sind in der EN 60079-14 enthalten.<br />

Für die Installation von elektrischen<br />

Betriebsmitteln in Bereichen mit brennbarem<br />

Staub ist die EN 61241-14 zu<br />

beachten. Weitere wichtige Bestandteile<br />

beim Betrieb von Anlagen in explosions-<br />

Beispiel für die Installation von elektrischen Geräten zur Signalübertragung<br />

Sensor/<br />

Aktor<br />

Ex ic<br />

Sensor/<br />

Aktor<br />

Ex n<br />

MACx-Ex<br />

[Ex ia]<br />

Ex n<br />

MACx-Ex<br />

[Ex ia]<br />

Ex n<br />

Gehäuse<br />

IP 54*<br />

MINI<br />

Ex n<br />

MINI<br />

Ex n<br />

Gehäuse<br />

IP 54*<br />

Sensor/<br />

Aktor<br />

Ex n<br />

* Verwendung eines geeigneten, für den Einsatz in Zone 2 zugelassenen Gehäuses<br />

MACx-Ex<br />

[Ex ia]<br />

Ex n<br />

MACx-Ex<br />

[Ex ia]<br />

Ex n<br />

MINI<br />

Ex n<br />

gefährdeten Bereichen sind die Prüfung,<br />

Instandhaltung und Reparatur. Festlegungen<br />

dazu sind in der EN 60079-17 und<br />

EN 60079-19 zu finden.<br />

40 PHoENIx CoNTACT Installationsbeispiele 2.5 2.5 Installationsbeispiele<br />

PHoENIx CoNTACT 41<br />

Sicherer Bereich

2.6 Nachweis der Eigensicherheit<br />

Allgemeine Betrachtungen<br />

Der Betreiber legt auf Grund der durchgeführten<br />

Risikoanalyse die Zone, die<br />

Gruppe und die Temperaturklasse für<br />

das Feldgerät fest.<br />

Bei der Auswahl der geeigneten Geräte<br />

für den vorgesehenen Anwendungsfall<br />

sind folgende Vergleiche durchzuführen.<br />

Beschreibung sicherheitstechnischer<br />

Daten<br />

Beschreibung Kurzzeichen<br />

für Feldgerät:<br />

max. Eingangsspannung<br />

max. Eingangsleistung<br />

max. innere Kapazität<br />

max. innere Induktivität<br />

für zugehörige Betriebsmittel:<br />

max. Ausgangsspannung<br />

max. Ausgangsleistung<br />

max. äußere Kapazität<br />

max. äußere Induktivität<br />

für Kabel/Leitung:<br />

Kabel-/Leitungskapazität<br />

Kabel-/Leitungsinduktivität<br />

Ui<br />

Ii<br />

Ci<br />

Li<br />

Uo<br />

Io<br />

Co<br />

Lo<br />

Cc<br />

Lc<br />

Vergleich der Kennzeichnung eines eigensicheren Feldgerätes in der Zone 0 und eines<br />

zugehörigen Betriebsmittels<br />

Feldgerät Bewertung der Ex-Kennzeichnung Zugehöriges<br />

Betriebsmittel<br />

X II 1 G Ex ia IIB T6 Kategorie des Feldgerätes entspricht der festgelegten<br />

Zone<br />

X II 1 G Ex ia IIB T6<br />

X II 1 G Ex ia IIB T6<br />

X II 1 G Ex ia IIB T6<br />

X II 1 G Ex ia IIB T6<br />

X II 1 G Ex ia IIB T6<br />

Zündschutzart ist in der festgelegten Zone zulässig<br />

Das Gerät für die Verwendung in der vorhandenen<br />

Gasatmosphäre zulässig<br />

Zugehöriges Betriebsmittel ist als solches mit<br />

Klammern gekennzeichnet<br />

Kategorie des zugehörigen Betriebsmittels entspricht<br />

mindestens der Kategorie des Feldgerätes<br />

Zündschutzart des zugehörigen Betriebsmittels<br />

passt zu der des Feldgerätes<br />

Das zugehörige Betriebsmittel ist für die gleiche<br />

oder eine höherwertige Gasgruppe zugelassen.<br />

Dimensionierung eigensicherer Stromkreise<br />

Beispiel einer Schaltung<br />

Feldgerät<br />

X II 1 G Ex ia IIB T6<br />

Sicherer Bereich<br />

Zugehöriges elektrisches Betriebsmittel, z.B.<br />

MACx MCR-Ex-SL-RPSS EI<br />

X II (1) G [Ex ia] IIC<br />

Ui ≥ Uo<br />

Ii ≥ Io<br />

Pi ≥ Po<br />

Ci + Cc ≤ Co<br />

Li + Lc ≤ Lo<br />

X II (1) G [Ex ia] IIC<br />

X II (1) G [Ex ia] IIC<br />

X II (1) G [Ex ia] IIC<br />

X II (1) G [Ex ia] IIC<br />

SPS<br />

Analog IN<br />

Funktion:<br />

Die Geräte übertragen analoge Signale<br />

von Sensoren aus dem Feld galvanisch<br />

getrennt an eine Steuerung.<br />

Eingangstrenner:<br />

Der Sensor im Feld wird vom Eingangstrenner<br />

nicht mit Energie versorgt.<br />

Speisetrenner:<br />

Stellt dem Sensor zusätzlich die benötigte<br />

Energie zur Verfügung.<br />

Hart-Speisetrenner:<br />

Zusätzlich aufmoduliertes digitales<br />

Datensignal wird übertragen.<br />

Analog OUT<br />

Funktion:<br />

Die Geräte übertragen analoge Signale<br />

von einer Steuerung galvanisch getrennt<br />

an einen Aktor im Feld.<br />

Ausgangstrenner:<br />

Der Ausgangstrenner kann auch smartfähig<br />

sein. Somit können Aktoren im<br />

Feld durch HART-Protokoll konfiguriert<br />

werden.<br />

Beispiel einer Schaltung<br />

Feldgerät<br />

X II 1 G Ex ia IIB T6<br />

Sicherer Bereich<br />

Zugehöriges elektrisches Betriebsmittel, z.B.<br />

MACx MCR-Ex-SL-RPSSI-I<br />

X II (1) G [Ex ia] IIC<br />

Vergleich der sicherheitsrelevanten Daten aus der Ex-Zulassung<br />

für einen Speisetrenner<br />

Feld gerät* Kabel/Leitung Zugehöriges Beispiel<br />

Betriebsmittel MACx MCR-Ex-SL-RPSSI-I<br />

Ui ≥ Uo 25,2 V<br />

Ii ≥ Io 93 mA<br />

Pi ≥ Po 587 mW<br />

Ci + Cc (ca. 140…200 nF/km) ≤ Co IIC: 107 nF<br />

Li + Lc (ca. 0,8…1 mH/km) ≤ Lo IIC: 2 mH<br />

* Die Werte für das Feldgerät sind der jeweiligen EG-Baumusterprüfbescheinigung zu entnehmen.<br />

Dieser Vergleich basiert auf der Annahme, das Ci < 1% vom Co ist und Li < 1% von Lo ist.<br />

Beispiel einer Schaltung<br />

Feldgerät<br />

X II 1 G Ex ia IIB T6<br />

Sicherer Bereich<br />

Zugehöriges elektrisches Betriebsmittel, z.B.<br />

MACx MCR-Ex-SL-IDSI-I<br />

X II (1) G [Ex ia] IIC<br />

Vergleich der sicherheitsrelevanten Daten aus der Ex-Zulassung<br />

Feld gerät* Kabel/Leitung Zugehöriges Beispiel<br />

Betriebsmittel MACx MCR-Ex-SL-IDSI-I<br />

Ui ≥ Uo 27,7 V<br />

Ii ≥ Io 92 mA<br />

Pi ≥ Po 636 mW<br />

Ci + Cc (ca. 140…200 nF/km) ≤ Co IIC = 85 nF<br />

Li + Lc (ca. 0,8…1 mH/km) ≤ Lo IIC = 2 mH<br />

* Die Werte für das Feldgerät sind der jeweiligen EG-Baumusterprüfbescheinigung zu entnehmen.<br />

Dieser Vergleich basiert auf der Annahme, das Ci < 1% vom Co ist und Li < 1% von Lo ist.<br />

