elektrische Temperaturmessung

9 Explosionsgeschützte Betriebsmittel
9.2 Der eigensichere Stromkreis
Um es noch einmal zu verdeutlichen: der eigensichere Stromkreis ist so aufgebaut, dass keine Explosion
stattfinden kann. Die gespeicherte Energie (z. B. Kapazitäten, Induktivitäten, Netzgeräte)
reicht nicht bei einem Kurzschluss einen Funken zu erzeugen. Ferner liegt die Erwärmung der Bauteile
durch den Stromfluss (auch im Fehlerfall) unter der jeweiligen Zündtemperatur.
Damit ergeben sich wichtige Kenngrössen, die einen eigensicheren Stromkreis charakterisieren :
- Kapazität,
- Induktivität,
- Maximale Spannung,
- Maximaler Strom,
- Maximale Leistung,
- Eigenerwärmungsverhalten,
- Statische Aufladung.
9.3 Zusammenschalten von elektrischen Betriebsmitteln
Bei der Installation sind oft nur zwei Geräte in den Stromkreis geschaltet; das eigensichere (Messumformer,
Sensor) und das zugehörige Betriebsmittel (Interface). In diesem, einfachen Fall ist die
Prüfung der Eigensicherheit recht einfach: Man vergleicht die Werte in den Bescheinigungen und
der Betreiber/Errichter führt damit den sogenannten Nachweis der Eigensicherheit.
Im einfachsten Fall befindet sich im Ex-Bereich ein Betriebsmittel (Schalter, Thermoelement,
Pt 100). Bei diesen einfachen Betriebsmitteln muss man eventuelle Energiespeicher (Anzeiger) sowie
die Isolation gegen Erde bzw. gegen andere explosionsgeschützte eigensichere Kreise beachten.
Die verwendeten Materialien müssen der EN 50 014 entsprechen (Magnesiumanteil ≤6 %,
Oberflächenwiderstand ≤10 9 Ω).
Zudem muss eine Temperaturklasse definiert sein bzw. müssen Angaben zur Oberflächentemperatur
gemacht werden. Gibt das angeschlossene Gerät (z. B. Messumformer, Regler, etc.) im Normaloder
Fehlerfall eine bestimmte Leistung ab, so kann das beim Betriebsmittel zu einer unzulässig
hohen Eigenerwärmung an der Oberfläche führen und damit eine Explosion auslösen.
Ein Widerstandsthermometer wird im Normalfall mit einem Messstrom betrieben, der eine vernachlässigbare
Eigenerwärmung hervorruft. Im Fehlerfall der angeschlossenen Elektronik kann jedoch
der Fall eintreten, dass ein unzulässig hoher Strom durch das Thermometer fliesst. Die Eigenerwärmung
steigt an und die zulässige Oberflächentemperatur der gewählten Temperaturklasse wird
überschritten. Durch Untersuchungen bei bestimmten Messbedingungen wird eine Schutzrohrkonstante
für das jeweilige Thermometer ermittelt. Mit dieser Konstante lässt sich anhand der technischen
Daten der angeschlossenen Elektronik die maximale Oberflächentemperatur berechnen.
Mit der Schutzrohrkonstante SK ergibt sich folgender Zusammenhang:
Formel 32:
T S = T K – ( P i ⋅ SK)
T S
T K
P i
SK
Höchstzulässige Temperatur an der Fühlerspitze
Höchstzulässige Oberflächentemperatur in Abhängigkeit der Temperaturklasse
Leistung des bescheinigten eigensicheren Stromkreises
Schutzrohrkonstante; äusserer Wärmewiderstand des Fühlers
(Fühleroberfläche zur Umgebung)
94 JUMO, FAS 146, Ausgabe 2007-01