42 PHoENIx CoNTACT Nachweis der Eigensicherheit 2.6 2.6 Nachweis der Eigensicherheit<br />

PHoENIx CoNTACT 43<br />

SPS<br />

SPS

Digital IN<br />

NAMUR-Trennschaltverstärker<br />

Die Geräte übertragen binäre Signale<br />

von Sensoren aus dem Feld über eine<br />

galvanische Trennung an die Steuerung.<br />

Dieses Signal wird im Feld von einem<br />

Schalter oder einem NAMUR-Sensor<br />

erzeugt. Das Signal wird auf der Ausgangsseite<br />

des Trennschaltverstärkers<br />

entweder durch ein Relais oder durch<br />

einen Transistor als binäres Signal an die<br />

Steuerung weitergegeben.<br />

Durch eine zusätzliche Widerstandsbeschaltung<br />

kann auch bei einfachen Schaltern<br />

eine Drahtbrucherkennung realisiert<br />

werden.<br />

mit Drahtbrucherkennung<br />

Digital OUT<br />

1<br />

3<br />

1<br />

3<br />

ohne Drahtbrucherkennung<br />

Über den Widerstand wird gewährleistet,<br />

dass ein minimaler Strom ständig<br />

fließt, auch wenn der Schalter geöffnet<br />

ist. So kann ein Leitungsbruch identifiziert<br />

werden.<br />

Ventilsteuerbaustein<br />

Ventilbausteine verbinden einen im sicheren<br />

Bereich installierten Schalter bzw.<br />

eine Spannungsquelle galvanisch getrennt<br />

mit einem Feldgerät.<br />

Es können eigensichere Magnetventile,<br />

Alarmbausteine oder andere eigensichere<br />

Geräte angeschlossen sowie einfache<br />

elektrische Betriebsmittel wie z.B. LEDs<br />

betrieben werden.<br />

Beispiel einer Schaltung<br />

Feldgerät<br />

X II 1 G Ex ia IIB T6<br />

Beispiel einer Schaltung<br />

Feldgerät<br />

X II 1 G Ex ia IIB T6<br />

Sicherer Bereich<br />

Zugehöriges elektrisches Betriebsmittel, z.B.<br />

MACx MCR-Ex-SL-NAM-R<br />

X II (1) G [Ex ia] IIC<br />

Vergleich der sicherheitsrelevanten Daten aus der Ex-Zulassung<br />

Feld gerät* Kabel/Leitung Zugehöriges Beispiel<br />

Betriebsmittel MACx MCR-Ex-SL-NAM-R<br />

Ui ≥ Uo 9,6 V<br />

Ii ≥ Io 10 mA<br />

Pi ≥ Po 25 mW<br />

Ci + Cc (ca. 140…200 nF/km) ≤ Co IIC = 510 nF<br />

Li + Lc (ca. 0,8…1 mH/km) ≤ Lo IIC = 100 mH<br />

* Die Werte für das Feldgerät sind der jeweiligen EG-Baumusterprüfbescheinigung zu entnehmen oder<br />

bei einfachen elektrischen Betriebsmitteln besonders zu ermitteln.<br />

Dieser Vergleich basiert auf der Annahme, das Ci < 1% vom Co ist und Li < 1% von Lo ist.<br />

Bei einfachen elektrischen Betriebsmitteln,<br />

z.B. einfachen Schaltern, fließen nur<br />

die Induktivitäts- und Kapazitätswerte<br />

der Kabel/Leitungen in den Vergleich der<br />

sicherheitstechnischen Daten ein.<br />

Sicherer Bereich<br />

Zugehöriges elektrisches Betriebsmittel, z.B.<br />

MACx MCR-Ex-SL-SD-24-48-LP<br />

X II (1) G [Ex ia] IIC<br />

SPS<br />

Weitere Anforderungen an "einfache<br />

elektrische Betriebsmittel" siehe<br />

Seite 21.<br />

SPS<br />

Dimensionierung<br />

UV<br />

RI RC<br />

IV<br />

Ventiltrenner<br />

ISV<br />

USV<br />

Magnetventil<br />

Ri = Innenwiderstand des Ventiltrenners<br />

Uv = Garantierte Spannung des Ventiltrenners<br />

ohne Last<br />

Rc = Maximal zulässiger Leitungswiderstand<br />

bei der Zusammenschaltung<br />

von Ventiltrenner und Ventil<br />

Rsv = Wirksamer Spulenwiderstand des<br />

Magnetventils (Der Kupferwiderstand<br />

der Wicklung ist von der<br />

Umgebungstemperatur abhängig)<br />

Iv = Maximaler Strom, den der Ventiltrenner<br />

liefern kann<br />

Isv = Strom, den die Magnetspule benötigt,<br />

damit das Ventil anziehen kann<br />

bzw. gehalten werden kann<br />

Usv = Spannung, die bei ISV an der Spule<br />

anliegt (Kupferwiderstand der<br />

Wicklung ist von der Umgebungstemperatur<br />

abhängig)<br />

Die Dimensionierung erfolgt in mehreren<br />

Schritten.<br />

1. Prüfung der sicherheitstechnischen<br />

Daten<br />

Ui ≥ Uo<br />

Ii ≥ Io<br />

Pi ≥ Po<br />

2. Prüfung der Funktionsdaten<br />

Iv ≥ Isv<br />

3. Ermittlung des max. zulässigen Leitungswiderstands<br />

Rc = Uv - Ri - Rsv<br />

Isv<br />

Rc > 0 Ω, ansonsten ist die Funktion<br />

nicht gewährleistet.<br />

Richtwert für Kabel/Leitungen<br />

Leiterwiderstand<br />

(Hin-/Rückleitung)<br />

RSV<br />

0,5 mm 2 : 72 Ω/km<br />

0,75 mm 2 : 48 Ω/km<br />

1,5 mm 2 : 24 Ω/km<br />

Kabelkapazität ca. 180 nF/km<br />

Kabelinduktivität ca. 0,8 mH/km<br />

Beispiel für den Ventilsteuerbaustein MACX MCR-EX-SL-SD-24-48-LP<br />

1. Prüfung der sicherheitstechnischen Daten<br />

Vergleich der sicherheitstechnischen Daten aus der Ex-Zulassung<br />

Feld -<br />

gerät*<br />

Beispiel Ventil Kabel/<br />

Leitung<br />

3. Ermittlung von RC<br />

Beispiel<br />

100 m<br />

Rc= Uv 21,9 V<br />

- Ri - Rsv = - 566 Ω - 133 Ω = 253,2 Ω<br />

Isv 0,023 A<br />

Aus der Berechnung ergibt sich, dass für<br />

die Leitung ein Widerstand von 253,5 Ω<br />

zur Verfügung steht.<br />

Empfehlung: Für die Funktion des Ventils<br />

sollte der tatsächliche Leitungswiederstand<br />

eine Reserve von 25 Ω haben.<br />

Bei einem Leistungsquerschnitt von<br />

0,5mm2 beträgt die maximal mögliche<br />

Zugehöriges<br />

Betriebsmittel<br />

Ui 28 V ≥ Uo 27,7 V<br />

Ii 115 mA ≥ Io 101 mA<br />

Pi 1,6 W ≥ Po 697 mW<br />

Ci vernachlässigbar<br />

klein<br />

+Cc + 18 nF ≤ Co 80 nF<br />

Li vernachlässigbar +Lc + 0,08 ≤ Lo 5,2 mH<br />

klein<br />

mH<br />

2. Prüfung der Funktionsdaten<br />

Ventiltrenner<br />

UV = 21 V, Ri = 133 Ω, IV = 45 mA<br />

Ventil<br />

RSV 65 °C = 566 Ω, Isv = 23 mA<br />

Iv ≥ Isv<br />

Beispiel MACx<br />

MCR-Ex-SL-SD-24-48-LP<br />

* Die Werte für das Feldgerät sind der jeweiligen EG-Baumusterprüfbescheinigung zu entnehmen.<br />

Daraus folgt, dass der maximale Strom,<br />

den der Ventilsteuerbaustein liefern<br />

kann, für den Betrieb der Magnetspule<br />

ausreicht.<br />

Leitungslänge 3,17 km, bei einer Reserve<br />

von 25 Ω. Da aber sicherheitstechnische<br />

Daten aus der Ex-Zulassung ebenfalls zu<br />

berücksichtigen sind, beträgt die maximal<br />

zulässige Leitungslänge im Beispiel<br />

444 m.<br />

44 PHoENIx CoNTACT Nachweis der Eigensicherheit 2.6 2.6 Nachweis der Eigensicherheit<br />

PHoENIx CoNTACT 45

Temperaturmessung<br />

Temperaturmessumformer<br />

Temperaturmessumformer wandeln<br />

Messsignale von veränderlichen Widerständen<br />

(z.B. Pt100 usw.) oder Thermoelementen<br />

(z.B. J, K) in Standardsignale<br />

0…20 mA, 4…20 mA um.<br />

Bei Pt100-Widerständen kann die 2-, 3-,<br />

oder 4-Leiter-Messtechnik Anwendung<br />

finden.<br />

Temperaturmessung<br />

Die Temperatur im Inneren eines Heizöltanks<br />

soll überwacht werden. Die<br />

Messung erfolgt mit einem Pt100-Widerstand.<br />

Dieser kann gemäß EN 60079-11<br />

als einfaches elektrisches Betriebsmittel<br />

betrachtet werde, da er passiv ist. Einfache<br />

elektrische Betriebsmittel müssen<br />

die Anforderungen der EN 60079-11<br />

erfüllen und dürfen die Eigensicherheit<br />

des Stromkreises, in dem sie eingesetzt<br />

werden, nicht beinträchtigen.<br />

Der Prüfungsaufwand reduziert sich,<br />

wenn zertifizierte, eigensichere Sensoren<br />

verwendet werden.<br />

Um das Messsignal in ein Standardsignal<br />

für die Steuerung umzusetzen, gibt es<br />

zwei Möglichkeiten.<br />

Fall I<br />

Das Messsignal des Pt100-Widerstandes<br />

wird über eine Signalleitung zu dem<br />

Temperaturmessumformer MACx MCR-<br />

Ex-SL-RTD-I geführt. Im Messumformer<br />

wird das Temperatursignal in ein Standardsignal<br />

gewandelt und gleichzeitig<br />

erfolgt die Trennung zwischen eigensicheren<br />

und nichteigen sicheren Stromkreis.<br />

Der Messumformer ist ein zugehöriges<br />

Betriebsmittel der Zündschutzart<br />

Eigensicherheit Ex ia. Er wird in einem<br />

Schaltschrank im sicheren Bereich installiert.<br />

In diesem Fall erfordert die Schal-<br />

Einfaches elektrisches<br />

Betriebsmittel<br />

tung keinen weiteren Aufwand bei der<br />

elektrischen Dimensionierung.<br />

Zu prüfen ist dennoch, ob die Summe<br />

aller Kabel-/Leitungskapazitäten und<br />

-induktivitäten im eigensicheren Stromkreis<br />

die von dem Messumformer vorgegebenen<br />

Daten nicht überschreiten.<br />

ϑ ϑ<br />

Fall II<br />

Im zweiten Fall findet die Umwandlung<br />

des Temperatursignals in ein Standardsignal<br />

in der Nähe der Messstelle, also<br />

im explosionsgefährdeten Bereich statt.<br />

Dazu wird der Temperaturkopfmessumformer<br />

MCR-FL-HT-TS-I-Ex verwendet.<br />

Das Standardsignal wird dann zu dem<br />

Speisetrenner MACx MCR-Ex-SL-<br />

RPSSI-I geleitet. Dieser wird im sicheren<br />

Bereich installiert. Im Speisetrenner<br />

erfolgt die Trennung zwischen eigensicherem<br />

und nichteigensicherem Stromkreis.<br />

Bezogen auf den Pt100-Wider-<br />

stand und den Kopfmessumformer sind,<br />

wie im ersten Fall, keine besonderen<br />

Bedingungen einzuhalten. Zu vergleichen<br />

sind die sicherheitsrelevanten Daten des<br />

elektrischen Betriebsmittels, des eigensicheren<br />

Temperaturkopfmessumformers<br />

und des Speisetrenners als zugehöriges<br />

Betriebsmittel.<br />

Spannung, Strom und Energie des Speisetrenners<br />

müssen kleiner sein, als die<br />

zugelassenen Eingangswerte des eigensicheren<br />

Temperaturkopfmessumformers.<br />

Beispiel einer Schaltung Sicherer Bereich<br />

Beispiel einer Schaltung Sicherer Bereich<br />

Zugehöriges elektrisches Betriebsmittel, z.B.<br />

MACx MCR-Ex-SL-RTD-I<br />

X II (1) G [Ex ia] IIC<br />

Beispiel für Fall I Beispiel für Fall II<br />

Vergleich der sicherheitsrelevanten Daten aus der Ex-Zulassung<br />

Pt100-<br />

Widerstand*<br />

Kabel/Leitung Zugehöriges<br />

Betriebsmittel<br />

– Uo 6 V<br />

Beispiel<br />

MACx MCR-Ex-SL-RTD-I<br />

– Io 6,3 mA<br />

– Po 9,4 mW<br />

+ Cc (ca. 140…200 nF/km) < Co IIB = 6,9 μF<br />

IIC= 1,4 μF<br />

+ Lc (ca. 0,8…1 mH/km) < Lo IIB = 100 mH<br />

IIC = 100 mH<br />

Zusätzlich ist zu prüfen, ob die Summe<br />

aller Kapazitäten und Induktivitäten im<br />

eigensicheren Stromkreis die von dem<br />

Speisetrenner vorgegebenen Daten nicht<br />

überschreitet. Dazu gehören auch die<br />

technischen Daten von Kabeln und Leitungen<br />

des eigensicheren Strom kreises.<br />

SPS SPS<br />

Einfaches elektrisches<br />

Betriebsmittel<br />

Eigensicherer Temperaturkopfmessumformer,<br />

z.B.<br />

MCR-FL-HT-TS-I-Ex<br />

X II 2 G Ex ia IIB T6<br />

Vergleich der sicherheitsrelevanten Daten aus der Ex-Zulassung<br />

Pt100-<br />

Widerstand*<br />

Kabel/<br />

Leitung<br />

* passiv laut EN 60079-11 * passiv laut EN 60079-11<br />

Zugehöriges<br />

Betriebs mittel<br />

Beispiel<br />

MCR-FL-HT-TS-I-Ex<br />

Zugehöriges elektrisches Betriebsmittel, z.B.<br />

MACx MCR-Ex-SL-RPSSI-I<br />

X II (1) G [Ex ia] IIC<br />

Kabel/<br />

Leitung<br />

Zugehöriges<br />

Betriebs mittel<br />

– Uo Ui = 30 V > Uo 25,2 V<br />

– Io Ii = 100 mA > Io 93 mA<br />

– Po Pi = 750 mW < Po 587 mW<br />

+ Cc < Co Ci ≈ 0 + Cc < Co IIC= 107 μF<br />

+ Lc < Lo Li ≈ 0 + Lc < Lo IIC = 2 mH<br />

Beispiel<br />

MACx MCR-Ex-SL-RPSSI-I<br />

46 PHoENIx CoNTACT Nachweis der Eigensicherheit 2.6 2.6 Nachweis der Eigensicherheit<br />

PHoENIx CoNTACT 47

3 Technisches Basiswissen<br />

Neben der Kenntnis der grundlegenden<br />

Zusammenhänge zum <strong>Explosionsschutz</strong> gibt<br />

es noch eine Reihe weiterer <strong>Grundlagen</strong><br />

der MSR Technik, die nicht spezifisch dem<br />

<strong>Explosionsschutz</strong> zugeordnet werden, für<br />

diesen aber dennoch genauso von Bedeutung<br />

sind. Neben den IP- Schutzklassen,<br />

der Funktionsweise von NAMUR- Sensoren<br />

und dem Übertragungsprinzip des HART-<br />

Protokolls trifft dies besonders auf das<br />

Thema der Funktionalen Sicherheit zu.<br />

NEMA-Klassifikation<br />

NEMA-Klassifikation<br />

NEMA Verwendung Bedingung (angelehnt an NEMA-Standard 250) IP-Schutzart<br />

1 In Innenräumen Schutz gegen zufälligen Kontakt und einer begrenzter Menge Schmutz ➞ IP20<br />

2 In Innenräumen Eindringen von Tropfwasser und Schmutz<br />

3 Im Freien Schutz gegen Staub und Regen; keine Beschädigung bei Eisbildung<br />

am Gehäuse<br />

3R Im Freien Schutz gegen fallenden Regen; keine Beschädigung bei Eisbildung<br />

am Gehäuse<br />

3S Im Freien Schutz gegen Staub, Regen und Hagel; außenliegende Mechanismen<br />

bleiben bei Eisbildung betriebsbereit<br />

4 In Innenräumen<br />

oder im Freien<br />

4x In Innenräumen<br />

oder im Freien<br />

6 In Innenräumen<br />

oder im Freien<br />

6P In Innenräumen<br />

oder im Freien<br />

Schutz gegen Spritzwasser, Staub und Regen; keine Beschädigung bei<br />

Eisbildung am Gehäuse<br />

Schutz gegen Spritzwasser, Staub und Regen; keine Beschädigung bei<br />

Eisbildung am Gehäuse; korrosionsgeschützt<br />

Schutz gegen Staub, Wasserstrahl und Wasser während vorübergehenden<br />

Untertauchens; keine Beschädigung bei Eisbildung am Gehäuse<br />

Schutz gegen Wasser während längeren Untertauchens; korrosionsgeschützt<br />

11 In Innenräumen Schutz gegen Tropfwasser; korrosionsgeschützt<br />

12,<br />

12K<br />

In Innenräumen Schutz gegen Staub, Schmutz und tropfende, nicht korrodierenden<br />

Flüssigkeiten<br />

13 In Innenräumen Schutz gegen Staub und Spritzwasser, Öl und nichtkorrodierende<br />

Flüssigkeiten<br />

Wichtige Hinweise:<br />

• Die Prüfbedingungen und Anforderungen von NEMA-Klassifikation und<br />

IP-Schutz (EN 6<strong>05</strong>29) sind nicht exakt miteinander vergleichbar.<br />

• Es können nicht IP-Schutzarten in NEMA-Klassifikationen umgewandelt<br />

werden.<br />

48 PHoENIx CoNTACT Technisches Basiswissen 3 3 Technisches Basiswissen<br />

PHoENIx CoNTACT 49<br />

➞<br />

➞<br />

➞<br />

➞<br />

➞<br />

➞<br />

➞<br />

➞<br />

IP64<br />

IP22<br />

IP64<br />

IP66<br />

IP66<br />

IP67<br />

IP55<br />

IP65

IP-Schutzart (entsprechend EN 6<strong>05</strong>29)<br />

IP 5 4<br />

Erste Schutzgrade gegen Zugang zu gefährlichen Teilen und feste Fremdkörper Zweite Schutzgrad gegen Wasser<br />

Kenn ziffer Kurzbeschreibung Definition Kenn ziffer Kurzbeschreibung Definition<br />

0 Nicht geschützt 0 Nicht geschützt<br />

1 Geschützt gegen den Zugang zu gefährli- Die Zugangssonde, Kugel 50 mm Durchmesser, muss ausreichen-<br />

1 Geschützt gegen Tropfwasser. Senkrecht fallende Tropfen dürfen keine schädlichen Wirkungen<br />

chen Teilen mit dem Handrücken. den Abstand von gefährlichen Teilen haben.<br />

haben.<br />

2<br />

Geschützt gegen feste Fremdkörper mit<br />

50 mm Durchmesser und größer.<br />

Geschützt gegen den Zugang zu gefährlichen<br />

Teilen mit einem Finger.<br />

Geschützt gegen feste Fremdkörper mit<br />

12,5 mm Durchmesser und größer.<br />

3 Geschützt gegen den Zu gang zu gefährlichen<br />

Teilen mit einem Werkzeug.<br />

Geschützt gegen feste Fremdkörper mit<br />

2,5 mm Durchmesser und größer.<br />

4 Geschützt gegen den Zugang zu gefährlichen<br />

Teilen mit einem Draht.<br />

Geschützt gegen feste Fremdkörper mit<br />

1,0 mm Durchmesser und größer.<br />

5 Geschützt gegen den Zugang zu gefährlichen<br />

Teilen mit einem Draht.<br />

Die objektsonde, Kugel 50 mm Durchmesser, darf nicht voll eindringen*.<br />

Der gegliederte Prüffinger, 12 mm Durchmesser, 80 mm Länge,<br />

muss ausreichend Abstand von gefährlichen Teilen haben.<br />

Die objektsonde, Kugel 12,5 mm Durchmesser, darf nicht voll<br />

eindringen*.<br />

2 Geschützt gegen Tropfwasser, wenn das<br />

Gehäuse bis zu 15° geneigt ist.<br />

Die Zugangssonde, 2,5 mm Durchmesser, darf nicht eindringen. 4K Geschützt gegen Spritzwasser mit erhöhtem<br />

Druck.<br />

Die objektsonde, 2,5 mm Durchmesser, darf überhaupt nicht<br />

eindringen*.<br />

Senkrecht fallende Tropfen dürfen keine schädlichen Wirkungen<br />

haben, wenn das Gehäuse um einen Winkel bis zu 15º beiderseits<br />

der Senkrechten geneigt ist.<br />

3 Geschützt gegen Sprühwasser. Wasser, das in einem Winkel bis zu 60º beiderseits der Senkrechten<br />

gesprüht wird, darf keine schädlichen Wirkungen haben.<br />

4 Geschützt gegen Spritzwasser. Wasser, das aus jeder Richtung gegen das Gehäuse spritzt, darf<br />

keine schädlichen Wirkungen haben.<br />

Wasser, das aus jeder Richtung mit erhöhtem Druck gegen das<br />

Gehäuse spritzt, darf keine schädlichen Wirkungen haben (gilt<br />

nach DIN 40 <strong>05</strong>0 Teil 9 nur für Straßenfahrzeuge).<br />

Die Zugangssonde, 1,0 mm Durchmesser, darf nicht eindringen. 5 Geschützt gegen Strahlwasser. Wasser, das aus jeder Richtung als Strahl gegen das Gehäuse<br />

spritzt, darf keine schädlichen Wirkungen haben.<br />

Die objektsonde, 1,0 mm Durchmesser, darf überhaupt nicht<br />

eindringen*.<br />

Die Zugangssonde, 1,0 mm Durchmesser, darf nicht eindringen. 6K Geschützt gegen starkes Strahlwasser mit<br />

erhöhtem Druck.<br />

Staubgeschützt Eindringen von Staub ist nicht vollständig verhindert, aber Staub<br />

darf nicht in einer solchen Menge eindringen, dass das zufriedenstellende<br />

Arbeiten des Gerätes oder die Sicherheit beeinträchtigt<br />

wird.<br />

6 Geschützt gegen den Zugang zu gefährlichen<br />

Teilen mit einem Draht.<br />

Staubdicht Kein Eindringen von Staub.<br />

Die Zugangssonde, 1,0 mm Durchmesser, darf nicht eindringen. 7 Geschützt gegen die Wirkungen beim<br />

zeitweiligen Untertauchen in Wasser.<br />

* Der volle Durchmesser der Objektsonde darf nicht durch eine Öffnung des<br />

Gehäuses hindurchdringen.<br />

Anmerkung<br />

Wo eine Kennziffer nicht angegeben werden muss, ist sie durch den Buchstaben „X“ zu ersetzen.<br />

Geräte, die mit der zweiten Ziffer 7 oder 8 bezeichnet sind, brauchen die Anforderungen der zweiten Ziffern 5 oder 6<br />

nicht zu erfüllen, es sei denn, sie sind mit einer Doppelbezeichnung (z.B. IPX6/IPX7) versehen.<br />

6 Geschützt gegen starkes Strahlwasser. Wasser, das aus jeder Richtung als starker Strahl gegen das<br />

Gehäuse spritzt, darf keine schädlichen Wirkungen haben.<br />

8 Geschützt gegen die Wirkungen beim<br />

dauernden Untertauchen in Wasser.<br />

9K Geschützt gegen Wasser bei Hochdruck-/<br />

Dampfstrahl-Reinigung.<br />

Wasser, das aus jeder Richtung als Strahl mit erhöhtem Druck<br />

gegen das Gehäuse gerichtet ist, darf keine schädlichen Wirkungen<br />

haben (gilt nach DIN 40 <strong>05</strong>0 Teil 9 nur für Straßenfahrzeuge).<br />

Wasser darf nicht in einer Menge eintreten, die schädliche Wirkungen<br />

verursacht, wenn das Gehäuse unter genormten Druck-<br />

und Zeitbedingungen zeitweilig in Wasser untergetaucht ist.<br />

Wasser darf nicht in einer Menge eintreten, die schädliche Wirkungen<br />

verursacht, wenn das Gehäuse dauernd unter Wasser<br />

getaucht ist unter Bedingungen, die zwischen Hersteller und<br />

Anwender vereinbart werden müssen. Die Bedingungen müssen<br />

jedoch schwieriger sein als für die Kennziffer 7.<br />

Wasser, das aus jeder Richtung unter stark erhöhtem Druck<br />

gegen das Gehäuse gerichtet ist, darf keine schädlichen Wirkungen<br />

haben (gilt nach DIN 40 <strong>05</strong>0 Teil 9 nur für Straßenfahrzeuge).<br />

50 PHoENIx CoNTACT Technisches Basiswissen 3 3 Technisches Basiswissen<br />

PHoENIx CoNTACT 51

3.1 MSR-Technik<br />

Prinzipien der Signalübertragung<br />

Aktive Trennung<br />

3-Wege-Trennung<br />

Eingangssignal<br />

I<br />

I<br />

Eingangstrennung<br />

Speisung<br />

des Mess-<br />

IN OUT<br />

Ausgangssignal Eingangssignal<br />

IN OUT<br />

Ausgangssignal umformers<br />

Eingangssignal<br />

IN OUT<br />

Ausgangssignal<br />

Bei Modulen mit dieser Trennungstechnik<br />

sind alle Komponenten, die<br />

an Eingang, Ausgang oder Versorgung<br />

angeschlossen sind, gegeneinander vor<br />

Störungen geschützt.<br />

Entsprechend sind alle 3-Wege (Eingang,<br />

Ausgang und Versorgung) galvanisch voneinander<br />

getrennt.<br />

Die 3-Wege-Trennung sorgt sowohl<br />

für eine galvanische Trennung zwischen<br />

Messaufnehmer und Steuerung als auch<br />

zwischen Steuerung und Stellglied.<br />

Eingangsseitig benötigen die Module<br />

aktive Signale. Ausgangsseitig stellen sie<br />

ein gefiltertes und verstärktes Signal zur<br />

Verfügung.<br />

Problem: Störeinstrahlung<br />

Lösung:<br />

Bei Modulen mit dieser Trennungstechnik<br />

soll die ausgangsseitig angeschlossene<br />

Elektronik (z.B. Steuerung) vor Störungen<br />

aus dem Feld geschützt werden.<br />

Daher ist nur der Eingang von den auf<br />

gleichem Potential liegenden Ausgang<br />

und Versorgung galvanisch getrennt.<br />

Die Module benötigen eingangsseitig<br />

aktive Signale (z.B. von Messaufnehmern).<br />

Ausgangsseitig stellen sie ein<br />

gefiltertes und verstärktes Signal zur<br />

Verfügung (z.B. der Steuerung).<br />

R E<br />

R E<br />

Speisetrennung<br />

PoWER PoWER PoWER<br />

Problem: Spannungsdifferenz im Erpotential<br />

Lösung:<br />

P Erde 1<br />

P Erde 1<br />

Speisetrenner nutzen die Signaleingangsseite<br />

nicht nur zur Messwerterfassung,<br />

sondern stellen den eingangsseitig anzuschließenden<br />

passiven Messaufnehmern<br />

auch die benötigte Versorgung zur Verfügung.<br />

Ausgangsseitig stellen sie ein gefiltertes<br />

und verstärktes Signal zur Verfügung<br />

(z.B. der Steuerung).<br />

Die Trennungstechnik dieser Module<br />

entspricht der Eingangstrennung.<br />

Erdstromschleife<br />

keine Erdstromschleife<br />

P Erde 2<br />

P Erde 2<br />

R E<br />

R E<br />

Passive Trennung<br />

Passive Trennung,<br />

eingangsseitig gespeist<br />

Die Module beziehen die zur Signalübertragung<br />

und galvanischen Trennung<br />

benötigte Energie aus dem aktiven Eingangskreis.<br />

Ausgangsseitig steht ein aufbereitetes<br />

Stromsignal für die Steuerung oder für<br />

Stellglieder zur Verfügung.<br />

Diese passive Trennung ermöglicht<br />

die Signalaufbereitung (auftrennen von<br />

Erdschleifen) und -filterung ohne eine<br />

zusätzliche Versorgung.<br />

NAMUR Sensor/Schaltverstärker<br />

Bei NAMUR-Sensoren handelt es sich<br />

um eine spezielle Art von 2-Leiter-<br />

Näherungssensoren, deren Stromausgangskennlinie<br />

in der Norm EN 60947-<br />

5-6 festgeschrieben ist. Für den Betrieb<br />

müssen diese Sensoren von der auswertenden<br />

Elektronik mit einer Speisespannung<br />

von typischerweise 8,2 V DC<br />

versorgt werden. Abhängig davon, ob<br />

der Abstand eines zu detektierenden<br />

Gegenstandes über oder unter der<br />

Schaltschwelle liegt, sind für den Näherungssensor<br />

die Schaltzustände „leitend“<br />

oder „sperrend“ definiert. Je nach<br />

Anwendung kann diese Zuordnung auch<br />

invertiert sein.<br />

Laut Norm ist für den Zustand „sperrend“<br />

ein Sensorstroms von 0,4 bis<br />

Passive Trennung, ausgangsseitig<br />

gespeist (Loop-powered)<br />

Speisung über<br />

Speisung über<br />

Signal IN<br />

Ausgangssignal Eingangssignal<br />

IN<br />

Signal<br />

Eingangssignal OUT<br />

OUT Ausgangssignal<br />

Die Module beziehen die zur Signalübertragung<br />

und galvanischen Trennung<br />

benötigte Energie aus dem aktiven Ausgangskreis,<br />

idealerweise von einer versorgenden<br />

SPS-Eingangskarte.<br />

Ausgangsseitig arbeiten die Looppowered-<br />

Module mit einem 4...20 mA-<br />

Normsignal. Eingangsseitig verarbeitet<br />

der Passivtrenner aktive Signale.<br />

Beim Einsatz dieser Trennungstechnik<br />

muss beachtet werden, dass die ausgangsseitig<br />

angeschlossene aktive Signalquelle<br />

(z.B. aktive SPS-Eingangskarte)<br />

sowohl den Passivtrenner versorgen, als<br />

auch ihre Bürde treiben kann.<br />

I<br />

3<br />

mA<br />

2<br />

1<br />

0<br />

2,1<br />

1,2<br />

Schalt- Schaltwegdifferenz<br />

punkteSchaltstromdifferenz<br />

Beispiel einer stetigen Kennlinie eines<br />

Näherungssensors<br />

1,0 mA definiert, für den Zustand „leitend“<br />

mindestens 2,2 mA bei mindestens<br />

400 Ω Sensorinnenwiderstand. Diese<br />

Sensorströme sind von einem nachgeschalteten<br />

Schaltverstärker gemäß unten-<br />

∆s<br />

∆I1<br />

Passiver Speisetrenner<br />

Speisung<br />

Speisung<br />

des Messumformers<br />

IN<br />

über Signal<br />

Eingangssignal OUT Ausgangssignal<br />

Die Module beziehen die zur Signalübertragung<br />

und galvanischen Trennung<br />

benötigte Energie aus dem aktiven Ausgangskreis.<br />

Diese aus dem Ausgangskreis gezogene<br />

Energie stellt der passive Speisetrenner<br />

außerdem einem eingangsseitig angeschlossenen<br />

passiven Messaufnehmer zur<br />

Verfügung.<br />

Der Messaufnehmer liefert mit Hilfe<br />

der zur Verfügung gestellten Energie ein<br />

Signal, das der passive Speisetrenner<br />

galvanisch trennt und ausgangsseitig zur<br />

Verfügung stellt.<br />

Daher verlaufen Signal- und Energiefluss<br />

bei einer passiven Speisetrennung grundsätzlich<br />

gegensätzlich zueinander.<br />

I<br />

3<br />

mA<br />

2<br />

1<br />

2,1<br />

1,2<br />

Abstand S 0<br />

Abstand S<br />

Beispiel einer nichtstetigen Kennlinie<br />

eines Näherungssensors<br />

stehendem Spannungs-/Stromdiagramm<br />

auszuwerten.<br />

52 PHoENIx CoNTACT MSR-Technik 3.1 3.1 MSR-Technik<br />

PHoENIx CoNTACT 53<br />

∆s<br />

∆I1

Einteilung von Näherungsschaltern<br />

1. Stelle/<br />

1 Zeichen<br />

NAMUR-Sensor im Feld<br />

2. Stelle/<br />

1 Zeichen<br />

Erfassungsart Mechanische Einbaubedingungen<br />

I = induktiv<br />

C = kapazitiv<br />

U = Ultraschall<br />

D = photoelektrisch<br />

diffus reflektiertes<br />

Lichtbündel<br />

R = photoelektrisch<br />

reflektiertes<br />

Lichtbündel<br />

T = photoelektrisch<br />

direktes<br />

Lichtbündel<br />

1 = bündig einbaubar<br />

2 = nicht bündig<br />

einbaubar<br />

3 = nicht festgelegt<br />

Diese Tabelle ist eine Erweiterung der Tabelle 1 von EN 60947-5-2.<br />

NAMUR-Schaltverstärker<br />

Bei den NAMUR-Schaltverstärkern können<br />

folgende Signale und Eigenschaften<br />

des NAMUR-Sensors ausgewertet werden:<br />

a Ansprechbereich für Änderung des<br />

Schaltzustandes ΔI1: 1,2 mA bis<br />

2,1 mA<br />

b Ansprechbereich für Unterbrechung<br />

im Steuerstromkreis ΔI1: 0,<strong>05</strong> mA bis<br />

0,35 mA,<br />

3. Stelle/<br />

3 Zeichen<br />

Bauform und<br />

Größe<br />

FoRM (1 Großbuchstabe)<br />

A = zylindrische<br />

Gewindehülse<br />

B = glatte zylindrische<br />

Hülse<br />

C = rechteckig<br />

mit quadratischem<br />

Querschnitt<br />

D = rechteckig<br />

mit rechteckigem<br />

Querschnitt<br />

GRÖSSE<br />

(2 Ziffern) für<br />

Durchmesser oder<br />

Seitenlänge<br />

NAMUR-Sensor<br />

4. Stelle/<br />

1 Zeichen<br />

Schaltelementfunktion<br />

A = Schließer<br />

B = Öffner<br />

P = programmierbar<br />

durch Anwender<br />

S = andere<br />

5. Stelle/<br />

1 Zeichen<br />

Schaltungsaufbau mit einem NAMUR-Sensor im Ex-Bereich.<br />

U<br />

V<br />

13<br />

12<br />

11<br />

10<br />

9<br />

8<br />

7<br />

6<br />

5<br />

4<br />

3<br />

2<br />

1<br />

c<br />

6. Stelle/<br />

1 Zeichen<br />

1<br />

a<br />

2<br />

b<br />

3<br />

∆I1<br />

4<br />

5<br />

6<br />

Steuereingang des<br />

NAMUR-Schaltverstärkers<br />

7<br />

8<br />

d<br />

8. Stelle/<br />

1 Zeichen<br />

Ausgangsart Anschlussart NAMUR-Funktion<br />

D = 2 Anschlüsse<br />

DC<br />

S = andere<br />

Sicherer Bereich<br />

c Überwachungsbereich für Unterbrechung<br />

I ≤ 0,<strong>05</strong> mA,<br />

d Ansprechbereich für Kurzschluss im<br />

Steuerkreis ΔR: 100 Ω bis 360 Ω,<br />

e Überwachungsbereich für Kurzschluss<br />

R≤100 Ω.<br />

MACx MCR-Ex-SL-NAM<br />

1 = integrierte<br />

Anschlussleitung<br />

2 =Steckanschluss<br />

3 = Schraubanschluss<br />

9 = andere<br />

N = NAMUR<br />

Funktion<br />

e<br />

SPS<br />

R = 360 Ω<br />

Netzspannung<br />

R = 100 Ω<br />

9 10 11 12 13 14 15 16 17<br />

l/mA<br />

Smartfähige Geräte - HART Protokoll<br />

In der Prozessindustrie muss für eine<br />

große Anzahl von analogen Feldgeräten<br />

bei der Inbetriebnahme und Wartung,<br />

aber auch während des laufenden Betriebes,<br />

eine Konfiguration durchgeführt<br />

bzw. Diagnose-Daten ermittelt werden.<br />

Um eine solche Kommunikation zum<br />

Feldgerät zu ermöglichen, werden dem<br />

analogen Signal digitale Informationen<br />

überlagert. Dazu müssen alle beteiligten<br />

Geräte „Smart“-fähig sein.<br />

In der Praxis hat sich für diese Art der<br />

Kommunikation das HART-Protokoll<br />

durchgesetzt.<br />

Da diese Technologie die zur Zeit am<br />

weitesten verbreitete ist, soll anhand<br />

dieser die „Smart“-Thematik erläutert<br />

werden.<br />

Bei dem HART-Protokoll wird die Übertragung<br />

der digitalen Information mit<br />

Hilfe der Frequenzumtastung (FSK –<br />

Frequency Shift Keying) auf das analoge<br />

4-20 mA Signal aufmoduliert.<br />

Grundsätzlich wird zwischen zwei möglichen<br />

Betriebsarten unterschieden:<br />

Dem „Punkt-zu-Punkt“-Betrieb, mit<br />

der Kommunikation nur zu einem im<br />

4-20 mA Stromkreis angeschlossenen<br />

Feldgerät und dem „Multi-Drop“-<br />

Betrieb, in dem bis zu 15 Feldgeräte in<br />

dem Stromkreis parallel geschaltet werden<br />

können. Diese beiden Betriebsarten<br />

unterscheiden sich im wesentlichen<br />

dadurch, dass im „Punkt-zu-Punkt“-<br />

Betrieb das analoge 4-20 mA Signal wie<br />

gewohnt weiter genutzt werden kann<br />

und das gewünschte Prozesssignal überträgt.<br />

Dabei können zusätzliche Daten in<br />

digitaler Form übertragen werden. Beim<br />

„Multi-Drop“-Betrieb wird im Feldgerät<br />

ein Stromsignal von 4 mA als Träger-<br />

Medium genutzt, um die ausschließlich<br />

digitalen Informationen von und zu den<br />

angeschlossenen Feldgeräten weiter zu<br />

leiten.<br />

Analoges Signal überlagert von<br />

digitalem HART-Signal<br />

20 mA<br />

4 mA<br />

2200 Hz<br />

"0"<br />

1200 Hz<br />

"1"<br />

1200 Hz<br />

"1"<br />

2200 Hz<br />

"0"<br />

2200 Hz<br />

Der Anschluss der Geräte ist sowohl im<br />

Punkt-zu-Punkt-Betrieb als auch im Multi-Drop-Betrieb<br />

(mit bis zu 15 Teilnehmern<br />

parallel) möglich. Beim Punkt-zu-<br />

Punkt-Betrieb steht das 4...20 mA Signal<br />

wie gewohnt weiter als Prozesssignal zur<br />

Verfügung. Für den Multi-Drop-Betrieb<br />

wird ein eingeprägter Mindeststrom von<br />

4 mA als Träger für die HART-Kommunikation<br />

benötigt.<br />

Dabei kommt es aber auf die technische<br />

Infrastruktur der Installation der Anlage<br />

an, mit welchem Hilfsmittel diese Funktionalität<br />

genutzt wird. Mit Hilfe eines<br />

Handheld-Gerätes lassen sich direkt im<br />

Feld an den Klemmen der Interface-<br />

Geräte die Diagnose und Konfiguration<br />

der Feldgeräte durchführen. Werden<br />

die HART-Informationen mittels HART-<br />

Multiplexern oder über E/A-Module<br />

der Steuerungsebene an übergeordnete<br />

Engineering-Werkzeuge weitergeleitet,<br />

dann können diese z.B. auch von Asset<br />

Management Systemen genutzt werden.<br />

Asset Management Systeme bieten die<br />

Möglichkeit, Konfigurations- und Diagnosefunktionen<br />

auch automatisch durchzuführen<br />

und darüber hinaus den technischen<br />

Rahmen zur Archivierung der<br />

Feldgerätedaten (z.B. Einstellparameter).<br />

"0"<br />

t<br />

Aufbau mit HART-Signaleinspeisung<br />

Smart Transmitter<br />

Ex ia<br />

ϑ<br />

I<br />

Sicherer Bereich<br />

Speisetrenner [Ex ia]<br />

i<br />

4-20 mA<br />

1.2-2.2 kHz<br />

HART-Konfigurationsgerät<br />

Je nach physikalischem Aufbau kann auch<br />

die Steuerungsebene die HART- Kommunikation<br />

nutzen, um aus der Steuerung<br />

heraus Einfluss auf das Feldgerät (z.B.<br />

Sollwert, Messbereichsänderung) zu nehmen<br />

oder zusätzliche Information (z.B.<br />

Prozesssignale) abzufragen.<br />

Wie in der normalen Installation (ohne<br />

HART-Kommunikation) auch, stellen<br />

Interface-Geräte die Schnittstelle<br />

zwischen den Feldgeräten (Sensoren<br />

und Aktoren) und der E/A-Ebene der<br />

Steuerung dar. Um die auf dem analogen<br />

4-20 mA Signal aufmodulierten<br />

Informationen sicher und ohne Störung<br />

übertragen zu können, müssen die dazu<br />

eingesetzten Interface-Geräte „Smart“fähig<br />

sein. Das heißt, im Betrieb dürfen<br />

keine Einwirkungen auf das HART-Signal,<br />

z.B. durch Filter, auftreten.<br />

Bei Interface-Geräten zur Signalanpassung<br />

mit galvanischer Trennung wird das<br />

HART-Signal im Interface-Gerät ausgekoppelt<br />

und separat übertragen.<br />

Darüber hinaus ist auch die angeschlossene<br />

Bürde im Stromkreis zu berücksichtigen,<br />

da das HART-Signal einen<br />

Abschlusswiderstand von 250 Ω erfordert.<br />

54 PHoENIx CoNTACT MSR-Technik 3.1 3.1 MSR-Technik<br />

PHoENIx CoNTACT 55<br />

i

3.2 SIL <strong>Grundlagen</strong><br />

(Funktionale Sicherheit)<br />

Normative <strong>Grundlagen</strong><br />

Sicherheitsgerichtete Funktion für<br />

den Ex-Bereich<br />

Der Begriff SIL (Safety Integrity Level)<br />

prägt zunehmend die Prozesstechnik.<br />

Damit werden Anforderungen definiert,<br />

die an ein Gerät bzw. System gestellt<br />

werden, um die Ausfallwahrscheinlichkeit<br />

zu beschreiben. Ziel ist es, möglichst<br />

hohe Betriebssicherheit zu erreichen.<br />

Fällt das Gerät oder System aus, so wird<br />

ein definierter Zustand erreicht. Die<br />

Betrachtungen an Hand der Normen<br />

erfolgt auf statistischer Wahrscheinlichkeit.<br />

Anwendung von SIL auf Basis von<br />

IEC 61508 und IEC 61511<br />

Für einen weiten Bereich von Industrien<br />

innerhalb der Prozessindustrie, einschließlich<br />

Chemieindustrie, Raffinerien,<br />

Öl- und Gasförderung, Papierherstellung,<br />

SIL Betrachtung<br />

Bei der Betrachtung von SIL ist die<br />

Gesamtheit des Signalwegs zu beachten.<br />

In dem Beispiel wird dargestellt, wie sich<br />

in einer typischen sicherheitstechnischen<br />

Applikation die Berechnung an Hand von<br />

mittleren Ausfallwahrscheinlichkeiten der<br />

einzelnen Geräte ergibt.<br />

In der Norm IEC 61508-1, Tabelle 2 ist<br />

der Zusammenhang zwischen der mittleren<br />

Ausfallwahrscheinlichkeit und dem<br />

erreichbaren SIL-Level beschrieben. An<br />

Hand des geforderten Levels kann dabei<br />

das Gesamtbudget für die Summe aller<br />

PFD-Werte abgelesen werden.<br />

konventioneller Stromerzeugung, wird<br />

die SIL-Norm angewendet. Neben der<br />

Funktionalen Sicherheit sind bei Anlagen<br />

im explosionsgefährdeten Bereich auch<br />

die Ex-Normen EN 60079-0 ff anzuwenden.<br />

IEC 61508: Norm<br />

"Funktionale Sicherheit für sicherheitsbezogene<br />

elektrische, elektronische<br />

oder programmierbare<br />

elektronische Systeme"<br />

Diese Norm beschreibt die Anforderungen,<br />

die der Hersteller für seine Geräte<br />

bzw. Systeme zu berücksichtigen hat.<br />

IEC 61511: Norm<br />

"Funktionale Sicherheit - Sicherheitstechnische<br />

Systeme für die<br />

Prozessindustrie"<br />

Die Norm IEC 61511 beschreibt die<br />

Anforderungen zur Errichtung und<br />

Sicherheits-Integritätslevel<br />

SIL<br />

Betriebsart mit niedriger<br />

Anforderungsrate<br />

(mittlere Ausfallwahrscheinlichkeit<br />

der entworfenen<br />

Funktion bei Anforderung)<br />

4 ≥ 10 -5 bis < 10 -4<br />

3 ≥ 10 -4 bis < 10 -3<br />

2 ≥ 10 -3 bis < 10 -2<br />

1 ≥ 10 -2 bis < 10 -1<br />

Sicherheits-Integritätslevel: Ausfallgrenzwerte für<br />

eine Sicherheitsfunktion, die in der Betriebsart<br />

mit niedriger Anforderungsrate betrieben wird.<br />

Betrieb von Anlagen mit Funktionaler<br />

Sicherheit.<br />

Die Einhaltung der Norm wird durch<br />

den Betreiber, Eigentümer und Planer<br />

auf Grund von Sicherheitsplanungen<br />

und nationalen Vorschriften festgelegt.<br />

Daneben wird auch die Anforderung an<br />

ein Gerät beschrieben, um es durch die<br />

Betriebsbewährtheit (proven-in-use) in<br />

einer Applikation einsetzen zu können.<br />

Als Beispiel wird hier eine Anlage mit<br />

einkanaliger Struktur mit niedriger<br />

Anforderungsrate angenommen, dann<br />

liegt bei SIL 2 der mittlere PFD-Wert<br />

zwischen 10 -3 bis < 10 -2 .<br />

Beispiel:<br />

Sensor und Aktor sind im Feld montiert<br />

und werden chemisch und physikalisch<br />

belastet (Prozessmedium, Druck, Temperatur,<br />

Vibration usw.). Entsprechend<br />

hoch ist das Fehlerrisiko dieser Komponenten.<br />

Deshalb sind für den Sensor<br />

25 % und für den Aktor 40 % des<br />

Gesamt-PFD vorgesehen.<br />

Für die fehlersichere Steuerung bleiben<br />

15 % und für die Interfacebausteine je<br />

10 %. Beide haben keinen Kontakt zum<br />

Prozessmedium und sind in der Regel in<br />

einem geschützten Schaltschrank untergebracht.<br />

Die Werte werden typischerweise der<br />

Berechnung zu Grunde gelegt.<br />

Sensor<br />

Digital-<br />

Eingang<br />

Digital-<br />

Eingang<br />

Aktor<br />

Sensor<br />

Analog-<br />

Eingang<br />

Steuerung<br />

Analog-<br />

Eingang<br />

Aktor<br />

+ PFD2 + PFD3 + PFD4 + PFD5<br />

Übersicht von Begriffen aus den Normen EN 61508 und EN 61511<br />

SIL Safety Integrity Level<br />

(Sicherheits-Integritätslevel)<br />

Eine von vier diskreten Stufen<br />

zur Spezifizierung der Anforderungen<br />

für die Sicherheitsintegrität<br />

der sicherheitstechnischen<br />

Funktionen, die dem E/E/PEsicherheitstechnischen<br />

System<br />

zugeordnet werden, wobei<br />

der Sicherheits-Integritätslevel<br />

4 die höchste Stufe und der<br />

Sicherheits-Integritätslevel 1<br />

die niedrigste Stufe der Sicherheitsintegrität<br />

darstellt.<br />

EUC Equipment under control<br />

Einrichtung, Maschine, Apparat<br />

oder Anlage, verwendet zur<br />

Fertigung, Stoffumformung,<br />

zum Transport.<br />

MTBF Mean Time Between Failures<br />

Es ist die erwartete mittlere<br />

Zeit zwischen Fehlern.<br />

PFD Probability of Failure on<br />

Demand<br />

Die Wahrscheinlichkeit eines<br />

Ausfalls bei Anforderung.<br />

Beschreibt die Wahrscheinlichkeit,<br />

dass ein sicherheitstechnisches<br />

System seine Funktion im<br />

Bedarfsfall nicht ausführt.<br />

PFD1<br />

10%<br />

Signalweg<br />

35%<br />

Sensorik und Signalweg<br />

15%<br />

SSPS<br />

Mögliche Verteilung der PFD-Werte in einem Sicherheitsregelkreis<br />

PFDavg Average Probability of<br />

Failure on Demand<br />

Mittlere Ausfallwahrscheinlichkeit<br />

der Funktion im Anforderungsfall.<br />

E/E/PES Elektrische/elektronische/<br />

programmierbare elektronische<br />

Systeme<br />

Ein Begriff, der verwendet<br />

wird, um alle elektrischen<br />

Geräte oder Systeme zu erfassen,<br />

die zur Durchführung<br />

einer sicherheitstechnischen<br />

Funktion verwendet werden<br />

können. Er beinhaltet somit<br />

einfache elektrische Geräte<br />

und speicherprogrammierbare<br />

Steuerungen (SPS) jeder Art.<br />

PFH Probability of dangerous<br />

Failure per Hour<br />

Beschreibt die Wahrscheinlichkeit<br />

eines Gefahr bringenden<br />

Ausfalls pro Stunde.<br />

SFF Safe Failure Fraction<br />

Beschreibt den Anteil ungefährlicher<br />

Ausfälle. Sie ergibt<br />

sich aus dem Verhältnis der<br />

10%<br />

Signalweg<br />

50%<br />

Aktor und Signalweg<br />

Rate der sicheren Fehler plus<br />

der Rate der diagnostizierten<br />

bzw. erkannten Fehler in Bezug<br />

zur gesamten Ausfallrate des<br />

Systems.<br />

SIF Safety Instrumented<br />

Function<br />

Beschreibt die sicherheitstechnische<br />

Funktion.<br />

SIS Safety Instrumented<br />

System<br />

Ein SIS (sicherheitstechnisches<br />

System) besteht aus einer oder<br />

mehreren sicherheitstechnischen<br />

Funktionen. Für jede<br />

dieser sicherheitstechnischen<br />

Funktionen gilt eine SIL-Anforderung.<br />

56 PHoENIx CoNTACT SIL <strong>Grundlagen</strong> (Funktionale Sicherheit) 3.2 3.2 SIL <strong>Grundlagen</strong> (Funktionale Sicherheit)<br />

PHoENIx CoNTACT 57

3.3 Begriffe und Abkürzungen<br />

Begriffe aus dem <strong>Explosionsschutz</strong><br />

Explosionsgefährdeter Bereich<br />

(kurz: Ex-Bereich)<br />

Ein Bereich, in dem eine explosionsgefährdete<br />

Atmosphäre in solchen Mengen<br />

vorhanden ist oder erwartet werden<br />

kann, dass spezielle Vorkehrungen bei<br />

der Konstruktion, der Errichtung und<br />

dem Einsatz von elektrischen Betriebsmitteln<br />

erforderlich sind.<br />

Ex-Bauteil<br />

Ein Teil eines elektrischen Betriebsmittels<br />

für explosionsgefährdete Bereiche<br />

oder ein Modul (ausgenommen Ex-<br />

Kabel-/Leitungseinführung), gekennzeichnet<br />

mit dem Symbol „U“, das in solchen<br />

Bereichen nicht für sich allein verwendet<br />

werden darf und das einer zusätzlichen<br />

Bescheinigung beim Einbau in elektrische<br />

Betriebsmittel oder Systeme zur Verwendung<br />

in explosionsgefährdeten Bereichen<br />

bedarf.<br />

„U“-Symbol<br />

„U“ ist das Symbol, welches als Ergänzung<br />

hinter der Bescheinigungsnummer<br />

verwendet wird, um ein Ex- Bauteil zu<br />

kennzeichnen.<br />

„X“-Symbol<br />

„x“ ist das Symbol, welches als Ergänzung<br />

hinter der Bescheinigung benutzt<br />

wird, um besondere Bedingungen für die<br />

sichere Anwendung zu kennzeichnen.<br />

Anmerkung:<br />

Die Symbole „x“ und „U“ werden nicht<br />

gleichzeitig verwendet.<br />

Eigensicherer Stromkreis<br />

Ein Stromkreis, in dem weder ein Funke<br />

noch ein thermischer Effekt eine Zündung<br />

einer bestimmten explosionsfähigen<br />

Atmosphäre verursachen kann.<br />

Elektrisches Betriebsmittel<br />

Die Gesamtheit von Bauteilen, elektrischen<br />

Stromkreisen oder Teilen von<br />

elektrischen Stromkreisen, die sich üblicherweise<br />

in einem einzigen Gehäuse<br />

befinden.<br />

Eigensicheres elektrisches<br />

Betriebsmittel<br />

Ein Betriebsmittel, in dem alle Stromkreise<br />

eigensicher sind.<br />

Zugehöriges Betriebsmittel<br />

Ein elektrisches Betriebsmittel, das<br />

sowohl eigensichere als auch nichteigensichere<br />

Stromkreise enthält, und so aufgebaut<br />

ist, dass die nicht-eigensicheren<br />

Stromkreise die eigensicheren nicht<br />

beeinträchtigen können.<br />

Anmerkung:<br />

Dieses ist auch an den eckigen Klammern<br />

und den runden Klammern der<br />

Kennzeichnung zu erkennen. Zugehörige<br />

Betriebsmittel müssen außerhalb des<br />

explosionsgefährdeten Bereichs montiert<br />

werden, sofern sie nicht einer anderen<br />

geeigneten Zündschutzart entsprechen.<br />

Einfaches elektrisches<br />

Betriebsmittel<br />

Ein elektrisches Betriebsmittel oder<br />

eine Kombination von Bauteilen einfacher<br />

Bauart, mit genau festgelegten<br />

elektrischen Parametern, das (die) die<br />

Eigensicherheit des Stromkreises, in dem<br />

es (sie) eingesetzt werden soll, nicht<br />

beeinträchtigt.<br />

Abkürzungen:<br />

Anmerkung:<br />

Der Index i bedeutet „in“, der<br />

Index o steht für „out“.<br />

Ui = Maximale Eingangsspannung<br />

Die höchste Spannung (Spitzenwert der<br />

Wechselspannung oder Gleichspannung),<br />

die an die Anschlussteile eigensicherer<br />

Stromkreise angelegt werden kann, ohne<br />

die Eigensicherheit zu beeinträchtigen.<br />

Das heißt, an diesem eigensicheren<br />

Stromkreis darf keine höhere Spannung<br />

als der Wert des zugehörigen Ui angeschlossen<br />

werden.<br />

Es muss auch eine mögliche Spannungsaddition<br />

betrachtet werden.<br />

Siehe auch EN 60079-14 Anhang B.<br />

Ii = Maximaler Eingangsstrom<br />

Der höchste Strom (Spitzenwert des<br />

Wechselstroms oder Gleichstroms),<br />

der über die Anschlussteile der eigensicheren<br />

Stromkreise eingespeist werden<br />

kann, ohne die Eigensicherheit aufzuheben.<br />

Das heißt, in diesen eigensicheren<br />

Stromkreis darf kein höherer Strom als<br />

der Wert des zugehörigen Ii eingespeist<br />

werden.<br />

Es muss auch hier eine mögliche Stromaddition<br />

betrachtet werden.<br />

Siehe auch hier EN 60079-14 Anhang B.<br />

Pi = Maximale Eingangsleistung<br />

Die höchste Eingangsleistung in einem<br />

eigensicheren Stromkreis, die innerhalb<br />

eines elektrischen Betriebsmittels umgesetzt<br />

werden kann, ohne die Eigensicherheit<br />

aufzuheben.<br />

Das heißt, es darf hier kein eigensicherer<br />

Stromkreis mit höherer Leistung als Pi<br />

angeschlossen werden.<br />

Anmerkung zu Ui, Ii und Pi:<br />

In der EG-Baumusterprüfbescheinigung<br />

sind oftmals nur ein oder zwei Angaben<br />

für Ui, Ii oder Pi zu finden. Hierdurch<br />

sind dann bei den nicht aufgeführten<br />

Begriffen keine Einschränkungen vorhanden,<br />

da in diesem Betriebsmittel eine<br />

weitere innere Begrenzung bereits vorgenommen<br />

wurde.<br />

Uo = Maximale Ausgangsspannung<br />

Die höchste Ausgangsspannung (Spitzenwert<br />

der Wechselspannung oder Gleichspannung)<br />

in einem eigensicheren Stromkreis,<br />

die unter Leerlaufbedingungen an<br />

den Anschlussteilen des elektrischen<br />

Betriebsmittels bei jeder angelegten<br />

Spannung bis zur maximalen Spannung<br />

einschließlich Um und Ui auftreten kann.<br />

Das heißt, Uo ist die höchste Leerlaufspannung,<br />

die im Fehlerfall bei der<br />

maximalen Versorgungsspannung an den<br />

Klemmen anliegen kann.<br />

Io = Maximaler Ausgangsstrom<br />

Der höchste Strom (Spitzenwert des<br />

Wechselstroms oder Gleichstroms) in<br />

einem eigensicheren Stromkreis, der<br />

den Anschlussklemmen des elektrischen<br />

Betriebsmittels entnommen werden<br />

kann.<br />

Das heißt, Io entspricht dem an den<br />

Anschlussklemmen maximal möglichen<br />

Kurzschlussstrom Ik.<br />

Po = Maximale Ausgangsleistung<br />

Die höchste elektrische Leistung in<br />

einem eigensicheren Stromkreis, die dem<br />

Betriebsmittel entnommen werden kann.<br />

Das heißt, bei einem Sensor oder Aktor,<br />

der an diesen eigensicheren Stromkreis<br />

angeschlossen wird, muss mit dieser<br />

Leistung z.B. bei der Erwärmung oder<br />

bei der Belastung in Bezug auf die zugehörige<br />

Temperaturklasse gerechnet<br />

werden.<br />

Ci = Maximale innere Kapazität<br />

An den Anschlussteilen wirksame Ersatzkapazität<br />

für die internen Kapazitäten<br />

des Betriebsmittels.<br />

Li =Maximale innere Induktivität<br />

An den Anschlussteilen wirksame Ersatzinduktivität<br />

für die internen Induktivitäten<br />

des Betriebsmittels.<br />

Co = Maximale äußere Kapazität<br />

Der höchste Wert der Kapazität in<br />

einem eigensicheren Stromkreis, der<br />

an die Anschlussteile des elektrischen<br />

Betriebsmittels angeschlossen werden<br />

kann, ohne die Eigensicherheit aufzuheben.<br />

Das heißt, dieses ist der Wert, den<br />

maximal alle außerhalb des Betriebsmittels<br />

wirkenden Kapazitäten erreichen<br />

dürfen. Die äußeren Kapazitäten setzen<br />

sich aus den Kabel- bzw. Leitungskapazitäten<br />

und den inneren Kapazitäten der<br />

angeschlossenen Betriebsmittel zusammen.<br />

Der Wert von Co ist bei einer<br />

linearen ohmschen Strombegrenzung<br />

abhängig von Uo. Siehe auch EN 60079-<br />

11, Anhang A, Tabelle A2 und Bild A2<br />

und A3.<br />

Lo = Maximale äußere Induktivität<br />

Der höchste Wert der Induktivität in<br />

einem eigensicheren Stromkreis, der an<br />

Anschlussteile des elektrischen Betriebsmittels<br />

angeschlossen werden kann, ohne<br />

die Eigensicherheit aufzuheben.<br />

Das heißt, dieses ist der Wert, den alle<br />

außerhalb des Betriebsmittels wirkenden<br />

Induktivitäten in Summe maximal<br />

erreichen dürfen. Die äußeren Induktivitäten<br />

setzen sich aus den Kabel- bzw.<br />

Leitungsinduktivitäten und den inneren<br />

Induktivitäten der angeschlossenen<br />

Betriebsmittel zusammen.<br />

Bei einer linearen ohmschen Strombegrenzung<br />

ist Lo abhängig von Io. Siehe<br />

auch EN 60079-11, Anhang A, Bild A4,<br />

A5, A6.<br />

Cc = Kabel- bzw. Leitungskapazität<br />

Eigenkapazität eines Kabels oder einer<br />

Leitung. Sie ist vom Kabel oder der Leitung<br />

abhängig. Sie liegt im allgemeinen<br />

zwischen 140 nF/km und 200 nF/km.<br />

Lc = Kabel- bzw. Leitungsinduktivität<br />

Eigeninduktivität eines Kabels oder einer<br />

Leitung. Sie ist vom Kabel oder der Leitung<br />

abhängig und liegt im allgemeinen<br />

zwischen 0,8 mH/km und 1 mH/km.<br />

Um = Maximaler Effektivwert der<br />

Wechselspannung oder maximale<br />

Gleichspannung<br />

Die höchste Spannung, die an die<br />

nichteigensicheren Anschlussteile der<br />

zugehörigen Betriebsmittel angeschlossen<br />

werden kann, ohne die Eigensicherheit<br />

zu beeinträchtigen. Der Wert<br />

von Um kann an den Anschlüssen eines<br />

Gerätes unterschiedlich sein, sowie für<br />

Wechsel- und Gleichspannung.<br />

Das heißt, es kann z.B. bei der Versorgungsspannung<br />

ein Um = 250 V angegeben<br />

sein und beim Ausgang eine<br />

Um = 60 V. Gemäß EN 60070-14, Absatz<br />

12.2.1 2. ist ebenfalls darauf zu achten,<br />

dass die Betriebsmittel, die an nichteigensichere<br />

Anschlussklemmen eines<br />

zugehörigen Betriebsmittel angeschlossen<br />

sind, nicht mit einer Speisespannung<br />

versorgt werden, die größer ist als die<br />

auf dem Typschild des zugehörigen<br />

Betriebsmittels angegebene Um. Dieses<br />

bedeutet für das obige Beispiel:<br />

An die Versorgungsspannung des zugehörigen<br />

Betriebsmittels darf ein weiteres<br />

Betriebsmittel mit einer Speisespannung<br />

von bis zu 250 V angeschlossen sein. An<br />

den Ausgang des zugehörigen Betriebsmittels<br />

darf nur ein Betriebsmittel mit<br />

einer Speisespannung von bis zu 60 V<br />

angeschlossen werden.<br />

In = Sicherungsbemessungsstrom<br />

Der Bemessungsstrom einer Sicherung<br />

nach EN 60127 oder nach Angabe des<br />

Herstellers. Dieses ist der Nennstrom,<br />

der bei einer Sicherung angegeben ist.<br />

Ta bzw. Tamb = Umgebungstemperatur<br />

Die Umgebungstemperatur Ta oder<br />

Tamb muss auf dem Typschild angegeben<br />

werden und in der Bescheinigung<br />

festgelegt sein, wenn sie außerhalb des<br />

Bereichs von -20°C und + 40°C liegt.<br />

Andernfalls wird die Bescheinigungsnummer<br />

um das Symbol „x“ ergänzt.<br />

58 PHoENIx CoNTACT Begriffe und Abkürzungen 3.3 3.3 Begriffe und Abkürzungen<br />

PHoENIx CoNTACT 59

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